WO2016151827A1 - レーザ装置 - Google Patents

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WO2016151827A1
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amplifier
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optical system
laser light
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荒川　正樹
弘司 柿崎
若林　理
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ギガフォトン株式会社
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    • H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited

Definitions

  • This disclosure relates to a laser device.
  • the laser annealing apparatus irradiates an amorphous (non-crystalline) silicon film formed on a substrate with a pulsed laser beam having a wavelength in the ultraviolet region output from a laser system such as an excimer laser, and modifies it to a polysilicon film.
  • a laser system such as an excimer laser
  • a TFT thin film transistor
  • This TFT is used for a relatively large liquid crystal display.
  • a laser apparatus includes a first laser chamber, a first pair of discharge electrodes disposed in the first laser chamber, and an optical resonator, and outputs laser light.
  • a first beam adjusting optical system that adjusts the laser light output from the oscillator so that the beam width along the discharge direction of the first pair is substantially the same as the first gap interval of the second pair of discharge electrodes. You may prepare.
  • a laser apparatus includes a first laser chamber, a first pair of discharge electrodes disposed in the first laser chamber, and an optical resonator, and outputs laser light.
  • a laser beam including: an oscillator for outputting; a second laser chamber disposed in an optical path of the laser beam output from the oscillator; and a second pair of discharge electrodes disposed in the second laser chamber.
  • a first beam adjusting optical system that adjusts the laser light output from the oscillator, the first beam adjusting optical system being arranged in an optical path between the first amplifier and the first amplifier,
  • a first beam adjusting optical system including: a first optical element having power; and a second optical element having positive or negative power disposed downstream of the first optical element. You may prepare.
  • a laser apparatus includes a first laser chamber, a first pair of discharge electrodes disposed in the first laser chamber, and an optical resonator, and outputs laser light.
  • a laser beam including: an oscillator for outputting; a second laser chamber disposed in an optical path of the laser beam output from the oscillator; and a second pair of discharge electrodes disposed in the second laser chamber.
  • a first beam adjusting optical system that is a telecentric optical system disposed in the optical path between the oscillator and the first amplifier.
  • FIG. 1A schematically shows a configuration of a laser apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 1B is a view of the amplifier PA shown in FIG. 1A viewed from a direction parallel to the discharge direction between the pair of discharge electrodes.
  • FIG. 2A shows a beam profile of the beam cross section along the line IIA in FIG. 1A.
  • FIG. 2B shows a beam profile of the beam cross section along the line IIB in FIG. 1A.
  • FIG. 2C shows the beam profile of the beam cross section along the line IIC in FIG. 1A.
  • FIG. 3A schematically illustrates the configuration of the laser apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A schematically illustrates the configuration of the laser apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4A shows a beam profile of a beam cross section along the IVA line in FIG. 3A.
  • FIG. 4B shows the beam profile of the beam cross section along the line IVB in FIG. 3A.
  • FIG. 4C shows the beam profile of the beam cross section along the IVC line in FIG. 3A.
  • FIG. 5A is a view of the beam adjustment optical system 40a as a first example of the beam adjustment optical system shown in FIG. 3A as viewed from the V direction.
  • FIG. 5B is a view of the beam adjusting optical system 40a as viewed from the H direction.
  • FIG. 6A is a view of a beam adjustment optical system 40b as a second example of the beam adjustment optical system shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 6B is a view of the beam adjusting optical system 40b as viewed from the H direction.
  • FIG. 7A is a view of a beam adjustment optical system 40c as a third example of the beam adjustment optical system shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 7B is a view of the beam adjusting optical system 40c as viewed from the H direction.
  • FIG. 8A is a view of a beam adjustment optical system 40d as a fourth example of the beam adjustment optical system shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 8B is a view of the beam adjusting optical system 40d as viewed from the H direction.
  • FIG. 9A is a view of a beam adjustment optical system 40e as a fifth example of the beam adjustment optical system shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 9B is a view of the beam adjusting optical system 40e as viewed from the H direction.
  • FIG. 10A schematically illustrates a configuration of a laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B schematically shows a configuration of a laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11A shows a beam profile of a beam cross section along the XIA line in FIG. 10A.
  • FIG. 11B shows a beam profile of a beam cross section along the XIB line in FIG. 10A.
  • FIG. 11C shows a beam profile of a beam cross section along the XIC line in FIG. 10A.
  • FIG. 12A schematically illustrates a configuration of a modified example of the laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12B schematically illustrates a configuration of a modified example of the laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 schematically illustrates a configuration of a laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14A is an optical arrangement diagram showing the laser apparatus shown in FIG. 13 in a simplified manner.
  • FIG. 14A is an optical arrangement diagram showing the laser apparatus shown in FIG. 13 in a simplified manner.
  • FIG. 14B is an optical arrangement diagram schematically illustrating a configuration of a first modification example of the laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14C is an optical arrangement diagram schematically illustrating a configuration of a second modification example of the laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • Outline A laser annealing apparatus may perform laser annealing by irradiating an amorphous silicon film on a glass substrate with pulsed laser light at a predetermined energy density.
  • a laser annealing apparatus may perform laser annealing by irradiating an amorphous silicon film on a glass substrate with pulsed laser light at a predetermined energy density.
  • MO oscillator
  • PA amplifier
  • a laser apparatus using such a two-chamber system is also called a MOPA laser source.
  • the beam diameter can increase before entering the amplifier.
  • this beam diameter becomes larger than the discharge space of the amplifier, a part of the laser light is wasted without entering the discharge space of the amplifier, so that the generation efficiency of the laser light by the MOPA laser source can be lowered.
  • this can be a problem particularly when the discharge space of the oscillator and the discharge space of the amplifier are substantially the same, and the distance between the oscillator and the amplifier is large.
  • a first beam adjustment optical system disposed in an optical path between an oscillator and an amplifier includes: a first optical element having a positive power; and a laser beam that emits more laser light than the first optical element. And a second optical element having a positive or negative power disposed on the downstream side.
  • the first beam adjusting optical system disposed in the optical path between the oscillator and the amplifier may be a bi-telecentric optical system. The first beam adjusting optical system may adjust the laser light so that the beam width of the laser light incident on the amplifier is substantially the same as the gap distance between the pair of discharge electrodes of the amplifier.
  • FIG. 1A schematically shows a configuration of a laser device according to a comparative example.
  • This laser apparatus may be a MOPA laser source including an oscillator MO, an amplifier PA, and a plurality of high reflection mirrors 18 and 19.
  • FIG. 1A is a diagram viewed from a direction perpendicular to the traveling direction of the laser light and perpendicular to the discharge direction between the pair of discharge electrodes in the oscillator MO and the amplifier PA.
  • FIG. 1B is a view of the amplifier PA shown in FIG. 1A viewed from a direction parallel to the discharge direction between the pair of discharge electrodes.
  • the traveling direction of the laser light may be the Z direction.
  • the discharge direction between the pair of discharge electrodes in the oscillator MO and the amplifier PA may be the V direction.
  • a direction perpendicular to both the Z direction and the V direction may be the H direction.
  • the oscillator MO may include a first laser chamber 10, a first pair of discharge electrodes 11 a and 11 b, a rear mirror 14, and an output coupling mirror 15.
  • the first pair of discharge electrodes 11 a and 11 b may be disposed inside the first laser chamber 10.
  • the rear mirror 14 and the output coupling mirror 15 may constitute an optical resonator.
  • a discharge space between the first pair of discharge electrodes 11 a and 11 b may be located between the rear mirror 14 and the output coupling mirror 15.
  • the rear mirror 14 may be a mirror that reflects laser light with high reflectivity.
  • the output coupling mirror 15 may be a substrate such as a CaF 2 crystal that transmits excimer laser light and a partially reflective film that reflects the excimer laser light by 10% to 40%.
  • Windows 10a and 10b may be disposed at both ends of the first laser chamber 10, respectively.
  • the plurality of high reflection mirrors 18 and 19 may be arranged so that pulsed laser light output from the oscillator MO enters the amplifier PA as seed light.
  • the amplifier PA may include a second laser chamber 20 and a second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the second pair of discharge electrodes 21 a and 21 b may be disposed inside the second laser chamber 20.
  • Windows 20a and 20b may be disposed at both ends of the second laser chamber 20, respectively.
  • the first laser chamber 10 and the second laser chamber 20 may each contain an excimer laser gas.
  • the excimer laser gas may include argon gas, krypton gas, or xenon gas as a rare gas, fluorine gas or chlorine gas as a halogen gas, and neon gas or helium gas as a buffer gas.
  • the discharge space formed between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b and the discharge space formed between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b have substantially the same shape and size. Also good. Therefore, the gap interval between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b and the gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b may be substantially the same.
  • the windows 10a, 10b, 20a, and 20b may all be made of a CaF 2 crystal that transmits excimer laser light.
  • the windows 10a, 10b, 20a, and 20b may be arranged so as to be tilted in the H direction at a Brewster angle so that reflection is reduced.
  • FIG. 2A shows the beam profile of the beam cross section at the IIA line of FIG.
  • FIG. 2B shows a beam profile of the beam cross section along the line IIB in FIG. 1A.
  • FIG. 2C shows the beam profile of the beam cross section along the line IIC in FIG. 1A.
  • a pulsed high voltage may be applied between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b by a power source (not shown).
  • a pulsed high voltage is applied between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b
  • a pulsed discharge may occur between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b.
  • the laser gas can be excited and make a transition to a high energy level by the energy of this discharge.
  • the excited laser gas subsequently transitions to a low energy level, light having a wavelength corresponding to the energy level difference can be emitted.
  • this light may include ultraviolet light.
  • the light generated in the laser chamber 10 can be emitted to the outside of the laser chamber 10 through the windows 10a and 10b. This light may reciprocate between the rear mirror 14 and the output coupling mirror 15 constituting the optical resonator to form a standing wave. This light is amplified by repeatedly passing between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b, and laser oscillation may occur.
  • pulsed laser light can be output from the oscillator MO.
  • the beam profile of the output laser light can have a shape as shown in FIG. 2A. That is, the beam profile can be approximately the same size as the discharge space between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b.
  • the beam cross section of the laser light output from the oscillator MO may be long in the discharge direction, that is, the V direction, or may be substantially rectangular.
  • the beam profile in the V direction of the laser light output from the oscillator MO may be a substantially top hat shape having a substantially uniform energy density.
  • the beam profile in the H direction of the laser beam output from the oscillator MO may have a Gaussian distribution with a high energy density near the center and a low energy density near the end.
  • This laser light can enter the window 20a of the amplifier PA as seed light via the high reflection mirrors 18 and 19 while spreading at respective divergence angles in the H direction and the V direction.
  • the beam profile of the pulsed laser light incident on the window 20a can have a shape as shown in FIG. 2B.
  • Part of the laser light incident on the window 20a can be incident on the discharge space between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • another part of the laser light incident on the window 20a protrudes in the ⁇ V direction of the discharge space and hits the second pair of discharge electrodes 21a and 21b, and may not enter the discharge space.
  • another part of the laser light incident on the window 20a may protrude in the ⁇ H direction from the discharge space and may not enter the discharge space.
  • a pulse-like shape is generated between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b by a power source (not shown).
  • a high voltage may be applied.
  • a pulsed high voltage is applied between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b, a pulsed discharge may occur between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the laser gas can be excited.
  • the amplified light can be output from the amplifier PA to the outside through the window 20b.
  • the beam profile of the pulsed laser beam output from the amplifier PA can have a shape as shown in FIG. 2C.
  • the laser light emitted from the window 20b can travel while spreading slightly. For this reason, the V-direction beam width at the IIC line position in FIG. 1A can be slightly larger than the electrode gap of the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • FIGS. 3A and 3B schematically illustrate the configuration of a laser apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the laser apparatus according to the first embodiment may include a beam adjusting optical system 40 in the optical path of the laser light between the high reflection mirrors 18 and 19.
  • the beam adjusting optical system 40 is an optical system that adjusts the beam width in the V direction of the laser light incident on the amplifier PA so as to have a shape that substantially matches the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b. May be.
  • the beam adjusting optical system 40 may include, for example, a cylindrical convex lens 41 and a cylindrical concave lens 42.
  • FIG. 4A shows a beam profile of a beam cross section along the IVA line in FIG. 3A.
  • FIG. 4B shows the beam profile of the beam cross section along the line IVB in FIG. 3A.
  • FIG. 4C shows the beam profile of the beam cross section along the IVC line in FIG. 3A.
  • the laser beam output from the oscillator MO can enter the beam adjusting optical system 40 via the high reflection mirror 18.
  • the beam adjustment optical system 40 can convert the beam profile of the laser beam so that the beam width in the V direction of the laser beam is substantially the same as the electrode gap of the second pair of discharge electrodes 21a and 21b (FIG. 4B). ).
  • the beam adjustment optical system 40 is disposed in the optical path between the high reflection mirrors 18 and 19 is shown, but the present disclosure is not limited to this. At least a part of the beam adjusting optical system 40 may be disposed in the optical path between the output coupling mirror 15 and the high reflection mirror 18 or in the optical path between the high reflection mirror 19 and the window 20a.
  • the beam width in the V direction is substantially the same as the gap distance between the second pair of discharge electrodes. It is not limited.
  • the beam width not only in the V direction but also in the H direction may substantially match the width in the H direction of the discharge region of the amplifier PA (FIGS. 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, and 8B). To be described later).
  • FIG. 5A shows a beam adjusting optical system 40a as a first example of the beam adjusting optical system 40 in the first embodiment shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 5B is a view of the beam adjusting optical system 40a as viewed from the H direction.
  • the beam adjusting optical system 40 a may include a cylindrical convex lens 41 and a cylindrical concave lens 42. Both the cylindrical convex lens 41 and the cylindrical concave lens 42 may be located in the optical path of the laser light. The cylindrical convex lens 41 may be located on the upstream side of the laser beam with respect to the cylindrical concave lens 42.
  • the cylindrical convex lens 41 may have a rear focal axis F1 at a position away from the cylindrical convex lens 41 by a focal length FL1 on the downstream side of the laser beam.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 may correspond to an axis indicating a position where light is condensed on a line when parallel rays are incident on the cylindrical convex lens 41 from the left side of the drawing and pass to the right side.
  • An optical element such as a cylindrical convex lens 41 that transmits and collects light when a parallel light beam is incident, or an optical element such as a concave mirror that reflects and collects light when a parallel light beam is incident, is optically positive. It is called an element.
  • the cylindrical concave lens 42 may have a front focal axis F2 at a position away from the cylindrical concave lens 42 by a focal length FL2 on the downstream side of the laser beam.
  • the front focal axis F ⁇ b> 2 of the cylindrical concave lens 42 intersects the cylindrical concave lens 42 by extending a divergent light beam incident on the cylindrical concave lens 42 from the right side of the drawing and passing to the left side of the drawing, extending to the right side of the cylindrical concave lens 42. It may correspond to an axis indicating the position.
  • An optical element such as a cylindrical concave lens 42 that transmits and diverges when parallel rays are incident, or an optical element such as a convex mirror that reflects and diverges when parallel rays are incident is referred to as a negative power optical element. .
  • the focal length FL2 of the cylindrical concave lens 42 may be equal to or shorter than the focal length FL1 of the cylindrical convex lens 41.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may be substantially parallel to the H direction, respectively.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may substantially coincide.
  • the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may be slightly arranged on the downstream side of the laser light, rather than the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41.
  • the cylindrical convex lens 41 may be supported by the holder 51.
  • the cylindrical concave lens 42 may be supported by the holder 52.
  • the holder 52 that supports the cylindrical concave lens 42 may be supported by the uniaxial stage 53 and moved along the optical path axis of the laser light.
  • the holder 51 and the uniaxial stage 53 may be supported by the plate 54. Thereby, the cylindrical concave lens 42 can move in parallel with the Z direction along the optical path axis of the laser light, and the distance from the cylindrical convex lens 41 can be changed.
  • a micrometer (not shown) is arranged on the uniaxial stage 53, and the distance along the optical path axis of the laser light between the cylindrical convex lens 41 and the cylindrical concave lens 42 may be adjusted.
  • a micrometer (not shown) may adjust the position of the cylindrical concave lens 42 so that the beam width of the laser beam in the V direction substantially matches the electrode gap of the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the micrometer (not shown) may be a manual micrometer or an automatic micrometer.
  • the automatic micrometer may be configured to be driven by a control device (not shown).
  • the pulsed laser light output from the oscillator MO can be incident on the cylindrical convex lens 41 of the beam adjusting optical system 40a via the high reflection mirror 18 while gradually expanding the beam width as divergent light.
  • the laser light that has entered the cylindrical convex lens 41 as a beam having a spread has passed through the cylindrical convex lens 41, it becomes convergent light and can gradually reduce the beam width in the V direction and enter the cylindrical concave lens 42.
  • the laser light that has passed through the cylindrical concave lens 42 is parallel. Can be a beam close to.
  • the laser light that has passed through the cylindrical concave lens 42 can enter the amplifier PA with the beam width in the V direction being approximately the same as the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the beam width in the V direction of the laser light incident on the cylindrical convex lens 41 is A and the beam width in the V direction of the laser light that has passed through the cylindrical concave lens 42 is B, the following relationship is obtained. It is desirable to be established. B ⁇ G B / A ⁇ FL2 / FL1
  • G may be a gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 are arranged substantially parallel to the H direction, respectively, but the present disclosure is not limited to this example.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may be disposed substantially parallel to the V direction. In that case, the lens interval may be adjusted so that the beam width in the H direction of the laser light substantially matches the discharge width in the amplifier PA.
  • FIG. 6A shows a beam adjusting optical system 40b as a second example of the beam adjusting optical system 40 in the first embodiment shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 6B is a view of the beam adjusting optical system 40b as viewed from the H direction.
  • the beam adjustment optical system 40b may include a spherical convex lens 45 instead of the cylindrical convex lens 41.
  • the beam adjusting optical system 40 b may include a spherical concave lens 46 instead of the cylindrical concave lens 42.
  • the spherical convex lens 45 may have a rear focal point F1 at a position away from the spherical convex lens 45 by a focal length FL1 on the downstream side of the laser beam.
  • the rear focal point F1 of the spherical convex lens 45 may correspond to a point where the light that has passed through the spherical convex lens 45 is condensed when a parallel light beam enters from the left side of the drawing and passes through the right side.
  • the spherical concave lens 46 may have a front focal point F2 at a position separated from the spherical concave lens 46 by a focal length FL2 on the downstream side of the laser beam.
  • the front focal point F2 of the spherical concave lens 46 intersects with the spherical concave lens 46 by extending a divergent light beam that is incident on the spherical concave lens 46 from the right side of the drawing and passes the left side of the drawing to the right side of the spherical concave lens 46.
  • the rear focal point F1 of the spherical convex lens 45 and the front focal point F2 of the spherical concave lens 46 may substantially coincide with each other.
  • the front focal point F2 of the spherical concave lens 46 may be slightly arranged on the downstream side of the laser light, rather than the rear focal point F1 of the spherical convex lens 45.
  • the spherical convex lens 45 may be supported by the holder 51.
  • the spherical concave lens 46 may be supported by the holder 52.
  • the configuration for lens holding and position adjustment may be the same as in the first example described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • the pulsed laser light output from the oscillator MO can be incident on the spherical convex lens 45 of the beam adjusting optical system 40a via the high reflection mirror 18 while gradually expanding the beam width as divergent light.
  • the laser light that has entered the spherical convex lens 45 as a beam having a divergence passes through the spherical convex lens 45, it becomes convergent light and can gradually reduce the beam width in the V direction and the H direction and enter the spherical concave lens 46.
  • the front focal point F2 of the spherical concave lens 46 is slightly downstream of the rear focal point F1 of the spherical convex lens 45, the laser light that has passed through the spherical concave lens 46 is nearly parallel. It can be a beam.
  • the laser light that has passed through the spherical concave lens 46 has a beam width in the V direction that is substantially the same as the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b, or a beam width in the H direction that is substantially the same as the discharge width in the amplifier PA.
  • the same size can be incident on the amplifier PA.
  • the beam width adjusted by the beam adjusting optical system 40b may be adjusted so that the beam width in the V direction matches the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b, and the beam width in the H direction is set to discharge in the amplifier PA. It may be adjusted to the width.
  • the lens interval such that the beam width in the V direction substantially coincides with the gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b, and the lens interval such that the beam width in the H direction substantially coincides with the discharge width in the amplifier PA.
  • the lens interval may be set between
  • both the beam width in the V direction and the beam width in the H direction of the laser light can be reduced and incident on the amplifier PA. Therefore, it is possible to suppress a part of the laser light from being wasted compared to the first example. Then, the pulse energy of the pulsed laser beam output from the amplifier PA can be increased.
  • FIG. 7A shows a beam adjusting optical system 40c as a third example of the beam adjusting optical system 40 in the first embodiment shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 7B is a view of the beam adjusting optical system 40c as viewed from the H direction.
  • the beam adjusting optical system 40 c may include a cylindrical convex lens 41 and a cylindrical concave lens 42.
  • the configurations and operations of the cylindrical convex lens 41 and the cylindrical concave lens 42 may be the same as in the first example described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • the beam adjusting optical system 40 c may further include a cylindrical convex lens 43 and a cylindrical concave lens 44. Both the cylindrical convex lens 43 and the cylindrical concave lens 44 may be located in the optical path of the laser beam. The cylindrical convex lens 43 may be located on the upstream side of the laser beam with respect to the cylindrical concave lens 44.
  • the cylindrical convex lens 43 may have a rear focal axis F3 at a position away from the cylindrical convex lens 43 by a focal length FL3 on the downstream side of the laser beam.
  • the cylindrical concave lens 44 may have a front focal axis F4 at a position away from the cylindrical concave lens 44 by a focal length FL4 on the downstream side of the laser beam.
  • the rear focal axis F3 of the cylindrical convex lens 43 and the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may be substantially parallel to the V direction, respectively.
  • the rear focal axis F3 of the cylindrical convex lens 43 and the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may substantially coincide with each other.
  • the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may be slightly arranged on the downstream side of the laser light, rather than the rear focal axis F3 of the cylindrical convex lens 43.
  • the cylindrical convex lens 43 may be supported by the holder 56.
  • the cylindrical concave lens 44 may be supported by the holder 57.
  • the holder 57 that supports the cylindrical concave lens 44 may be supported by the uniaxial stage 58 and move along the optical path axis of the laser light.
  • the holder 56 and the uniaxial stage 58 may be supported by the plate 59. Thereby, the cylindrical concave lens 44 can be moved in parallel with the Z direction along the optical path axis of the laser beam, and the distance from the cylindrical convex lens 43 can be changed.
  • a micrometer (not shown) is disposed on the uniaxial stage 58, and the distance along the optical path axis of the laser beam between the cylindrical convex lens 43 and the cylindrical concave lens 44 may be adjusted.
  • the beam width in the V direction of the laser light becomes substantially the same size as the gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b. You may do it. Further, by adjusting the lens interval between the cylindrical convex lens 43 and the cylindrical concave lens 44, the beam width in the H direction of the laser light may be approximately the same as the discharge width in the amplifier PA.
  • the beam width of the laser light can be controlled independently in the V direction and the H direction. Therefore, it is possible to suppress a part of the laser light from being wasted as compared with the first example and the second example. Then, the pulse energy of the pulsed laser beam output from the amplifier PA can be increased.
  • FIG. 8A shows a beam adjusting optical system 40d as a fourth example of the beam adjusting optical system 40 in the first embodiment shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 8B is a view of the beam adjusting optical system 40d as viewed from the H direction.
  • a double-sided cylindrical convex lens may be used instead of the two cylindrical convex lenses as compared to the third example described with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • the beam adjusting optical system 40 d may include a double-sided cylindrical convex lens 47, a cylindrical concave lens 42, and a cylindrical concave lens 44. These cylindrical lenses may be located in the optical path of the laser beam.
  • the double-sided cylindrical convex lens 47 may be positioned on the upstream side of the laser beam with respect to the cylindrical concave lens 42 and the cylindrical concave lens 44.
  • the double-sided cylindrical convex lens 47 may have a first cylindrical convex surface having an axis parallel to the H direction and a second cylindrical convex surface having an axis parallel to the V direction.
  • the double-sided cylindrical convex lens 47 may have a rear focal axis F1 at a position separated from the double-sided cylindrical convex lens 47 by a focal length FL1 on the downstream side of the laser beam.
  • the double-sided cylindrical convex lens 47 may have a rear focal axis F3 at a position separated from the double-sided cylindrical convex lens 47 by a focal length FL3 on the downstream side of the laser beam.
  • the rear focal axis F1 of the double-sided cylindrical convex lens 47 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may be substantially parallel to the H direction, respectively.
  • the rear focal axis F1 of the double-sided cylindrical convex lens 47 and the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may substantially coincide with each other.
  • the front focal axis F2 of the cylindrical concave lens 42 may be slightly arranged on the downstream side of the laser light, rather than the rear focal axis F1 of the double-sided cylindrical convex lens 47.
  • the rear focal axis F3 of the double-sided cylindrical convex lens 47 and the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may be substantially parallel to the V direction, respectively.
  • the rear focal axis F3 of the double-sided cylindrical convex lens 47 and the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may substantially coincide with each other.
  • the front focal axis F4 of the cylindrical concave lens 44 may be arranged slightly downstream of the laser light, rather than the rear focal axis F3 of the double-sided cylindrical convex lens 47.
  • the double-sided cylindrical convex lens 47 may be supported by the holder 51.
  • the cylindrical concave lens 42 may be supported by the holder 52.
  • the cylindrical concave lens 44 may be supported by the holder 57.
  • the configuration for holding and adjusting the position of the double-sided cylindrical convex lens 47, the cylindrical concave lens 42, and the cylindrical concave lens 44 may be substantially the same as the configuration described with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • the beam width in the V direction of the laser light has substantially the same size as the gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b. It may be made to become. Further, by adjusting the lens interval between the double-sided cylindrical convex lens 47 and the cylindrical concave lens 44, the beam width in the H direction of the laser light may be approximately the same as the discharge width in the amplifier PA.
  • the beam width of the laser light can be controlled independently in the V direction and the H direction. Further, according to the fourth example, the number of lenses can be reduced as compared with the third example, and a compact configuration can be obtained.
  • FIG. 9A shows a beam adjusting optical system 40e as a fifth example of the beam adjusting optical system 40 in the first embodiment shown in FIG. 3A viewed from the V direction.
  • FIG. 9B is a view of the beam adjusting optical system 40e as viewed from the H direction.
  • a cylindrical convex lens which is an optical element having a positive power, may be used instead of the cylindrical concave lens in the first example described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • the beam adjusting optical system 40e may include a cylindrical convex lens 41 and a cylindrical convex lens 48. Both the cylindrical convex lens 41 and the cylindrical convex lens 48 may be located in the optical path of the laser beam. The cylindrical convex lens 41 may be located on the upstream side of the laser beam with respect to the cylindrical convex lens 48.
  • the cylindrical convex lens 41 may have a rear focal axis F1 at a position away from the cylindrical convex lens 41 by a focal length FL1 on the downstream side of the laser light.
  • the cylindrical convex lens 48 may have a front focal axis F2 at a position separated from the cylindrical convex lens 48 by a focal length FL2 upstream of the laser beam.
  • the front focal axis F ⁇ b> 2 of the cylindrical convex lens 48 may correspond to an axis indicating a position where light is condensed on a line when parallel rays are incident on the cylindrical convex lens 48 from the right side of the drawing and pass to the left side.
  • the focal length FL2 of the cylindrical convex lens 48 may be equal to or shorter than the focal length FL1 of the cylindrical convex lens 41.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens 48 may be substantially parallel to the H direction, respectively.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens 48 may substantially coincide with each other.
  • the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens 48 may be slightly arranged on the downstream side of the laser light, rather than the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41.
  • the cylindrical convex lens 41 may be supported by the holder 51.
  • the cylindrical convex lens 48 may be supported by the holder 52.
  • the configuration for lens holding and position adjustment may be the same as in the first example described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • the pulsed laser light output from the oscillator MO can be incident on the cylindrical convex lens 41 of the beam adjusting optical system 40e via the high reflection mirror 18 while gradually expanding the beam width as divergent light.
  • the laser light incident on the cylindrical convex lens 41 as a beam having a spread is diverged after being condensed at a position slightly downstream of the rear focal axis F 1 of the cylindrical convex lens 41 and then incident on the cylindrical convex lens 48. obtain.
  • the laser light that has passed through the cylindrical convex lens 48 is parallel.
  • the laser light that has passed through the cylindrical convex lens 48 can enter the amplifier PA with the beam width in the V direction being substantially the same as the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the beam width in the V direction of the laser light incident on the cylindrical convex lens 41 is A and the beam width in the V direction of the laser light that has passed through the cylindrical convex lens 48 is B, the following relationship is obtained. It is desirable to be established. B ⁇ G B / A ⁇ FL2 / FL1
  • G may be a gap interval between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens 48 are arranged substantially parallel to the H direction, respectively, but the present disclosure is not limited to this example.
  • the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41 and the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens 48 may be disposed substantially parallel to the V direction.
  • a spherical convex lens may be used instead of the spherical concave lens.
  • the front focal point F2 of the spherical convex lens instead of the spherical concave lens 46 may be disposed slightly downstream of the laser light than the rear focal point F1 of the spherical convex lens 45.
  • a cylindrical convex lens may be used instead of the cylindrical concave lens.
  • the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens instead of the cylindrical concave lens 42 may be disposed slightly downstream of the laser light, rather than the rear focal axis F1 of the cylindrical convex lens 41.
  • the front focal axis F4 of the cylindrical convex lens instead of the cylindrical concave lens 44 may be disposed slightly downstream of the laser light than the rear focal axis F3 of the cylindrical convex lens 43.
  • a cylindrical convex lens may be used instead of the cylindrical concave lens.
  • the front focal axis F2 of the cylindrical convex lens instead of the cylindrical concave lens 42 may be disposed slightly downstream of the laser light, rather than the rear focal axis F1 of the double-sided cylindrical convex lens 47.
  • the front focal axis F4 of the cylindrical convex lens instead of the cylindrical concave lens 44 may be arranged slightly downstream of the laser light, rather than the rear focal axis F3 of the double-sided cylindrical convex lens 47.
  • FIGS. 10A and 10B schematically illustrate a configuration of a laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the laser apparatus according to the second embodiment may include a beam adjusting optical system 60a that is a telecentric optical system in the optical path of the laser light between the high reflection mirrors 18 and 19.
  • the beam adjusting optical system 60a may include a spherical convex lens 61 having a focal length FL1 and a spherical convex lens 62 having a focal length FL1. Both the spherical convex lens 61 and the spherical convex lens 62 may be located in the optical path of the laser light.
  • These lenses may be arranged so that the rear focal point of the spherical convex lens 61 and the front focal point of the spherical convex lens 62 are substantially at the same position.
  • the light beam passing through the center of the virtual stop is substantially parallel to the optical path axis of the laser light on the upstream side of the laser beam from the spherical convex lens 61.
  • the entrance pupil may be at infinity.
  • the light beam passing through the center of the virtual stop may be substantially parallel to the optical path axis of the laser light on the downstream side of the laser light from the spherical convex lens 62. That is, the exit pupil may be at infinity.
  • the partial reflection surface of the output coupling mirror 15 may be located at the position of the front focal point of the spherical convex lens 61.
  • the sum of the distance FL1a from the spherical convex lens 61 to the high reflection mirror 18 and the distance FL1b from the high reflection mirror 18 to the partial reflection surface of the output coupling mirror 15 may be given by the following equation.
  • FL1a + FL1b FL1
  • the sum of the distance FL1a ′ from the spherical convex lens 62 to the high reflection mirror 19 and the distance FL1b ′ from the high reflection mirror 19 to the rear focal point of the spherical convex lens 62 may be FL1.
  • the image of the partial reflection surface of the output coupling mirror 15 may be formed at the position of the rear focal plane of the spherical convex lens 62 at a substantially equal magnification. That is, the object plane O shown in FIG. 10A may be transferred to the image plane I shown in FIG. 10A at a transfer magnification of 1: 1.
  • FIG. 11A shows a beam profile of a beam cross section along the XIA line in FIG. 10A.
  • FIG. 11B shows a beam profile of a beam cross section along the XIB line in FIG. 10A.
  • FIG. 11C shows a beam profile of a beam cross section along the XIC line in FIG. 10A.
  • the laser beam output from the oscillator MO can enter the amplifier PA via the high reflection mirrors 18 and 19 and the beam adjusting optical system 60a.
  • the beam adjustment optical system 60a By the beam adjustment optical system 60a, the object plane O located on the partial reflection surface of the output coupling mirror 15 of the oscillator MO is transferred to the image plane I downstream of the laser light from the beam adjustment optical system 60a at a transfer magnification of 1: 1. May be. Therefore, the beam profile of the beam cross section shown in FIG. 11A and the beam profile of the beam cross section shown in FIG. 11B can be substantially the same.
  • the beam adjusting optical system 60a is a bi-telecentric optical system, even when the object plane O is moved along the optical path axis of the laser light, the change in transfer magnification can be slight. Further, when the image plane I is moved along the optical path axis of the laser light, the transfer magnification can be slightly changed.
  • the beam adjusting optical system 60a is arranged in the optical path between the high reflection mirrors 18 and 19 is shown, but the present disclosure is not limited to this.
  • the beam adjusting optical system 60a may be disposed at any position on the optical path between the output coupling mirror 15 and the window 20a.
  • the focal length of the spherical convex lens 61 and the focal length of the spherical convex lens 62 are substantially the same has been described, the present disclosure is not limited thereto.
  • the spherical convex lens 61 and the spherical convex lens 62 have different focal lengths depending on the ratio of the gap distance between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b and the gap distance between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b. You may have.
  • the position of the oscillator MO in the optical resonator may be the object plane O.
  • the position between the window 10a and the window 10b of the oscillator MO may be the object plane O.
  • the position between the window 20a and the window 20b of the amplifier PA may be the image plane I.
  • the position between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b may be the object plane O, and the position between the second pair of discharge electrodes 21a and 21b may be the image plane I.
  • the approximate center position of the discharge space between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b is the object plane O, and the approximate center position of the discharge space between the first pair of discharge electrodes 11a and 11b is an image. It may be surface I.
  • FIG. 12A and FIG. 12B schematically show a configuration of a modification of the laser apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the beam adjusting optical system 60b which is a telecentric optical system, may be configured by using the two off-axis paraboloid mirrors 68 and 69.
  • Both the off-axis parabolic mirror 68 and the off-axis parabolic mirror 69 may be located in the optical path of the laser beam.
  • the off-axis parabolic mirror 68 may be positioned on the upstream side of the laser beam with respect to the off-axis parabolic mirror 69.
  • Both the off-axis paraboloid mirror 68 and the off-axis paraboloid mirror 69 may be mirrors having the inner surface of the rotating paraboloid as a reflecting surface.
  • the off-axis paraboloid mirror 68 and the off-axis paraboloid mirror 69 may be arranged such that the axes of their rotary paraboloids are substantially parallel to each other and their focal points F1 are substantially coincident.
  • the off-axis parabolic mirror 68 changes the optical path axis of the laser beam by 90 ° and collects it at the focal point F1 when the parallel laser beam from the oscillator MO enters in parallel with the axis of the rotary paraboloid. May be.
  • the off-axis paraboloid mirror 69 changes the optical path axis of the laser beam by 90 ° when the laser beam diverging from the focal point F1 is incident, and parallelizes the parallel beam to the amplifier PA in parallel with the axis of the rotary paraboloid.
  • Laser light may be guided. Actually, the laser light is not parallel light, and may have a certain divergence angle.
  • the focal lengths of the off-axis parabolic mirror 68 and the off-axis parabolic mirror 69 may be equal to each other.
  • the object plane O located at a distance corresponding to the focal length FL1 from the off-axis paraboloid mirror 68 toward the upstream side of the optical path of the laser beam is downstream from the off-axis paraboloid mirror 69 in the optical path of the laser beam.
  • the image may be transferred to the image plane I located at a distance corresponding to the focal length FL1 toward the side at a transfer magnification of 1: 1.
  • the object plane O may be located in the discharge space of the oscillator MO.
  • the image plane I may be located in the discharge space of the amplifier PA.
  • the roles of the high reflection mirrors 18 and 19 and the beam adjusting optical system 60a are substantially matched.
  • the beam adjusting optical system 60b can be provided. Therefore, the number of optical elements can be reduced.
  • the off-axis paraboloid mirror 68 and the off-axis paraboloid mirror 69 have different focal lengths depending on the ratio of the size of the discharge space of the oscillator MO and the size of the discharge space of the amplifier PA. Also good.
  • FIG. 13 schematically illustrates a configuration of a laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the laser apparatus according to the third embodiment may include a first amplifier PA1 and a second amplifier PA2 in addition to the oscillator MO.
  • the configurations of the oscillator MO and the first amplifier PA1 may be the same as the configurations of the oscillator MO and the amplifier PA, respectively.
  • the second amplifier PA2 may include a third laser chamber 30 and a third pair of discharge electrodes 31a and 31b.
  • the third pair of discharge electrodes 31 a and 31 b may be disposed inside the third laser chamber 30.
  • Windows 30a and 30b may be disposed at both ends of the third laser chamber 30, respectively.
  • Each of these configurations may be the same as each configuration in the first amplifier PA1.
  • a convex lens 61 and a convex lens 62 constituting both telecentric beam adjusting optical systems are arranged. May be.
  • the convex lens 61 and the convex lens 62 may each have a focal length FL1.
  • the sum of the distance FL1a from the convex lens 61 to the high reflection mirror 18 and the distance FL1b from the high reflection mirror 18 to the rear focal point of the convex lens 61 may be expressed by the following equation.
  • the sum of the distance FL1b ′ from the front focal point of the convex lens 62 to the high reflection mirror 19 and the distance FL1a ′ from the high reflection mirror 19 to the convex lens 62 may be FL1.
  • a convex lens 63 and a convex lens 64 constituting both telecentric beam adjusting optical systems are provided in the optical path of the laser light between the first amplifier PA1 and the second amplifier PA2, for example, in addition to the high reflection mirrors 28 and 29, a convex lens 63 and a convex lens 64 constituting both telecentric beam adjusting optical systems are provided. It may be arranged.
  • the convex lens 63 and the convex lens 64 may each have a focal length FL2.
  • the sum of the distance FL2a from the convex lens 63 to the high reflection mirror 28 and the distance FL2b from the high reflection mirror 28 to the rear focal point of the convex lens 63 may be expressed by the following equation.
  • the sum of the distance FL2b ′ from the front focal point of the convex lens 64 to the high reflection mirror 29 and the distance FL2a ′ from the high reflection mirror 29 to the convex lens 64 may be FL2.
  • the focal lengths FL1 of the convex lens 61 and the convex lens 62 and the focal lengths FL2 of the convex lens 63 and the convex lens 64 may be different from each other.
  • FIG. 14A is an optical layout diagram showing the laser apparatus shown in FIG. 13 in a simplified manner.
  • the front focal point of the convex lens 61 may be located substantially at the center of the discharge space of the oscillator MO.
  • the rear focal point of the convex lens 62 may be located substantially at the center of the discharge space of the first amplifier PA1.
  • the object plane O positioned substantially at the center of the discharge space of the oscillator MO may be transferred to the first image plane I1 positioned approximately at the center of the discharge space of the first amplifier PA1.
  • the front focal point of the convex lens 63 may be positioned substantially at the center of the discharge space of the first amplifier PA1.
  • the rear focal point of the convex lens 64 may be located substantially at the center of the discharge space of the second amplifier PA2.
  • the object plane O located substantially at the center of the discharge space of the oscillator MO corresponds to the discharge space of the second amplifier PA2.
  • the image may be transferred to the second image plane I2 located substantially at the center.
  • FIG. 14B is an optical arrangement diagram schematically illustrating a configuration of a first modification of the laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the telecentric beam adjusting optical system including the convex lens 61 and the convex lens 62 has the first object plane O1 at the end position near the output coupling mirror in the discharge space of the oscillator MO.
  • the position near the entrance of the discharge space of the amplifier PA1 may be the first image plane I1.
  • the bi-telecentric beam adjusting optical system composed of the convex lens 63 and the convex lens 64 has the end position near the exit of the discharge space of the first amplifier PA1 as the second object plane O2, and the second amplifier PA2.
  • the position near the entrance of the discharge space may be the second image plane I2.
  • FIG. 14C is an optical arrangement diagram schematically illustrating a configuration of a second modification example of the laser apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • a beam adjusting optical system including a convex lens 41a and a concave lens 42a may be disposed between the oscillator MO and the first amplifier PA1.
  • a beam adjusting optical system including the convex lens 41b and the concave lens 42b may be disposed between the first amplifier PA1 and the second amplifier PA2.

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Abstract

このレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、第１の増幅器に入射するレーザ光の第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が第２の一対の放電電極の第１のギャップ間隔と略同じとなるように、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。

Description

レーザ装置
　本開示は、レーザ装置に関する。
　レーザアニール装置は、基板上に成膜されたアモルファス（非結晶）シリコン膜にエキシマレーザ等のレーザシステムから出力された紫外線領域の波長を有するパルスレーザ光を照射し、ポリシリコン膜に改質する装置である。アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に改質することにより、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製することができる。このＴＦＴは、比較的大きな液晶ディスプレイに使用されている。
特開２００９－２７７９７７号公報 米国特許第８８０３０２７号明細書 特許第４８１８８７１号公報 特許第５３７６９０８号公報
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、第１の増幅器に入射するレーザ光の第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が第２の一対の放電電極の第１のギャップ間隔と略同じとなるように、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系であって、正のパワーの第１の光学素子と、第１の光学素子よりもレーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１Ａは、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１Ｂは、図１Ａに示される増幅器ＰＡを一対の放電電極間の放電方向と平行な方向から見た図である。 図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図２Ｂは、図１ＡのＩＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図２Ｃは、図１ＡのＩＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図３Ａは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図３Ｂは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図４Ａは、図３ＡのＩＶＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図４Ｂは、図３ＡのＩＶＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図４Ｃは、図３ＡのＩＶＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図５Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第１の例としてのビーム調節光学系４０ａをＶ方向から見た図である。 図５Ｂは、ビーム調節光学系４０ａをＨ方向から見た図である。 図６Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第２の例としてのビーム調節光学系４０ｂをＶ方向から見た図である。 図６Ｂは、ビーム調節光学系４０ｂをＨ方向から見た図である。 図７Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第３の例としてのビーム調節光学系４０ｃをＶ方向から見た図である。 図７Ｂは、ビーム調節光学系４０ｃをＨ方向から見た図である。 図８Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第４の例としてのビーム調節光学系４０ｄをＶ方向から見た図である。 図８Ｂは、ビーム調節光学系４０ｄをＨ方向から見た図である。 図９Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第５の例としてのビーム調節光学系４０ｅをＶ方向から見た図である。 図９Ｂは、ビーム調節光学系４０ｅをＨ方向から見た図である。 図１０Ａは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１０Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１１Ａは、図１０ＡのＸＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図１１Ｂは、図１０ＡのＸＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図１１Ｃは、図１０ＡのＸＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。 図１２Ａは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。 図１２Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。 図１３は、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１４Ａは、図１３に示されるレーザ装置を簡略化して示す光学配置図である。 図１４Ｂは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第１の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。 図１４Ｃは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第２の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。
実施形態
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザ装置
　２．１　ＭＯＰＡレーザ源の構成
　２．２　ＭＯＰＡレーザ源の動作
　２．３　課題
３．ビーム調節光学系を含むレーザ装置
　３．１　構成
　３．２　動作
　３．３　作用
　３．４　その他
　３．５　ビーム調節光学系の第１の例
　３．６　ビーム調節光学系の第２の例
　３．７　ビーム調節光学系の第３の例
　３．８　ビーム調節光学系の第４の例
　３．９　ビーム調節光学系の第５の例
４．両テレセントリックなビーム調節光学系を含むレーザ装置
　４．１　構成
　４．２　動作
　４．３　作用
　４．４　その他
　４．５　第２の実施形態の変形例
５．複数の増幅器を含むレーザ装置
　５．１　構成
　５．２　動作及び作用
　５．３　第３の実施形態の変形例
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．概要
　レーザアニール装置は、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜にパルス状のレーザ光を所定のエネルギー密度で照射することによって、レーザアニールを行ってもよい。近年のようにますます大きな液晶ディスプレイが製造されるようになると、所定のエネルギー密度での照射面積を広げるために、レーザ光の１つのパルスあたりのエネルギーを増加させることが求められ得る。１つのパルスあたりのエネルギーを増加させるために、発振器（ＭＯ）と増幅器（ＰＡ）とを有する２チャンバシステムを用いる場合がある。このような２チャンバシステムを用いたレーザ装置をＭＯＰＡレーザ源ともいう。
　発振器から出力されたレーザ光のビームは拡がりを有するため、増幅器に入射するまでの間にビーム径が大きくなり得る。このビーム径が増幅器の放電空間よりも大きくなると、レーザ光の一部が増幅器の放電空間に入りきらずに無駄となるため、ＭＯＰＡレーザ源によるレーザ光の生成効率が低下し得る。例えば、発振器の放電空間と増幅器の放電空間が略同じで、発振器と増幅器との間の距離が離れている場合に、特に問題となり得る。
　本開示の１つの観点において、発振器と増幅器との間の光路に配置された第１のビーム調節光学系が、正のパワーの第１の光学素子と、第１の光学素子よりもレーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含んでもよい。
　本開示の１つの観点において、発振器と増幅器との間の光路に配置された第１のビーム調節光学系が、両テレセントリックな光学系であってもよい。
　第１のビーム調節光学系は、増幅器に入射するレーザ光のビーム幅が当該増幅器の一対の放電電極のギャップ間隔と略同じとなるように、レーザ光を調節してもよい。
２．比較例に係るレーザ装置
　２．１　ＭＯＰＡレーザ源の構成
　図１Ａは、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。このレーザ装置は、発振器ＭＯと、増幅器ＰＡと、複数の高反射ミラー１８及び１９とを備えたＭＯＰＡレーザ源であってもよい。図１Ａは、レーザ光の進行方向と垂直で、且つ、発振器ＭＯ及び増幅器ＰＡにおける一対の放電電極間の放電方向と垂直な方向から見た図である。図１Ｂは、図１Ａに示される増幅器ＰＡを一対の放電電極間の放電方向と平行な方向から見た図である。レーザ光の進行方向をＺ方向としてもよい。発振器ＭＯ及び増幅器ＰＡにおける一対の放電電極間の放電方向をＶ方向としてもよい。Ｚ方向及びＶ方向の両方に垂直な方向をＨ方向としてもよい。高反射ミラー１８又は１９によってレーザ光が反射されて進行方向が変化するのに伴って、Ｚ方向及びＶ方向が変化してもよい。
　発振器ＭＯは、第１のレーザチャンバ１０と、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂと、リアミラー１４と、出力結合ミラー１５と、を含んでもよい。第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂは、第１のレーザチャンバ１０の内部に配置されていてもよい。リアミラー１４及び出力結合ミラー１５は、光共振器を構成してもよい。リアミラー１４と出力結合ミラー１５との間に、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間が位置していてもよい。リアミラー１４は、レーザ光を高い反射率で反射するミラーでもよい。出力結合ミラー１５は、エキシマレーザ光を透過させるＣａＦ２結晶などの基板に、エキシマレーザ光を１０％～４０％反射する部分反射膜がコートされたものでもよい。第１のレーザチャンバ１０の両端には、それぞれウインドウ１０ａ及び１０ｂが配置されていてもよい。
　複数の高反射ミラー１８及び１９は、発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光がシード光として増幅器ＰＡに入射するように配置されてもよい。
　増幅器ＰＡは、第２のレーザチャンバ２０と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂと、を含んでもよい。第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂは、第２のレーザチャンバ２０の内部に配置されていてもよい。第２のレーザチャンバ２０の両端には、それぞれウインドウ２０ａ及び２０ｂが配置されていてもよい。
　第１のレーザチャンバ１０及び第２のレーザチャンバ２０は、それぞれエキシマレーザガスを封入していてもよい。エキシマレーザガスは、希ガスとしてアルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスを含み、ハロゲンガスとしてフッ素ガス又は塩素ガスを含み、バッファガスとしてネオンガス又はヘリウムガスを含んでもよい。
　第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間に形成される放電空間と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間に形成される放電空間とは、略同じ形状及び大きさであってもよい。従って、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂのギャップ間隔と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔とは、略同じであってもよい。
　ウインドウ１０ａ、１０ｂ、２０ａ及び２０ｂは、いずれも、エキシマレーザ光を透過させるＣａＦ２結晶などで構成されてもよい。ウインドウ１０ａ、１０ｂ、２０ａ及び２０ｂは、いずれも、反射が低減されるように、ブリュースター角でＨ方向に傾けられて配置されていてもよい。
　２．２　ＭＯＰＡレーザ源の動作
　図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図２Ｂは、図１ＡのＩＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図２Ｃは、図１ＡのＩＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
　発振器ＭＯにおいて、図示しない電源によって第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されてもよい。第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されると、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザガスは励起されて高エネルギー準位に遷移し得る。励起されたレーザガスがその後低エネルギー準位に遷移する時、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。エキシマレーザ装置においては、この光は紫外線の光を含んでもよい。レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射し得る。この光が、光共振器を構成するリアミラー１４と出力結合ミラー１５との間で往復して定常波を形成してもよい。この光が、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間を繰り返し通過することにより増幅され、レーザ発振が起こり得る。
　出力結合ミラー１５が、光共振器において発生した光の一部を透過させることにより、発振器ＭＯからパルス状のレーザ光が出力され得る。ここで、出力されるレーザ光のビームプロファイルは、図２Ａに示されるような形状となり得る。すなわち、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間と略同じ寸法のビームプロファイルとなり得る。
　図２Ａに示されるように、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のビーム断面は、放電方向すなわちＶ方向に長い形状であってよく、ほぼ長方形状であってもよい。さらに、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のＶ方向のビームプロファイルは、略均一なエネルギー密度を有する略トップハット状であってもよい。また、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のＨ方向のビームプロファイルは、中央付近でエネルギー密度が高く、端部付近ではエネルギー密度が低いガウス分布状であってもよい。
　このレーザ光は、Ｈ方向とＶ方向に対してそれぞれの発散角で拡がりながら、高反射ミラー１８及び１９を経由して、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａにシード光として入射し得る。ウインドウ２０ａに入射するパルス状のレーザ光のビームプロファイルは、図２Ｂに示されるような形状となり得る。ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の一部は、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に入射し得る。しかしながら、ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の別の一部は、放電空間の±Ｖ方向にはみ出て第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂに当たってしまい、放電空間に入らない場合がある。また、ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の別の一部は、放電空間から±Ｈ方向にはみ出てしまい、放電空間に入らない場合がある。
　レーザ光の一部が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に入射するのと同期して、図示しない電源によって第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されてもよい。第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されると、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の放電が起こり得る。レーザガス中で放電が発生すると、レーザガスは励起され得る。その結果、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間を通過するレーザ光が増幅され、増幅された光がウインドウ２０ｂを介して増幅器ＰＡから外部に出力され得る。増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のビームプロファイルは、図２Ｃに示されるような形状となり得る。ウインドウ２０ｂから出射したレーザ光は、僅かに拡がりつつ進行し得る。このため、図１ＡのＩＩＣ線位置におけるＶ方向ビーム幅は、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップよりも僅かに大きくなり得る。
　２．３　課題
　発振器ＭＯと増幅器ＰＡの間の距離が離れている場合、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａに入射するレーザ光のビームサイズは、増幅器ＰＡの放電空間に対して大きくなり得る。このため、レーザ光の一部は増幅器ＰＡの放電空間に入りきらずに、増幅されなくなり得る。その結果、ＭＯＰＡレーザ源によるレーザ光の生成効率が低下し得る。
　そこで、以下に本開示の実施形態を説明する。
３．ビーム調節光学系を含むレーザ装置
　３．１　構成
　図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザ装置は、高反射ミラー１８及び１９の間のレーザ光の光路に、ビーム調節光学系４０を備えていてもよい。
　ビーム調節光学系４０は、増幅器ＰＡに入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅が、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略一致する形状となるように調節する光学系であってもよい。このビーム調節光学系４０は、例えば、シリンドリカル凸レンズ４１とシリンドリカル凹レンズ４２とを含んでいてもよい。
　３．２　動作
　図４Ａは、図３ＡのＩＶＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図４Ｂは、図３ＡのＩＶＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図４Ｃは、図３ＡのＩＶＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
　発振器ＭＯから出力されたレーザ光は、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０に入射し得る。ビーム調節光学系４０によって、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略同じ大きさとなるように、レーザ光のビームプロファイルが変換され得る（図４Ｂ）。
　Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略同じ大きさに変換されたレーザ光のビームは、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に注入され得る。
　３．３　作用
　これにより、ビーム調節光学系４０がなかった場合に比べて、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂにレーザ光の一部が当たって無駄になるのを抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーは増加し得る。
　図４Ｂに示されるように±Ｈ方向にレーザ光がはみ出た場合は、±Ｈ方向の両端部分が無駄となるが、レーザ光の±Ｈ方向の両端部分は光強度が比較的弱い部分であるので、レーザ光のエネルギーの無駄はあまり大きくないと言い得る。
　３．４　その他
　なお、この実施形態では、ビーム調節光学系４０が高反射ミラー１８及び１９の間の光路に配置された例を示したが、本開示はこれに限定されない。ビーム調節光学系４０の少なくとも一部が、出力結合ミラー１５と高反射ミラー１８との間の光路、又は、高反射ミラー１９とウインドウ２０ａとの間の光路に配置されてもよい。
　また、ビーム調節光学系の機能として、Ｖ方向のビーム幅が、第２の１対の放電電極のギャップ間隔と略同じとなるビーム調節光学系の例を示したが、本開示はこの例に限定されない。Ｖ方向だけでなく、Ｈ方向のビーム幅も、増幅器ＰＡの放電領域のＨ方向の幅と略一致するようにしてもよい（図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂを参照しながら後述する）。
　３．５　ビーム調節光学系の第１の例
　図５Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第１の例としてのビーム調節光学系４０ａをＶ方向から見た図である。図５Ｂは、ビーム調節光学系４０ａをＨ方向から見た図である。
　ビーム調節光学系４０ａは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１は、シリンドリカル凹レンズ４２よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４１は、当該シリンドリカル凸レンズ４１よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とは、シリンドリカル凸レンズ４１に対して図の左側から平行光線が入射して右側に通過したときに、線上に集光する位置を示す軸に相当し得る。平行光線が入射したときに透過させて集光するシリンドリカル凸レンズ４１のような光学素子、あるいは平行光線が入射したときに反射して集光する凹面ミラーのような光学素子を、正のパワーの光学素子という。
　シリンドリカル凹レンズ４２は、当該シリンドリカル凹レンズ４２よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点軸Ｆ２を有していてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、シリンドリカル凹レンズ４２に対して図の右側から平行光線が入射して図の左側に通過したときの発散光線を、シリンドリカル凹レンズ４２の右側に延長して交差する位置を示す軸に相当し得る。平行光線が入射したときに透過させて発散させるシリンドリカル凹レンズ４２のような光学素子、あるいは平行光線が入射したときに反射して発散させる凸面ミラーのような光学素子を、負のパワーの光学素子という。
　シリンドリカル凹レンズ４２の焦点距離ＦＬ２は、シリンドリカル凸レンズ４１の焦点距離ＦＬ１以下であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４１は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２は、ホルダー５２に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２を支持するホルダー５２は、１軸ステージ５３に支持されて、レーザ光の光路軸に沿って移動できてもよい。ホルダー５１及び１軸ステージ５３は、プレート５４に支持されてもよい。これにより、シリンドリカル凹レンズ４２は、レーザ光の光路軸に沿ってＺ方向と平行に移動でき、シリンドリカル凸レンズ４１との距離を変更し得る。
　１軸ステージ５３には、図示しないマイクロメータが配置されており、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とのレーザ光の光路軸に沿った距離を調整できてもよい。図示しないマイクロメータは、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略一致するように、シリンドリカル凹レンズ４２の位置を調整してもよい。不図示のマイクロメータは手動式マイクロメータあるいは自動式マイクロメータであってよい。自動式マイクロメータは、図示しない制御装置によって駆動するように構成してもよい。
　発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ａのシリンドリカル凸レンズ４１に入射し得る。
　拡がりを有するビームとしてシリンドリカル凸レンズ４１に入射したレーザ光は、シリンドリカル凸レンズ４１を通過すると、収束光となってＶ方向のビーム幅を次第に縮小させ、シリンドリカル凹レンズ４２に入射し得る。
　シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
　シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
　図５Ｂに示されるように、シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅をＡとし、シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光のＶ方向のビーム幅をＢとした場合、以下の関係が成立することが望ましい。
　　　Ｂ≒Ｇ
　　　Ｂ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１
　ここで、Ｇは第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔でもよい。シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅Ａと第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔Ｇとから、レンズの焦点距離の比を決定することにより、レーザ光を所望のビーム幅に調整することができる。
　この例においては、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行に配置したが、本開示はこの例に限定されない。
　例えば、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とを、Ｖ方向と略平行に配置してもよい。その場合は、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略一致するように、レンズ間隔が調節されてもよい。
　３．６　ビーム調節光学系の第２の例
　図６Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第２の例としてのビーム調節光学系４０ｂをＶ方向から見た図である。図６Ｂは、ビーム調節光学系４０ｂをＨ方向から見た図である。
　図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明したビーム調節光学系４０ａに対して、ビーム調節光学系４０ｂは、シリンドリカル凸レンズ４１の代わりに球面凸レンズ４５を備えてもよい。ビーム調節光学系４０ｂは、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりに球面凹レンズ４６を備えていてもよい。
　球面凸レンズ４５は、当該球面凸レンズ４５よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点Ｆ１を有していてもよい。球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１とは、球面凸レンズ４５に対して図の左側から平行光線が入射して右側に通過したときに、通過した光が集光する点に相当し得る。
　球面凹レンズ４６は、当該球面凹レンズ４６よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点Ｆ２を有していてもよい。球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２とは、球面凹レンズ４６に対して図の右側から平行光線が入射して図の左側に通過したときの発散光線を、球面凹レンズ４６の右側に延長して交差する点に相当し得る。
　球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１と球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２とは、略一致していてもよい。球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　球面凸レンズ４５は、ホルダー５１に支持されていてもよい。球面凹レンズ４６は、ホルダー５２に支持されていてもよい。
　レンズ保持及び位置調整のための構成については、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
　発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ａの球面凸レンズ４５に入射し得る。
　拡がりを有するビームとして球面凸レンズ４５に入射したレーザ光は、球面凸レンズ４５を通過すると、収束光となってＶ方向及びＨ方向のビーム幅を次第に縮小させ、球面凹レンズ４６に入射し得る。
　球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、球面凹レンズ４６を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
　球面凹レンズ４６を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなり、又は、Ｈ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
　ビーム調節光学系４０ｂによって調整されるビーム幅は、Ｖ方向のビーム幅を第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔に合わせられてもよいし、Ｈ方向のビーム幅を増幅器ＰＡにおける放電幅に合わせられてもよい。あるいは、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略一致するようなレンズ間隔と、Ｈ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略一致するようなレンズ間隔との間で、レンズ間隔を設定してもよい。
　このように、第２の例によれば、レーザ光のＶ方向のビーム幅とＨ方向のビーム幅との両方を小さくして、増幅器ＰＡに入射させることができる。従って、レーザ光の一部が無駄になるのを第１の例よりも抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーが増加し得る。
　３．７　ビーム調節光学系の第３の例
　図７Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第３の例としてのビーム調節光学系４０ｃをＶ方向から見た図である。図７Ｂは、ビーム調節光学系４０ｃをＨ方向から見た図である。
　ビーム調節光学系４０ｃは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２との構成及び動作は、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
　ビーム調節光学系４０ｃは、さらに、シリンドリカル凸レンズ４３と、シリンドリカル凹レンズ４４とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３と、シリンドリカル凹レンズ４４との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３は、シリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４３は、当該シリンドリカル凸レンズ４３よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ３離れた位置に、後側焦点軸Ｆ３を有していてもよい。
　シリンドリカル凹レンズ４４は、当該シリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ４離れた位置に、前側焦点軸Ｆ４を有していてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、それぞれＶ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４３は、ホルダー５６に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４は、ホルダー５７に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４を支持するホルダー５７は、１軸ステージ５８に支持されてレーザ光の光路軸に沿って移動できてもよい。ホルダー５６及び１軸ステージ５８は、プレート５９に支持されてもよい。これにより、シリンドリカル凹レンズ４４は、レーザ光の光路軸に沿ってＺ方向と平行に移動でき、シリンドリカル凸レンズ４３との距離を変更し得る。
　１軸ステージ５８には、図示しないマイクロメータが配置されており、シリンドリカル凸レンズ４３とシリンドリカル凹レンズ４４とのレーザ光の光路軸に沿った距離を調整できてもよい。
　以上の構成により、シリンドリカル凸レンズ４１とシリンドリカル凹レンズ４２とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなるようにしてもよい。さらに、シリンドリカル凸レンズ４３とシリンドリカル凹レンズ４４とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなるようにしてもよい。
　このように、第３の例によれば、レーザ光のビーム幅を、Ｖ方向とＨ方向とで独立に制御し得る。従って、レーザ光の一部が無駄になるのを第１の例及び第２の例よりも抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーが増加し得る。
　３．８　ビーム調節光学系の第４の例
　図８Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第４の例としてのビーム調節光学系４０ｄをＶ方向から見た図である。図８Ｂは、ビーム調節光学系４０ｄをＨ方向から見た図である。
　第４の例においては、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した第３の例に対し、２つのシリンドリカル凸レンズの代わりに両面シリンドリカル凸レンズを用いてもよい。
　ビーム調節光学系４０ｄは、両面シリンドリカル凸レンズ４７と、シリンドリカル凹レンズ４２と、シリンドリカル凹レンズ４４と、を備えていてもよい。これらのシリンドリカルレンズは、レーザ光の光路に位置していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７は、シリンドリカル凹レンズ４２及びシリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
　両面シリンドリカル凸レンズ４７は、Ｈ方向に平行な軸を有する第１のシリンドリカル凸面と、Ｖ方向に平行な軸を有する第２のシリンドリカル凸面と、を有していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７は、当該両面シリンドリカル凸レンズ４７よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。また、両面シリンドリカル凸レンズ４７は、当該両面シリンドリカル凸レンズ４７よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ３離れた位置に、後側焦点軸Ｆ３を有していてもよい。
　両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、それぞれＶ方向と略平行であってもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、略一致していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　両面シリンドリカル凸レンズ４７は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２は、ホルダー５２に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４は、ホルダー５７に支持されていてもよい。
　両面シリンドリカル凸レンズ４７、シリンドリカル凹レンズ４２及びシリンドリカル凹レンズ４４の保持及び位置調整のための構成については、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した構成と実質的に同様でよい。
　以上の構成により、両面シリンドリカル凸レンズ４７とシリンドリカル凹レンズ４２とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなるようにしてもよい。さらに、両面シリンドリカル凸レンズ４７とシリンドリカル凹レンズ４４とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなるようにしてもよい。
　このように、第４の例によれば、レーザ光のビーム幅を、Ｖ方向とＨ方向とで独立に制御し得る。また、第４の例によれば、第３の例に比べてレンズの数が少なくて済み、コンパクトな構成とすることができる。
　３．９　ビーム調節光学系の第５の例
　図９Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第５の例としてのビーム調節光学系４０ｅをＶ方向から見た図である。図９Ｂは、ビーム調節光学系４０ｅをＨ方向から見た図である。
　第５の例においては、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例に対し、シリンドリカル凹レンズの代わりに、正のパワーの光学素子であるシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。
　ビーム調節光学系４０ｅは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凸レンズ４８とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凸レンズ４８との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１は、シリンドリカル凸レンズ４８よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４１は、当該シリンドリカル凸レンズ４１よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４８は、当該シリンドリカル凸レンズ４８よりもレーザ光の上流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点軸Ｆ２を有していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、シリンドリカル凸レンズ４８に対して図の右側から平行光線が入射して左側に通過したときに、線上に集光する位置を示す軸に相当し得る。
　シリンドリカル凸レンズ４８の焦点距離ＦＬ２は、シリンドリカル凸レンズ４１の焦点距離ＦＬ１以下であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　シリンドリカル凸レンズ４１は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４８は、ホルダー５２に支持されていてもよい。
　レンズ保持及び位置調整のための構成については、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
　発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ｅのシリンドリカル凸レンズ４１に入射し得る。
　拡がりを有するビームとしてシリンドリカル凸レンズ４１に入射したレーザ光は、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、わずかにレーザ光の下流側の位置で集光した後に発散し、シリンドリカル凸レンズ４８に入射し得る。
　シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
　シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
　図９Ｂに示されるように、シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅をＡとし、シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光のＶ方向のビーム幅をＢとした場合、以下の関係が成立することが望ましい。
　　　Ｂ≒Ｇ
　　　Ｂ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１
　ここで、Ｇは第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔でもよい。シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅Ａと第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔Ｇとから、レンズの焦点距離の比を決定することにより、レーザ光を所望のビーム幅に調整することができる。
　この例においては、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行に配置したが、本開示はこの例に限定されない。
　例えば、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とを、Ｖ方向と略平行に配置してもよい。
　また、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明した第２の例において、球面凹レンズの代わりに球面凸レンズを用いてもよい。この場合でも、球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の代わりの球面凸レンズの前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　また、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した第３の例において、シリンドリカル凹レンズの代わりにシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。この場合でも、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。また、シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
　また、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら説明した第４の例において、シリンドリカル凹レンズの代わりにシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。この場合でも、両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。また、両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
４．両テレセントリックなビーム調節光学系を含むレーザ装置
　４．１　構成
　図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第２の実施形態に係るレーザ装置は、高反射ミラー１８及び１９の間のレーザ光の光路に、両テレセントリックな光学系であるビーム調節光学系６０ａを備えていてもよい。
　ビーム調節光学系６０ａは、焦点距離ＦＬ１の球面凸レンズ６１と、焦点距離ＦＬ１の球面凸レンズ６２と、を含んでもよい。球面凸レンズ６１と、球面凸レンズ６２との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。
　球面凸レンズ６１の後側焦点と、球面凸レンズ６２の前側焦点とが略同じ位置となるように、これらのレンズが配置されてもよい。ここで、これらの焦点の重なる位置に仮想の絞りを配置したとき、この仮想の絞りの中心を通る光線は、球面凸レンズ６１よりもレーザ光の上流側においてはレーザ光の光路軸と略平行であってもよい。すなわち、入射瞳が無限遠にあってもよい。また、この仮想の絞りの中心を通る光線は、球面凸レンズ６２よりもレーザ光の下流側においてもレーザ光の光路軸と略平行であってもよい。すなわち、出射瞳が無限遠にあってもよい。
　加えて、球面凸レンズ６１の前側焦点の位置に、出力結合ミラー１５の部分反射面が位置していてもよい。図１０Ａにおいて、球面凸レンズ６１から高反射ミラー１８までの距離ＦＬ１ａと、高反射ミラー１８から出力結合ミラー１５の部分反射面までの距離ＦＬ１ｂとの合計は、以下の式で与えられてもよい。
　　　ＦＬ１ａ＋ＦＬ１ｂ＝ＦＬ１
同様に、球面凸レンズ６２から高反射ミラー１９までの距離ＦＬ１ａ'と、高反射ミラー１９から球面凸レンズ６２の後側焦点までの距離ＦＬ１ｂ'との合計もＦＬ１でよい。このとき、出力結合ミラー１５の部分反射面の像が、球面凸レンズ６２の後側焦点面の位置に、略等倍の転写倍率で結像してもよい。すなわち、図１０Ａに示される物体面Ｏが、図１０Ａに示される像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。
　４．２　動作
　図１１Ａは、図１０ＡのＸＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図１１Ｂは、図１０ＡのＸＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図１１Ｃは、図１０ＡのＸＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
　発振器ＭＯから出力されたレーザ光は、高反射ミラー１８及び１９と、ビーム調節光学系６０ａとを介して、増幅器ＰＡに入射し得る。ビーム調節光学系６０ａによって、発振器ＭＯの出力結合ミラー１５の部分反射面に位置する物体面Ｏが、ビーム調節光学系６０ａよりレーザ光の下流側の像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。従って、図１１Ａに示されるビーム断面のビームプロファイルと、図１１Ｂに示されるビーム断面のビームプロファイルとが略同じとなり得る。
　さらに、ビーム調節光学系６０ａが両テレセントリックな光学系であるので、レーザ光の光路軸に沿って物体面Ｏを移動した場合も、転写倍率の変化がわずかであり得る。また、レーザ光の光路軸に沿って像面Ｉを移動した場合も、転写倍率の変化がわずかであり得る。
　４．３　作用
　これにより、増幅器ＰＡの放電空間にレーザ光が入りきらずにレーザ光の一部が無駄になるのを抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーは増加し得る。
　４．４　その他
　なお、この実施形態では、ビーム調節光学系６０ａが高反射ミラー１８及び１９の間の光路に配置された例を示したが、本開示はこれに限定されない。ビーム調節光学系６０ａは、出力結合ミラー１５とウインドウ２０ａとの間の光路の任意の位置に配置されてもよい。
　また、球面凸レンズ６１の焦点距離と球面凸レンズ６２の焦点距離とが略同じであ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。球面凸レンズ６１と球面凸レンズ６２とは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂのギャップ間隔と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔との比率に応じて、互いに異なる焦点距離を有していてもよい。
　また、出力結合ミラー１５の部分反射面を物体面Ｏとし、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａの近傍位置を像面Ｉとした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。発振器ＭＯの光共振器内の位置を物体面Ｏとしてもよい。発振器ＭＯのウインドウ１０ａ及びウインドウ１０ｂの間の位置を物体面Ｏとしてもよい。増幅器ＰＡのウインドウ２０ａ及びウインドウ２０ｂの間の位置を像面Ｉとしてもよい。好ましくは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の位置を物体面Ｏとし、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の位置を像面Ｉとしてもよい。さらに好ましくは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間の略中心位置を物体面Ｏとし、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間の略中心位置を像面Ｉとしてもよい。
　４．５　第２の実施形態の変形例
　図１２Ａ及び図１２Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。このレーザ装置においては、２つの軸外放物面ミラー６８及び６９を用いて、両テレセントリックな光学系であるビーム調節光学系６０ｂを構成してもよい。
　軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９の両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。軸外放物面ミラー６８は、軸外放物面ミラー６９よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
　軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、いずれも、回転放物面の内面を反射面とするミラーであってもよい。軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、それらの回転放物面の軸が互いに略平行で、且つ、それらの焦点Ｆ１が略一致するように配置されてもよい。
　軸外放物面ミラー６８は、発振器ＭＯから平行光のレーザ光が回転放物面の軸と平行に入射した場合に、レーザ光の光路軸を９０°変化させるとともに、焦点Ｆ１において集光させてもよい。軸外放物面ミラー６９は、焦点Ｆ１から発散したレーザ光が入射した場合に、レーザ光の光路軸を９０°変化させるとともに、回転放物面の軸と平行に、増幅器ＰＡに平行光のレーザ光を導いてもよい。実際には、レーザ光は平行光ではなく、ある程度の拡がり角を有していてもよい。
　軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９の焦点距離は、互いに等しくてもよい。このとき、軸外放物面ミラー６８からレーザ光の光路の上流側に向けて焦点距離ＦＬ１に相当する距離に位置する物体面Ｏが、軸外放物面ミラー６９からレーザ光の光路の下流側に向けて焦点距離ＦＬ１に相当する距離に位置する像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。物体面Ｏは、発振器ＭＯの放電空間内に位置してもよい。像面Ｉは、増幅器ＰＡの放電空間内に位置してもよい。
　この変形例によれば、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら説明したビーム調節光学系６０ａと同様の作用を有するほか、高反射ミラー１８及び１９とビーム調節光学系６０ａとをほぼ合わせた役割を、ビーム調節光学系６０ｂに持たせることができる。従って、光学素子の数を低減し得る。
　なお、軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、発振器ＭＯの放電空間の大きさと増幅器ＰＡの放電空間の大きさとの比率に応じて、互いに異なる焦点距離を有していてもよい。
５．複数の増幅器を含むレーザ装置
　５．１　構成
　図１３は、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第３の実施形態に係るレーザ装置は、発振器ＭＯの他に、第１の増幅器ＰＡ１及び第２の増幅器ＰＡ２を備えていてもよい。
　発振器ＭＯ及び第１の増幅器ＰＡ１の構成は、それぞれ、上述の発振器ＭＯ及び上述の増幅器ＰＡの構成と同様でよい。第２の増幅器ＰＡ２は、第３のレーザチャンバ３０と、第３の一対の放電電極３１ａ及び３１ｂと、を含んでもよい。第３の一対の放電電極３１ａ及び３１ｂは、第３のレーザチャンバ３０の内部に配置されていてもよい。第３のレーザチャンバ３０の両端には、それぞれウインドウ３０ａ及び３０ｂが配置されていてもよい。これらの各構成は、第１の増幅器ＰＡ１における各構成と同様でよい。
　発振器ＭＯと第１の増幅器ＰＡ１との間のレーザ光の光路には、例えば、高反射ミラー１８及び１９の他に、両テレセントリックなビーム調節光学系を構成する凸レンズ６１及び凸レンズ６２が配置されていてもよい。凸レンズ６１及び凸レンズ６２は、それぞれ焦点距離ＦＬ１を有していてもよい。図１３において、凸レンズ６１から高反射ミラー１８までの距離ＦＬ１ａと、高反射ミラー１８から凸レンズ６１の後側焦点までの距離ＦＬ１ｂとの合計は、以下の式で表されてもよい。
　　　ＦＬ１ａ＋ＦＬ１ｂ＝ＦＬ１
同様に、凸レンズ６２の前側焦点から高反射ミラー１９までの距離ＦＬ１ｂ'と、高反射ミラー１９から凸レンズ６２までの距離ＦＬ１ａ'との合計もＦＬ１でよい。
　第１の増幅器ＰＡ１と第２の増幅器ＰＡ２との間のレーザ光の光路には、例えば、高反射ミラー２８及び２９の他に、両テレセントリックなビーム調節光学系を構成する凸レンズ６３及び凸レンズ６４が配置されていてもよい。凸レンズ６３及び凸レンズ６４は、それぞれ焦点距離ＦＬ２を有していてもよい。図１３において、凸レンズ６３から高反射ミラー２８までの距離ＦＬ２ａと、高反射ミラー２８から凸レンズ６３の後側焦点までの距離ＦＬ２ｂとの合計は、以下の式で表されてもよい。
　　　ＦＬ２ａ＋ＦＬ２ｂ＝ＦＬ２
同様に、凸レンズ６４の前側焦点から高反射ミラー２９までの距離ＦＬ２ｂ'と、高反射ミラー２９から凸レンズ６４までの距離ＦＬ２ａ'との合計もＦＬ２でよい。
　凸レンズ６１及び凸レンズ６２のそれぞれの焦点距離ＦＬ１と、凸レンズ６３及び凸レンズ６４のそれぞれの焦点距離ＦＬ２とは、互いに異なっていてもよい。
　５．２　動作及び作用
　図１４Ａは、図１３に示されるレーザ装置を簡略化して示す光学配置図である。
　凸レンズ６１の前側焦点は、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。凸レンズ６２の後側焦点は、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。これにより、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置する物体面Ｏが、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置する第１の像面Ｉ１に転写されてもよい。
　凸レンズ６３の前側焦点は、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。凸レンズ６４の後側焦点は、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。これにより、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置する第１の像面Ｉ１が、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置する第２の像面Ｉ２に転写されてもよい。
　このように、凸レンズ６２の後側焦点と、凸レンズ６３の前側焦点とが略一致する場合に、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置する物体面Ｏが、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置する第２の像面Ｉ２に転写されてもよい。
　これにより、レーザ光の一部が無駄になるのを抑制し、第２の増幅器ＰＡ２から出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーを増加し得るだけでなく、発振器ＭＯから第２の増幅器ＰＡ２までの光路の位置あわせ精度を向上し得る。
　５．３　第３の実施形態の変形例
　図１４Ｂは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第１の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。このレーザ装置においては、凸レンズ６１及び凸レンズ６２で構成される両テレセントリックなビーム調節光学系が、発振器ＭＯの放電空間の出力結合ミラー寄りの端部位置を第１の物体面Ｏ１とし、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間の入口寄りの位置を第１の像面Ｉ１としてもよい。また、凸レンズ６３及び凸レンズ６４で構成される両テレセントリックなビーム調節光学系が、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間の出口寄りの端部位置を第２の物体面Ｏ２とし、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間の入口寄りの位置を第２の像面Ｉ２としてもよい。
　図１４Ｃは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第２の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。このレーザ装置においては、凸レンズ４１ａ及び凹レンズ４２ａで構成されるビーム調節光学系が、発振器ＭＯと第１の増幅器ＰＡ１との間に配置されてもよい。また、凸レンズ４１ｂ及び凹レンズ４２ｂで構成されるビーム調節光学系が、第１の増幅器ＰＡ１と第２の増幅器ＰＡ２との間に配置されてもよい。
　上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
　本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (14)

  1. 　第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
    　前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
    　前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置され、前記第１の増幅器に入射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が前記第２の一対の放電電極の前記第１のギャップ間隔と略同じとなるように、前記発振器から出力された前記レーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、
    を備えるレーザ装置。
  2. 　前記第１のビーム調節光学系は、正のパワーの第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む、請求項１記載のレーザ装置。
  3. 　前記第１の光学素子は、第１の焦点距離ＦＬ１を有し、
    　前記第２の光学素子は、前記第１の焦点距離ＦＬ１以下の第２の焦点距離ＦＬ２を有し、
    　前記第１の光学素子に入射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿った第１のビーム幅Ａと、前記第２の光学素子から出射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿った第２のビーム幅Ｂとの比Ｂ／ＡがＢ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１の式で与えられ、且つ、前記第２のビーム幅Ｂが、前記第２の一対の放電電極の前記第１のギャップ間隔と略同じである、
    請求項２記載のレーザ装置。
  4. 　第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
    　前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
    　前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置され、前記発振器から出力された前記レーザ光を調節する第１のビーム調節光学系であって、正のパワーの第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む前記第１のビーム調節光学系と、
    を備えるレーザ装置。
  5. 　前記第１の光学素子は、第１の焦点距離ＦＬ１を有し、
    　前記第２の光学素子は、前記第１の焦点距離ＦＬ１以下の第２の焦点距離ＦＬ２を有し、
    　前記第１の光学素子の後側焦点の位置に対して前記第２の光学素子の前側焦点の位置がわずかに前記レーザ光の下流側となるように配置された、
    請求項４記載のレーザ装置。
  6. 　第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
    　前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
    　前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第１のビーム調節光学系と、
    を備えるレーザ装置。
  7. 　前記第１のビーム調節光学系の倍率が略等倍である、請求項６記載のレーザ装置。
  8. 　前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器内に位置し、
    　前記第１のビーム調節光学系の像点が前記第２の一対の放電電極の間に位置する、
    請求項６記載のレーザ装置。
  9. 　前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器の略中心に位置し、
    　前記第１のビーム調節光学系の像点が前記第２の一対の放電電極の間の略中心に位置する、
    請求項６記載のレーザ装置。
  10. 　前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に第２のギャップ間隔で配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
    　前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置され、前記第２の増幅器に入射する前記レーザ光の前記第３の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が前記第３の一対の放電電極の前記第２のギャップ間隔と略同じとなるように、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を調節する第２のビーム調節光学系と、
    をさらに備える請求項１記載のレーザ装置。
  11. 　前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
    　前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置され、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を調節する第２のビーム調節光学系であって、正のパワーの第３の光学素子と、前記第３の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第４の光学素子と、を含む前記第２のビーム調節光学系と、
    をさらに備える請求項４記載のレーザ装置。
  12. 　前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
    　前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第２のビーム調節光学系と、
    をさらに備える請求項６記載のレーザ装置。
  13. 　前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器の略中心に位置し、
    　前記第１のビーム調節光学系の像点及び前記第２のビーム調節光学系の物点が前記第２の一対の放電電極の間の略中心に位置し、
    　前記第２のビーム調節光学系の像点が前記第３の一対の放電電極の間の略中心に位置する、
    請求項１２記載のレーザ装置。
  14. 　前記第１の一対の放電電極は、前記第１のレーザチャンバの中に前記第１のギャップ間隔で配置されている、
    請求項１記載のレーザ装置。
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