DE3935081A1

DE3935081A1 - Lasergeraet und verfahren zur steuerung

Info

Publication number: DE3935081A1
Application number: DE3935081A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yasuda; Hitoshi Wakata; Hajime Nakatani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1990-04-26
Also published as: US4947398A; KR930004636B1; CA1286711C; KR900007146A; GB2224389B; GB8913042D0; GB2224389A

Description

Die Erfindung betrifft Lasergeräte mit einer Stabilisierungssteuerung für die Wellenlänge und die Ausgangsleistung sowie Verfahren zum Betreiben von solchen Lasergeräten. Insbesondere betrifft die Erfindung Lasergeräte mit mindestens zwei spektralen Verengungselementen, beispielsweise Etalons, sowie Verfahren zum Betreiben von solchen Geräten.

In jüngerer Zeit haben Excimerlaser Aufmerksamkeit gefunden als Lichtquellen für Belichtungsanlagen, beispielsweise Steppern, für die Herstellung von integrierten Schaltungen. Sie sind in der Lage, Licht in einem kürzeren Ultraviolett-Wellenlängenbereich zu erzeugen als herkömmliche Quecksilber-Lichtquellen. Beispielsweise erzeugt ein KrF-Excimerlaser Licht bei der Wellenlänge von 248 nm, was wesentlich kürzer ist als sogar die I-Linie von Quecksilber bei 365 nm. Somit sind sie in der Lage, eine hohe Auflösung bei der Herstellung von integrierten Schaltungen zu erreichen, was bisher als unmöglich angesehen wurde.

Es ist jedoch schwierig, ein optisches Brechungssystem mit chromatischen Korrekturen in dem extrem kurzen Wellenlängenbereich von Excimerlasern aufzubauen. Andererseits ist die Bandbreite von Excimerlasern relativ groß. Beispielsweise erzeugt ein KrF-Excimerlaser Licht mit einer Bandbreite in der Größenordnung von 1 nm in der normalen Betriebsart. Somit ist die Reduzierung der Bandbreite von Excimerlasern erforderlich, wenn sie als Lichtquelle im optischen System von Wafer-Steppern, usw. verwendet werden sollen. Infolgedessen sind bereits Excimerlaser mit spektralen Verengungselementen vorgeschlagen worden, bei denen Dispersionselemente, wie z. B. Etalons, Beugungsgitter oder Prismen in dem optischen Oszillatorhohlraum zusätzlich zum Lasermedium angeordnet werden, um den Laserstrahl zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Lasergerätes, das zwei innerhalb des Hohlraumes angeordnete Etalons als spektrale Verengungselemente aufweist, die beispielsweise in der folgenden Veröffentlichung beschrieben sind: T. J. McKee: "Spektralverengungstechnik für Excimerlaseroszillatoren", Can. J. Phys., Bd. 63, 214 (1985), Seiten 214 bis 219. Das Lasergerät weist ein Lasermedium 1, beispielsweise ein KrF-Excimer, einen total reflektierenden Spiegel, der auf der einen Seite des Lasermediums 1 angeordnet ist, und einen teilweise reflektierenden Spiegel 3 als Ausgangskoppler auf, der auf der anderen Seite des Lasermediums 1 angeordnet ist. Das Lasermedium 1 sowie die total und teilweise reflektierenden Spiegel 2 und 3 bilden einen Laseroszillator (optischen Oszillatorhohlraum).

Fabry-Perot-Etalons 4 und 5 sind als spektrale Verengungselemente im optischen Laserhohlraum angeordnet, aus dem der Laserstrahl durch den teilweise reflektierenden Spiegel 3 emittiert wird. Die Oberflächen der Etalons 4 und 5 sind leicht gekippt gegenüber der Richtung von rechten Winkeln bezüglich des Lichtweges der Laserstrahlen, um nämlich Totalreflexionen zu verhindern.

Die Etalons bestehen aus parallelen Glasplatten, die auf ihren Innenoberflächen teilweise versilbert sind, so daß das einfallende Licht zwischen den beiden Innenoberflächen rückwärts und vorwärts reflektiert wird, bevor es durchgelassen wird. Der Abstand zwischen den teilweise versilberten Innenoberflächen des Grobabstimmungs-Etalons 4 ist kleiner als der des Feinabstimmungs- Etalons 5. Aufgrund der Interferenz des hindurchgehenden Laserlichtes wirken die Etalons 4 und 5 als Bandpaßfilter mit einer Vielzahl von Transmissionspeaks, wie nachstehend erläutert.

Die Wirkungsweise des Lasergerätes gemäß Fig. 1 ist wie folgt: Wenn das Lasermedium 1 durch eine daran angelegte Spannung erregt wird, wird darin kohärentes Licht erzeugt, und zwar durch die wiederholte Erregung des Materials und den Durchgang durch das Material, z. B. ein Excimer, des Lasermediums 1. Das auf diese Weise in dem Lasermedium 1 erzeugte Licht wird in dem optischen Hohlraum während der Zeit verstärkt, in der es viele Male zwischen den total und teilweise reflektierenden Spiegeln 2 und 3 hin- und herläuft, bis es schließlich durch den teilweise reflektierenden Spiegel 3 als Laserstrahl 6 mit einer vorgegebenen Ausgangsleistung emittiert wird.

Im Falle eines Excimerlasers, Halbleiterlasers oder Farbstofflasers oder bei bestimmten Arten von Festkörperlasern ist die Oszillatorfrequenz oder die Wellenlängenbreite, also die Bandbreite des Laserstrahls, der von dem Lasermedium 1 selbst erzeugt wird, relativ breit. Wie oben erwähnt, kann jedoch die Bandbreite reduziert werden durch das Einsetzen von spektralen Verengungselementen in den optischen Oszillatorhohlraum. Somit werden im Falle des Gerätes gemäß Fig. 1 Grob- und Feinabstimmungs- Etalons 4 und 5 als spektrale Verengungselemente in den Hohlraum eingesetzt.

Die beiden Etalons 4 und 5 wirken im wesentlichen als Bandpaßfilter. Der Feinabstimmungs-Etalon 5 hat ein hohes Auflösungsvermögen, das heißt, die Breite der Durchlässigkeitsbereiche ist klein, aber er weist eine Vielzahl von Transmissionspeaks innerhalb des Laserverstärkungsbandes auf. Der Grobabstimmungs- Etalon 4 hat ein niedriges Auflösungsvermögen und wird verwendet, um einen der Transmissionspeaks des Feinabstimmungs- Etalons 5 zu wählen. Einzelheiten der Spektralverengung mit den beiden Etalons 4 und 5 werden nachstehend erläutert.

Fig. 2 zeigt die spektralen Eigenschaften der optischen Elemente des Lasergerätes gemäß Fig. 1 Fig. 2(a) zeigt die Transmissionscharakteristik des Grobabstimmungs-Etalons 4, wobei die Transmission, also das Verhältnis der Intensität des durch den Etalon hindurchgelassenen Lichtes, vom Etalon 4 als Funktion der Wellenlänge λ längs der Abszisse aufgetragen ist.

Fig. 2(b) zeigt die Transmissionscharakteristik des Feinabstimmungs- Etalons 5 in gleicher Weise; Fig. 2(c) zeigt das Laserverstärkungsprofil des Lasermediums 1 als Funktion der Wellenlänge λ; Fig. 2(d) zeigt die spektrale Ausgangscharakteristik des Laserstrahls 6, die einer spektralen Verengung mit den beiden Etalons 4 und 5 in dem Hohlraum unterworfen worden ist.

In den Fig. 2(a) und 2(b) sind die Wellenlängen λ m an den Peaks der Transmission der Etalons 4 und 5 durch folgende Beziehung gegeben:

λ m = 2 · n ·d · cosR/m. (1)

Dabei ist n der Brechungsindex des Materials, das zwischen den beiden teilweise versilberten Oberflächen des jeweiligen Etalons angeordnet ist; d ist der Abstand zwischen den beiden versilberten Oberflächen des jeweiligen Etalons; R ist der Einfallswinkel des Lichtes auf den Etalon; und m ist eine ganze Zahl, die der Ordnung des Etalons entspricht.

Die Wellenlängen λ m₁ an den Peaks der Transmission des Grobabstimmungs- Etalons 4 sind mit λ m₁ in Fig. 2(a) bezeichnet. Die entsprechenden Peaks des Feinabstimmungs-Etalons 5 sind in Fig. 2(b) mit λ m₂ bezeichnet. In beiden Diagrammen gemäß Fig. 2(a) und 2(b) ist nur die Wellenlänge des Transmissionspeaks im Zentrum der Zeichnung mit λ m₁ und λ m₂ bezeichnet. Jeder Transmissionspeak in Fig. 2(a) und 2(b) entspricht einem der Werte der ganzen Zahl m. Die Wellenlängen λ m der Transmissionspeaks in der Nähe des Laseroszillatorbandes entsprechen einem Wert von etwa 10³ der ganzen Zahl m. Somit sind die Abstände zwischen den Peaks längs der Abszisse λ im wesentlichen einander gleich in der Zeichnung.

Die Wellenlängen λ m₁ und λ m₂ an den Peaks der Transmission der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 bzw. 5 können willkürlich variiert werden durch Veränderung der Werte der Parameter, die in Gleichung (1) auftreten, d. h. durch die Werte des Brechungsindex n des Materials zwischen den versilberten Oberflächen des Etalons, des Abstandes d zwischen den versilberten Oberflächen des Etalons, und den Einfallwinkel R des Lichtes auf die Oberfläche des Etalons.

Weiterhin ist der freie Spektralbereich FSR zwischen benachbarten Peaks der Transmission der Etalons, der in Fig. 2(a) und 2(b) mit FSR₁ und FSR₂ bezeichnet ist, durch folgende Gleichung gegeben:

FSR = λ m²/2 · n ·d · cosR = λ m/m. (2)

Weiterhin ist die Halbwertsbreite W λ, die in Fig. 2(a) und 2(b) mit W λ₁ und W λ₂ bezeichnet ist, für jeden Peak gegeben durch die nachstehende Beziehung:

W λ = FSR/F. (3)

Dabei ist F eine Variable, die als Feinheit bezeichnet wird und deren Wert durch die Parameter, wie z. B. die Fläche, der Etalons bestimmt wird. Der Wert der Feinheit F der in dem Hohlraum angeordneten Etalons beträgt üblicherweise höchstens etwa 20.

Andererseits erstreckt sich das Laserverstärkungsprofil des Lasermediums 1, beispielsweise des Excimerlasermediums, über ein relativ breites Wellenlängenband, wie es mit einer Glockenkurve mit breit verlaufendem unteren Bereich in Fig. 2(c) dargestellt ist. Das Laserverstärkungsprofil repräsentiert die Verstärkungscharakteristik des Lasermediums 1: Wenn keine spektralen Verengungselemente, wie z. B. Etalons 4 und 5, in dem optischen Oszillatorhohlraum angeordnet sind, wird der Laserstrahl 6, der über den gesamten Verstärkungsbereich verstärkt wird, also den Wellenlängenbereich, über den sich das Verstärkungsprofil erstreckt, durch den teilweise reflektierenden Spiegel 3 emittiert.

Die spektrale Verengung mit dem Grobabstimmungs-Etalon 5 wird folgendermaßen durchgeführt. Die Parameter des Etalons 5 werden nämlich in der Weise gewählt, daß die folgenden beiden Bedingungen erfüllt sind. Erstens: Eine Wellenlänge λ m₁ an einem der Peaks der Transmission fällt zusammen mit einer willkürlich vorgegebenen Wellenlänge λ₀, die innerhalb des Verstärkungsbereiches eingestellt ist (Fig. 2(c) zeigt den Fall, wo die Einstellwellenlänge λ₀ sich im Zentrum des Verstärkungsbereiches befindet).

Zweitens: Der freie Spektralbereich FSR₁ des Etalons 4 zwischen seinen Transmissionspeaks ist breit genug, um zu gewährleisten, daß andere Transmissionspeaks nicht in den Verstärkungsbereich des Lasermediums 1 fallen. Unter diesen beiden Bedingungen wird nur solches Licht, dessen Wellenlänge im Durchlässigkeitsband liegt, welches die Einstellwellenlänge λ₀ umfaßt, durch den Etalon durchgelassen und somit in dem optischen Oszillatorhohlraum zwischen den beiden Spiegeln 2 und 3 verstärkt.

Die spektrale Verengung durch das Einsetzen von einem Grobabstimmungs-Etalon 4 allein ist jedoch begrenzt. Wenn nämlich die spektrale Verschmälerung oder Verengung vorzunehmen ist, muß der freie Spektralbereich FSR₁ des Etalons 4 breit genug sein, um zu gewährleisten, daß nur eine der Wellenlängen λ m₁ an den Transmissionspeaks des Etalons 4 in den Verstärkungsbereich des Lasermediums 1 fällt. Andererseits beträgt der Wert der Feinheit F in der obigen Gleichung (3) höchstens etwa 20. Somit kann die Halbwertsbreite W λ₁ gemäß Gleichung (3), welche der Breite des Durchlässigkeitsbandes des Etalons 4 entspricht, nicht kleiner gemacht werden als ein bestimmter Minimalwert.

Die Bandbreite des Laserstrahls 6 kann weiter verschmälert oder verengt werden durch die Hinzufügung des Feinabstimmungs- Etalons 5, wie nachstehend erläutert. Die Parameter des Etalons 5 werden nämlich in der Weise gewählt, daß die folgenden beiden Bedingungen erfüllt sind. Erstens: Eine der Wellenlängen λ m₂ an den Transmissionspeaks des Etalons 5 fällt mit der Einstellwellenlänge λ₀ zusammen; zweitens: Der freie Spektralbereich FSR₂ zwischen den Peaks der Transmissionscharakteristik des Etalons 5 erfüllt die nachstehende Ungleichung:

FSR₂ ≧ W λ₁ .

Dabei ist W λ₁ die Halbwertsbreite der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons 4. Durch die Hinzufügung des Feinabstimmungs- Etalons 5, welcher die obigen beiden Bedingungen erfüllt, wird das Spektralprofil des abgegebenen Laserstrahls 6 verengt und um die Einstellwellenlänge λ₀ zusammengezogen, wie es in Fig. 2(d) dargestellt ist.

Eine weitere spektrale Verengung des Laserstrahls 6 kann erreicht werden durch das Einsetzen von einem weiteren Feinabstimmungs- Etalon, wenn dies erwünscht ist, und zwar in gleicher Weise wie oben.

Wenn im übrigen zwei Etalons 4 und 5 verwendet werden, kann die Ausgestaltung des Grobabstimmungs-Etalons 4 vereinfacht werden, wenn die freien Spektralbereiche FSR₁ und FSR₂ der Etalons 4 und 5 ungefähr die folgende Gleichung erfüllen:

FSR₁ = (k + 1/2) FSR₂ . (4)

Dabei ist k eine willkürliche ganze Zahl. (Fig. 2(a) und 2(b) zeigen den Fall, wo k gleich 2 ist.) Wenn nämlich die freien Spektralbereiche FSR₁ und FSR₂ ungefähr die obige Gleichung (4) erfüllen, kann die spektrale Verengung auf das Band um die Einstellwellenlänge λ₀ auch dann realisiert werden, wenn der freie Spektralbereich des Grobabstimmungs-Etalons 4 schmaler ist als der Verstärkungsbereich des Lasermediums 1.

Wie oben erwähnt, unterliegt der Laserstrahl, der in dem Lasermedium 1 erzeugt wird und ein Verstärkungsprofil gemäß Fig. 2(c) hat, einer Spektralverengung durch die Etalons 4 und 5, durch welche das Laserlicht viele Male während der Verstärkung in dem optischen Hohlraum hin- und herläuft. Somit wird der Laserstrahl in dem optischen Oszillatorhohlraum verstärkt in dem schmalen Wellenlängenband, das um die Einstellwellenlänge λ₀ zentriert ist, welche mit den Wellenlängen λ m₁ und λ m₂ von einem der Transmissionspeaks der Etalon 4 und 5 zusammenfällt.

Da das Licht durch die Etalons 4 und 5 mehrere Male hindurchgelassen wird, wird die Bandbreite des abgegebenen Laserstrahls 6, wie in Fig. 2(d) dargestellt, enger gemacht auf einen Wert, der ½ bis ¹/₁₀ der Bandbreite beträgt, die mit den Etalons 4 und 5 in dem Falle erhalten wird, wo das Laserlicht nur einmal durch sie hindurchgeht.

Derartige Lasergeräte haben jedoch Probleme im Hinblick auf die Stabilität der Frequenz oder der Wellenlänge des Laserstrahls. Wie in dem oben zitierten Artikel von T. J. McKee erläutert, kann die Kurzzeit-Stabilität des Laserstrahls verbessert werden durch eine Verbesserung des optischen Oszillatorhohlraums oder durch Verringerung des Einfallwinkels R auf die Etalons 4 und 5. Bei der Realisierung der Langzeit-Stabilität stellen jedoch thermische Effekte, insbesondere die Wellenlängenverschiebungen, ein erhebliches Problem dar, die aus der Wärme resultieren, die von dem Laserstrahl 6 erzeugt wird, welcher durch die Etalons 4 und 5 hindurchgeht.

Die Fig. 3a (a) und (b) zeigen die thermische Verschiebung der Transmissionspeaks der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 bzw. 5. Fig. 3a (c) zeigt die Verschiebung im Wellenlängenband des austretenden Laserstrahls 6, welche aus den Verschiebungen der Transmissionscharakteristiken der Etalons 4 und 5 resultiert, die in Fig. 3a (a) und (b) dargestellt sind.

Wie mit ausgezogenen Kurven dargestellt, sind die Wellenlängen λ m₁ und λ m₂ an den Transmissionspeaks der Etalons 4 bzw. 5 mit der Einstellwellenlänge λ₀ ausgefluchtet, unmittelbar nachdem das Aussenden von Laserstrahlen gestartet worden ist. Wenn jedoch die Etalons 4 und 5 verformt werden durch die Wärme, welche von dem durch sie hindurchgehenden Laserlicht erzeugt wird, ändert sich der Abstand d zwischen den versilberten Oberflächen der Etalons.

Infolgedessen werden die Transmissionspeaks der Etalons 4 und 5 um Breiten Δλ₁ bzw. Δλ₂ aus den Positionen verschoben, die mit ausgezogenen Linien eingetragen sind, in die Positionen, die in Fig. 3a (a) und (b) mit gestrichelten Kurven eingetragen sind. Wie sich leicht aus der obigen Gleichung (1) ableiten läßt, ist die Verschiebungsbreite Δλ der Transmissionspeaks der Etalons gegeben durch die nachstehende Gleichung:

Δλ = (λ m/d) · Δ d . (5)

Dabei ist Δ d die Änderung des Abstandes d zwischen den versilberten Oberflächen der Etalons. Somit ist die Verschiebung Δλ positiv, d. h. die Transmissionspeaks werden in der Zeichnung nach rechts versetzt, wenn die Änderung Δ d des Abstandes d positiv ist, wenn also der Abstand d zunimmt. Andererseits ist die Verschiebung Δλ negativ, wenn die Änderung Δ d negativ ist.

Wie sich aus der obigen Gleichung (5) ergibt, ist die Verschiebungsbreite Δλ₁ der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs- Etalons 4 bei einem kleineren Abstand d 1 größer als die Verschiebungsbreite Δλ₂ der Transmissionspeaks des Feinabstimmungs- Etalons 5 bei größerem Abstand d 2, nämlich:

|Δλ₁| ≧ |Δλ₂| .

Somit wird die Peaktransmissionswellenlänge λ m₁ des Grobabstimmungs- Etalons 4 weiter von der Einstellwellenlänge λ₀ abgelenkt als die Peaktransmissionswellenlänge λ m₂ des Feinabstimmungs- Etalons 5. Somit ergibt sich die nachstehende Ungleichung:

λ m₁ λ m₂ .

Infolgedessen wird das Spektralband des abgegebenen Laserstrahls 6, das bei der Einstellwellenlänge λ₀ zentriert und mit der ausgezogenen Kurve in Fig. 3a (c) angegeben ist, verschoben zu dem Band, welches mit der gestrichelten Kurve angegeben und bei der Peaktransmissionswellenlänge λ m₂ des Feinabstimmungs-Etalons 5 zentriert ist. Weiterhin nimmt die resultierende Transmission, die aus der Kombination der Transmissionen der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 und 5 resultiert, dann ab, wenn die Transmissionspeaks aus den Positionen gemäß den ausgezogenen Kurven versetzt werden in diejenigen, die in Fig. 3a (a) und (b) mit gestrichelten Kurven angegeben sind. Infolgedessen nimmt der Ausgangsleistungspegel bei der zentralen Wellenlänge um Δ P ab, wie es in Fig. 3a (c) angegeben ist.

Zusätzlich zur oben beschriebenen Verschiebung der Ausgangswellenlänge des Laserstrahls 6 können Oszillationen in Seitenbändern stattfinden, wenn die Verschiebungsbreite Δλ₁ der Wellenlängen λ m₁ der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs- Etalons 4 groß wird. Es werden nämlich, wie mit gestrichelten Kurven in Fig. 3b (c) dargestellt, Seitenbandausgangssignale bei den Wellenlängen λ _SA und λ _SB an Stellen erzeugt, welche den Bändern entsprechen, bei denen einer der Transmissionspeaks des Feinabstimmungs-Etalons 5 mit einem Transmissionsband des Grobabstimmungs-Etalons 4 überlappt, wie es in Fig. 3b (a) und (b) dargestellt ist.

Im Hinblick auf die Unterdrückung der Erzeugung von Licht bei den Seitenbandwellenlängen schlagen V. Pol et al. in SPIE, Bd. 633, Optical Microlithography V (1986) oder die JP-OS 63-228693 beispielsweise ein Lasergerät vor, das mit einem Wellenlängen-Steuerungsmechanismus ausgerüstet ist, der die Etalons innerhalb des Hohlraumes steuert, um die Schwingungen bei Seitenband-Wellenlängen zu unterdrücken. Die erste Literaturstelle schlägt vor, zwei Kontroll-Etalons in dem Wellenlängen- Steuerungsmechanismus zu verwenden; dabei wird der eine der beiden Kontroll-Etalons verwendet, um die Änderung der zentralen Wellenlänge des Laserstrahls festzustellen, während der andere verwendet wird, um die Seitenband-Wellenlängen abzutasten, wobei die Etalons innerhalb des Hohlraumes dadurch auf der Basis der gemessenen Wellenlängen gesteuert werden. Die zweite Literaturstelle schlägt andererseits vor, ein Etalon in dem Wellenlängen-Steuerungsmechanismus zu verwenden, der einen freien Spektralbereich hat, der breiter ist als der des Etalons innerhalb des Hohlraumes; die Wellenlänge des Laserstrahls wird gesteuert auf der Basis des Intensitätsverhältnisses der zentralen Wellenlänge zur Seitenband-Wellenlänge.

Diese Lasergeräte haben jedoch Nachteile. Der Nachteil des ersten Gerätes ist folgender: Es verwendet zwei Kontroll-Etalons, somit wird der Aufbau des Gerätes kompliziert. Andererseits ist der Nachteil des zweiten Gerätes folgender: Es steuert den Etalon innerhalb des Hohlraumes auf der Basis des Intensitätsverhältnisses zwischen den Seitenband- und zentralen Wellenlängen-Ausgangssignalen des Laserstrahls; somit wird die Steuerung unmöglich, wenn die Seitenbänder vollständig verschwinden.

Da außerdem das Verstärkungsprofil des Lasermediums 1 sich bei Änderungen seines Druckes oder der Zusammensetzung ändert, muß das Referenzverhältnis, auf dem die Steuerung basiert, entsprechend eingestellt werden. Da weiterhin in letzterem Falle der freie Spektralbereich des Kontroll-Etalons breit ist, ist es schwierig, die Verschiebung der Wellenlänge mit hoher Präzision auf der Basis der Interferenzstreifen zu bestimmen, die von dem Kontroll-Etalon gebildet werden.

In dem Falle, wo die Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB aufgrund der Verschiebung Δλ₁ in den Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons 4 erzeugt werden, wie es in Fig. 3b (c) dargestellt ist, werden die Abweichungen dieser Seitenband- Wellenlängen λ _SA und λ _SB von der zentralen Wellenlänge wesentlich größer als die Breite der Verschiebung Δλ₂ der zentralen Wellenlänge von der Einstellwellenlänge λ₀.

Somit ist es schwierig, die Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB nur aus dem Muster der Interferenzstreifen zu bestimmen, die von dem Kontroll-Etalon gebildet werden: Wenn sie eindeutig bestimmt werden müssen, muß der freie Spektralbereich des Kontroll-Etalons auf einen Wert eingestellt werden, der ungefähr gleich der Breite des Verstärkungsbereiches des Lasermediums 1 ist.

Der Verstärkungsbereich des KrF-Excimerlasermediums ist jedoch beispielsweise nicht kleiner als 400 pm; obwohl andererseits die Struktur des Kontroll-Etalons es ermöglicht, daß seine Feinheit F größer gemacht wird als die der Etalons innerhalb des Hohlraumes, beträgt der Wert seiner Feinheit höchstens 50.

Infolgedessen kann die Halbwertsbreite des Kontroll-Etalons, die seinem Auflösungsvermögen bei der Wellenlängenabtastung entspricht, nicht kleiner als etwa 8 pm gemacht werden. Somit wird die Messung der zentralen Wellenlänge mit hoher Präzision mit Hilfe des Kontroll-Etalons unmöglich.

Somit werden im Falle des ersten Gerätes die zentralen und Seitenband-Wellenlängen separat mit zwei Kontroll-Etalons gemessen. Andererseits wird im zweiten Falle das Verhältnis der Intensitäten der zentralen und Seitenband-Wellenlängen bei der Wellenlängensteuerung verwendet anstatt der Wellenlängen selbst.

Die Nachteile von herkömmlichen Lasergeräten mit spektralen Verengungselementen lassen sich wie folgt zusammenfassen. Erstens: Die Ausgangsleistung und die Wellenlänge des Laserstrahls wird instabil aufgrund von thermischen Verschiebungen der Transmissionscharakteristik der Etalons innerhalb des Hohlraumes, wenn die Laseroszillatoren gestartet oder wiederholt gestartet und gestoppt wird. Somit können Lasergeräte mit höherer Ausgangsleistung nicht für den praktischen Betrieb bereitgestellt werden, da die Etalons innerhalb des Hohlraumes der Wärme ausgesetzt sind, welche von dem Hochenergie- Laserstrahl bei solchen Geräten erzeugt wird.

Zweitens: In dem Falle, wo das Lasergerät zwei oder mehrere Etalons innerhalb des Hohlraumes aufweist, können Seitenband- Ausgangssignale in dem Laserstrahl auftreten, wenn die Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons aufgrund seiner thermischen Verformung usw. verschoben werden. Da die Wellenlängen der Seitenbänder von der zentralen Einstellwellenlänge des Laserstrahls weit weg verschoben werden, ist es extrem wichtig, die Erzeugung von diesen Seitenbändern festzustellen und zu überwachen und sie so rasch wie möglich zu unterdrücken, wenn sie festgestellt werden. Die herkömmlichen Lasergeräte sind jedoch entweder nicht in der Lage, Seitenbänder festzustellen, oder benötigen einen komplizierten Aufbau für die Abtastung der Seitenbänder.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lasergerät hoher Ausgangsleistung mit zwei oder mehr spektralen Verengungselementen, beispielsweise Fabry-Perot-Etalons, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Lasergerätes anzugeben, so daß sich der Ausgangsleistungspegel und die Wellenlänge des Laserstrahls rasch stabilisieren lassen, unmittelbar nachdem die Laseroszillatoren gestartet worden ist oder wenn die Laseroszillation wiederholt gestartet und gestoppt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellender Weise gelöst. Die Erfindung bietet dabei den Vorteil, daß sie einen Wellenlängenmonitor einfacher Bauart aufweist, der in der Lage ist, Seitenband-Wellenlängen sowie die zentrale Wellenlänge des Laserstrahles festzustellen, wobei der Wellenlängenmonitor in der Lage ist, diese Wellenlängen mit hoher Präzision zu messen. Weiterhin ist der Wellenlängenmonitor des erfindungsgemäßen Lasergerätes in der Lage, Seitenband- Wellenlängen zu messen und diese bei der Steuerung des Lasergerätes zu verwenden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes angegeben, mit dem die Wellenlänge und die Ausgangsleistung des Laserstrahles nach dem Starten der Laseroszillatoren rasch stabilisiert werden können. Charakteristisch für dieses Verfahren ist die Verwendung eines Heiß/Kalt-Parameters K, der die beiden Werte 0 und 1 annimmt, welche den kalten bzw. den heißen Zustand des Lasergerätes angeben.

Wenn das Lasergerät frisch gestartet wird, wird der Parameter K zu Beginn auf 0 gesetzt, was den kalten Zustand des Lasergerätes angibt. Wenn andererseits die Ausgangsleistung und die Wellenlänge des von dem Lasergerät erzeugten Laserstrahles auf ihre jeweiligen vorgegebenen Werte nach dem Start der Laseroszillatoren geregelt werden, wird der Parameter K auf 1 gesetzt, was den heißen Zustand des Lasergerätes angibt.

Wenn die Laseroszillation dann gestoppt wird, wird der Wert des Parameters K auf 0 zurückgesetzt, sobald die Zeitdauer, während der die Laseroszillation unterbrochen worden ist, eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet. Somit wird der Parameter K stets auf einen Wert gesetzt, der den aktuellen Zustand des Lasergerätes angibt.

Vor dem Starten der Laseroszillation wird der Zustand des Lasergerätes, ob es also heiß oder kalt ist, aus dem laufenden Wert des Parameters K bestimmt, und in Abhängigkeit vom Ergebnis der Zustandsbestimmung des Lasergerätes werden Systemstart- Vorbereitungsschritte durchgeführt oder weggelassen, wobei das Lasergerät bei diesen Systemstart-Vorbereitungsschritten vorgewärmt und durch eine vorläufige Oszillation präpariert wird, bevor der Laserstrahl an ein zugeordnetes äußeres optisches System, wie zum Beispiel das optische System eines Wafer-Steppers, usw. angeschlossen wird. Somit wird das Lasergerät mit den Startvorbereitungsschritten gestartet, wenn es im kalten Zustand ist; es wird jedoch rasch ohne solche Schritte gestartet, wenn es im heißen Zustand ist.

Ein anderes Verfahren zur Steuerung des Lasergerätes gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Einstellung der Parameter der Etalons innerhalb des Hohlraumes, beispielsweise vom Abstand d zwischen seinen versilberten Oberflächen während der Zeit, in der die Laseroszillation unterbrochen ist. Die Einstellung der Parameter der Etalons innerhalb des Hohlraumes wird kontinuierlich in Abhängigkeit von der Abnahme der Temperatur der Etalons durchgeführt. Beispielsweise wird sie vorgenommen auf der Basis von Exponentialfunktionen mit einer thermischen Zeitkonstante.

Außerdem werden sämtliche Werte der gesteuerten Variablen bezüglich der Parameter der Etalons eingestellt, bevor die Laseroszillation wieder gestartet wird. Wenn somit das Lasergerät wieder gestartet wird, werden die Wellenlänge und der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahles unmittelbar nach dem Start ohne Verzögerung stabilisiert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lasergerät mit einem spektralen Verengungselement zur Grobabstimmung und einem Feinabstimmungs-Etalon angegeben. Das Lasergerät enthält gemäß diesem Aspekt einen Wellenlängenmonitor, der in der Lage ist, Seitenband-Wellenlängen sowie die zentrale Wellenlänge des Laserstrahles aus den Interferenzringen festzustellen, welche auf einem Bildsensor von einem Teil des Laserstrahles mit einem Monitor-Etalon gebildet werden.

Die Seitenband-Wellenlängen werden erzeugt bei Transmissionspeak- Wellenlängen des Feinabstimmungs-Etalons, die von der zentralen Einstellwellenlänge des Laserstrahles abweichen. Somit werden die freien Spektralbereiche des Feinabstimmungs- Etalons innerhalb des Hohlraumes und des Monitor-Etalons bei Werten gewählt, bei denen die scheinbaren Wellenlängendifferenzen R zwischen den Seitenband-Wellenlängen und der zentralen Einstellwellenlänge, bezogen auf die am Bildsensor gebildeten Interferenzstreifen, von Null verschieden sind.

Dies ist äquivalent mit der Bedingung, daß die Seitenbänder separat von der zentralen Einstellwellenlänge gemessen werden können, da die scheinbaren Wellenlängendifferenzen R dem Abstand zwischen Interferenzstreifenpeaks entsprechen, die durch die Seitenband-Wellenlängen bzw. durch die zentrale Einstellwellenlänge gebildet werden. Es wird bevorzugt, wenn die scheinbaren Wellenlängendifferenzen voneinander verschieden sind, so daß jedes Seitenband separat abgetastet werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes angegeben, das einen Wellenlängenmonitor aufweist, der für die Seitenbandabtastung geeignet ist. Die Erzeugung von Seitenbändern, die auf der Änderung von spektralen Eigenschaften des spektralen Verengungselementes zur Grobabstimmung basiert, verbreitert erheblich die effektive Bandbreite des Laserstrahles. Somit wird sie gemäß diesem Aspekt der Erfindung rasch unterdrückt.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Lasergerätes mit zwei Etalons innerhalb des Hohlraumes als spektralen Verengungselementen;

Fig. 2 spektrale Charakteristiken der Etalons und des Lasermediums des Lasergerätes gemäß Fig. 1 sowie Kennlinien des abgegebenen Laserstrahls;

Fig. 3a den Mechanismus der Verschiebung der zentralen Wellenlänge des Laserstrahls;

Fig. 3b die Erzeugung von Seitenbändern beim Laserstrahl;

Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Steuerung eines Lasergerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des Wellenlängenmonitors des Lasergerätes gemäß Fig. 4;

Fig. 6 Interferenzstreifen, die von dem Monitor-Etalon des Wellenlängenmonitors gemäß Fig. 5 gebildet werden;

Fig. 7a und 7b Flußdiagramme zur Erläuterung der einzelnen Schritte bei dem Verfahren zur Steuerung des Lasergerätes gemäß der Erfindung, wobei der Heiß/Kalt-Parameter verwendet wird;

Fig. 8a und 8b Flußdiagramme zur Erläuterung der Schritte bei einem anderen Verfahren zur Steuerung des Lasergerätes gemäß der Erfindung unter Verwendung der Einstellung von Etalons innerhalb des Hohlraumes während der Laseroszillationspausen;

Fig. 9 den Zusammenhang zwischen den Interferenzstreifen, die von den Seitenband-Wellenlängen und von der zentralen Wellenlänge des Laserstrahles gebildet werden, wobei die Streifen durch den Monitor-Etalon des Wellenlängenmonitors gebildet werden;

Fig. 10 die spektralen Kennlinien eines Lasergerätes mit zwei Etalons innerhalb des Hohlraumes, wobei vier Seitenbänder gleichzeitig erzeugt werden können;

Fig. 11 eine der Fig. 9 ähnliche Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen den Interferenzstreifen, die von den Seitenband-Wellenlängen gebildet werden, und denjenigen, die von der zentralen Wellenlänge des Laserstrahles gebildet werden, der mit dem Lasergerät erzeugt wird, dessen spektrale Charakteristen in Fig. 10 dargestellt sind;

Fig. 12 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus eines Lasergerätes mit einer Einrichtung zur Seitenband- Abtastung; und in

Fig. 13 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Schritte bei der Steuerung des Lasergerätes mit Seitenband-Abtastung.

Nachstehend werden zunächst Aufbau und Wirkungsweise der Lasergeräte mit spektralen Verengungselementen sowie Verfahren zur Steuerung derartiger Lasergeräte erläutert.

A. Aufbau und Wirkungsweise des Lasergerätes

Fig. 4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise eines Lasergerätes mit zwei Etalons als spektralen Verengungselementen. Das Lasergerät weist einen Steuerungsmechanismus auf, der die Wellenlänge und die Ausgangsleistung des Laserstrahles gemäß der Erfindung regelt und stabilisiert.

Der optische Hohlraum zum Aussenden von Laserstrahlen hat einen ähnlichen Aufbau wie in Fig. 1: Der optische Hohlraum zwischen dem total reflektierenden Spiegel 2 und dem teilweise reflektierenden Spiegel 3 enthält, zusätzlich zum Lasermedium 1, beispielsweise einem KrF-Excimerlasermedium, einen Grobabstimmungs- Etalon 4 und einen Feinabstimmungs-Etalon 5 als dispergierende spektrale Verengungselemente. Die Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 und 5 sind Fabry-Perot-Etalons, die ähnliche Transmissionspeaks wie in Fig. 2(a) und 2(b) haben.

Somit wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, ein Laserstrahl 6, desen Bandbreite gemäß Fig. 2(d) schmal gemacht worden ist, im Betrieb vom Ausgangskoppler, also dem teilweise reflektierenden Spiegel 3, nach außen abgegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Parameter der Etalons 4 und 5, beispielsweise der Abstand d zwischen ihren teilweise reflektierenden Oberflächen oder der Einfallswinkel R des Laserlichtes auf ihre Oberfläche, welche die Positionen ihrer Transmissionspeaks beeinflussen, so eingestellt werden kann, daß die thermische Verschiebung der Transmissionspeaks ausgeglichen werden kann.

Beispielsweise haben die Etalons 4 und 5 ein piezoelektrisches Element zwischen ihren inneren versilberten Oberflächen als Abstandshalter, so daß der Abstand d zwischen ihnen mit einem daran angelegten Spannungssignal eingestellt werden kann. Alternativ dazu wird der Abstand d eingestellt durch Variation des inneren Druckes des Behälters, in welchem die Etalons dicht eingeschlossen sind. Wie sich aus der obigen Gleichung (1) ergibt, können die Positionen der Transmissionspeaks der Etalons 4 und 5 eingestellt werden durch Steuerung des Abstandes d oder des Einfallswinkels R des Laserstrahles auf die Oberflächen der Etalons.

Der Steuerungsmechanismus des Lasergerätes hat den folgenden Aufbau. Ein Teil des Laserstrahls 6 wird mit Strahlteilern (teilweise durchlässigen Spiegeln) 7 und 8 reflektiert. Ein Wellenlängenmonitor 9 bestimmt eine Position eines Interferenzstreifenmusters entsprechend der Wellenlänge des Laserstrahls 6 unter Verwendung des Teilstrahls 6 A, der von dem Strahlteiler 7 reflektiert wird, und gibt Wellenlängeninformation λ x an eine Steuerung 13.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des Wellenlängenmonitors werden nachstehend im einzelnen beschrieben. Weiterhin bestimmt ein Ausgangsleistungsmonitor 10, der einen Photodetektor, z. B. eine Photodiode, umfaßt, den Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 auf der Basis des Teilstrahls 6 B, der von dem Strahlteiler 8 reflektiert wird, und liefert Ausgangsleistungspegelinformation P an die Steuerung 13.

Die Steuerung 13, die eine CPU und einen Speicher aufweist, steuert das gesamte System des Lasergerätes und liefert - in Abhängigkeit von der Ausgangsleistungsinformation P - ein Spannungssignal V für das Lasermedium 1 sowie ein Grobabstimmungs- Signal C für den Grobabstimmungs-Servomechanismus 11. Der Grobabstimmungs-Servomechanismus 11 stellt einen Parameter, wie z. B. den Abstand d 1, des Grobabstimmungs-Etalons 4 in Abhängigkeit von dem Signal C ein.

Ferner liefert die Steuerung 13 in Abhängigkeit von der Wellenlängeninformation λ x ein Feinabstimmungs-Signal D für den Feinabstimmungs-Servomechanismus 12. Dieser stellt einen Parameter, wie z. B. den Abstand d 2, des Feinabstimmungs-Etalons 5 gemäß dem Signal D ein.

Somit werden die Positionen der Transmissionspeaks der Etalons 4 und 5 von den Servomechanismen 11 bzw. 12 gesteuert und stabilisiert. Die Steuerung des Abstandes d zwischen den versilberten Oberflächen der Etalons kann vorgenommen werden durch Veränderung des Innendruckes der Behälter, in denen die Etalons dicht eingeschlossen sind.

Fig. 5 zeigt im einzelnen den Aufbau des Wellenlängenmonitors 9 gemäß Fig. 4. Der Teilstrahl 6 A vom Strahlteiler 7 wird geschwächt und gestreut bzw. verbreitert von einem Integrator 21, der folgendes aufweist: Ein Neutraldichte- bzw. ND-Filter zur Schwächung des einfallenden Lichtes, eine Streuplatte zum Streuen des Laserlichtes, und ein Interferenzfilter zur Mittelung der Verteilung der Wellenlängenverteilung des Laserlichtes. Das derart vom Integrator 21 gestreute und geschwächte Licht wird von einem Monitor-Etalon 22 gestreut.

Der Monitor-Etalon 22 besteht aus einem Fabry-Perot-Etalon mit einer kleineren Halbwertsbreite W λ als der Feinabstimmungs- Etalon 5. Die Feinheit F des Monitor-Etalons 22 wird beispielsweise auf 50 eingestellt. Sein freier Spektralbereich FSR _m wird auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als der freie Spektralbereich FSR₂ des Feinabstimmungs-Etalons 5. Beispielsweise wird der Wert von FSR _m auf 25 pm eingestellt, während der Wert von FSR₂ bei 80 pm liegt.

Die Sammellinse 23 bündelt das Licht vom Monitor-Etalon 22 auf einen Bildsensor 24, um darauf Interferenzstreifen zu bilden, welche der Wellenlänge des Laserstrahls 6 entsprechen. Der Bildsensor 24 besteht aus einer linearen Anordnung von photoempfindlichen Elementen, beispielsweise Photodioden, die in der Brennebene der Sammellinse 23 längs einer radialen Richtung angeordnet sind. Ein Abbildungs- oder Bildprozessor 25, der an den Ausgang des Bildsensors 24 angeschlossen ist, analysiert die Interferenzstreifen auf dem Bildsensor 24, um das Wellenlängeninformationssignal λ x abzugeben.

Bei dem obigen Aufbau des Wellenlängenmonitors kann der Monitor- Etalon 22 ersetzt werden durch andere dispergierende Elemente, die in der Lage sind, das Laserlicht durch Beugung oder Brechung in Wellenlängenkomponenten zu trennen. Solche dispergierende Elemente umfassen Beugungsgitter, Prismen und Fizeau-Interferometer, wie es beispielsweise in der Literaturstelle IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-14 (78) 17 beschrieben ist.

Das Prinzip der Wirkungsweise des Wellenlängenmonitors 9 gemäß Fig. 5 wird nachstehend erläutert.

Der Teilstrahl 6 A vom Strahlteiler 7 wird vom Integrator 21 gestreut oder verbreitert. Der Monitor-Etalon 22 hat Transmissionspeaks bei den Wellenlängen λ m, die durch die Gleichung (1) gemäß der Beschreibungseinleitung bestimmt sind:

λ m = 2nd · cosR/m . (1)

Somit hat er die gleiche Transmissionscharakteristik wie in Fig. 2(b), wobei sein freier Spektralbereich FSR _m sogar kleiner ist als der freie Spektralbereich FSR₂ des Feinabstimmungs- Etalons 5, so daß das Auflösungsvermögen bei der Wellenlängenabtastung verbessert werden kann. Andererseits ist das Spektrum des Laserstrahls 6 auf ein schmales Band um die Einstellwellenlänge λ₀ begrenzt, wie es in Fig. 2(d) dargestellt ist, wenn das Lasergerät ordnungsgemäß arbeitet.

Somit ist in der obigen Gleichung (1) die Wellenlänge λ m des auf den Monitor-Etalon 22 einfallenden Lichtes im wesentlichen gleich der Einstellwellenlänge λ₀. Andererseits ändert sich der Einfallswinkel R über einen Bereich, da das auf den Monitor- Etalon 22 einfallende Licht vorher vom Integrator 21 gestreut wird. (Der Brechungsindex n und der Abstand d zwischen den inneren reflektierenden Oberflächen des Etalons 22 sind fest.) Wie aus der obigen Gleichung (1) leicht ableitbar, wird somit nur das Laserlicht, welches auf den Etalon 22 bei bestimmten diskreten oder separaten Werten des Einfallswinkels R fällt, durch den Etalon 22 durchgelassen.

Somit bildet das von der Sammellinse 23 auf den Bildsensor 24 gebündelte Licht ein Interferenzstreifenmuster, wie es mit einer ausgezogenen Kurve in Fig. 6 dargestellt ist. Dabei ist die Lichtintensität gegenüber dem Abstand X von der optischen Achse der Linse 23 aufgetragen, wobei der Abstand X längs der Abszisse aufgetragen ist. Wenn die Brennweite der Sammellinse 23 durch f gegeben ist, wird das auf die Linse 23 unter dem Einfallswinkel R einfallende Licht in der Brennebene in einer Position konvergent gemacht, die von der optischen Achse der Linse 23 in einem Abstand X liegt, der gleich f R ist:

X = f R .

Somit bildet die Linse 23 kreisförmige Interferenzstreifen in ihrer Brennebene, in der der Bildsensor 24 liegt, wobei die Abstände Xo der Peakintensitäten jeweils den diskreten Werten des Einfallswinkels R des Lichtes entsprechen, was den Transmissionspeaks des Etalons 22 entspricht. Da weiterhin die Wellenlänge gemäß obiger Gleichung (1) fest ist, entspricht jede Peakposition Xo einem bestimmten Wert der Ordnung m des Etalons 22. (Jeder einzelnen der Peakpositionen Xo ist nämlich ein Wert der Ordnung m zugeordnet, der um den Wert Eins abnimmt oder zunimmt, wenn man in der Darstellung der Zeichnung nach links oder rechts zum nächsten Peak geht.)

Ferner entsprechen die Abstände Xm gemäß Fig. 6 zwischen den Peakpositionen Xo der Streifen dem freien Spektralbereich FSR _m des Etalons 22. Wenn sich nämlich die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 gemäß Fig. 3a (c) um eine Breite Δλ ändert, werden die Peakpositionen Xo der Interferenzstreifen zusammen um einen Abstand Δ X versetzt, der der Verschiebungsbreite Δλ entspricht, wie es mit einer gestrichelten Kurve in Fig. 6 dargestellt ist. Dabei sind die neuen Peakpositionen mit X′ bezeichnet. Dieser Abstand Δ X bei der Versetzung der Interferenzstreifen hängt mit der Änderung ΔR des Einfallswinkels gemäß der nachstehenden Gleichung zusammen:

Δ X = f · ΔR .

Dabei ist f die Brennweite der Sammellinse 23. Der Wert von ΔR kann aus der obigen Gleichung (1) berechnet werden; er ist nämlich gleich der Änderung, also dem Inkrement oder Dekrement, von R, welche der Verschiebung Δλ der Wellenlänge λ m in Gleichung (1) entspricht. Wenn somit die Verschiebung Δλ der Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 gleich dem freien Spektralbereich FSR _m des Etalons 22 wird, wird der Verschiebungsabstand Δ X der Interferenzstreifen im wesentlich gleich dem Abstand Xm zwischen den Peaks der Streifen. Wenn nämlich die Verschiebung Δλ der Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 gleich dem freien Spektralbereich FSR _m des Etalons 22 wird, so fallen die neuen Positionen X′ der Interferenzpeaks im wesentlichen mit ihren vorherigen Positionen Xo bei der Einstellwellenlänge λ₀ zusammen.

Der freie Spektralbereich FSR _m des Etalons 22 wird somit mit einem Wert gewählt, der größer ist als der erwartete Wert der Wellenlängenverschiebung Δλ des Laserstrahls 6, der gleich dem Wert der Wellenlängenverschiebung Δλ₂ der Transmissionspeaks des Feinabstimmungs-Etalons 5 ist, wie es oben im Zusammenhang mit Fig. 3a erläutert ist.

Somit kann die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 eindeutig aus der Position oder dem Abstand Xo von einem der Peaks der Interferenzstreifen bestimmt werden. Der Abstand Xo eines Peaks entspricht nämlich einem Einfallswinkel R gemäß der oben angegebenen Relation:

Xo = R f .

Dabei ist f die Brennweite der Linse 23. Somit kann der Einfallswinkel R aus dem Abstand Xo bestimmt werden. Andererseits entspricht jedem einzelnen der Peaks der Interferenzstreifen ein fester Wert einer ganzen Zahl m, die der Ordnung des Etalons 22 entspricht. Somit ist in der obigen Gleichung (1) der Einfallswinkel R eine bekannte Variable, während die Ordnung m eine feste Konstante ist. Die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 kann somit aus der Gleichung (1) berechnet wreden.

Andererseits ist das Auflösungsvermögen oder die Präzision bei der Messung der Wellenlänge umgekehrt proportional zum freien Spektralbereich FSR _m des Monitor-Etalons 22. Somit muß der freie Spektralbereich FSR _m auf einen kleineren Wert eingestellt werden, um das Auflösungsvermögen bei der Wellenlängenabtastung zu verbessern. Wenn beispielsweise der freie Spektralbeeich FSR _m des Monitor-Etalons 22 den Wert 25 pm hat und seine Feinheit F den Wert 50 hat, so beträgt das Auflösungsvermögen bei der Wellenlängenabtastung etwa 0,5 pm, wie sich aus der obigen Gleichung (3) ergibt.

Im übrigen enthält das Interferenzstreifenmuster, das auf dem linearen Bildsensor 24 gebildet wird, Rauschen, also kleine Intensitätsschwankungen, zusätzlich zum klaren Interferenzmuster gemäß Fig. 6. Der Bildprozessor 25 nimmt eine Bildverarbeitung des Ausgangssignals vom linearen Bildsensor 24 vor, um derartige Rauschkomponenten aus dem Interferenzstreifenmuster zu entfernen.

Ferner liefert der Bildprozessor 25 Wellenlängeninformation λ x, entsprechend den Positionen X der Interferenzstreifenpeaks oder ihres Verschiebungsabstandes λ X. Somit bestimmt die Steuerung 13 die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 im Anschluß an die oben beschriebene Prozedur auf der Basis des Wellenlängeninformationssignals λ x, das vom Wellenlängenmonitor 9 abgegeben wird.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 ebenfalls, zusätzlich zu seiner Wellenlänge λ, aus dem Interferenzstreifenmuster bestimmt werden kann, das auf dem Bildsensor 24 gebildet wird. Die Höhe der Peaks der Interferenzstreifen entspricht nämlich dem Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6.

Somit kann der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 aus der Höhe dieser Peaks bestimmt werden. Andererseits kann die Höhe der Peaks der Intensität des Streifenmusters von dem Prozessor 25 auf der Basis des Ausgangssignals vom linearen Bildsensor 24 bestimmt werden. Infolgedessen kann im Wellenlängenmonitor 9 die Funktion des Ausgangsleistungsmonitors 10 zusätzlich zu seiner eigentlichen Funktion der Wellenlängenbestimmung kombiniert werden.

B. Verfahren zum Betreiben des Lasergerätes

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7a und 7b wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Lasergerätes gemäß Fig. 4 erläutert. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Heiß/Kalt-Parameters K, der die beiden Werte 0 und 1 annehmen kann, welche den kalten bzw. den heißen Zustand des Lasergerätes repräsentieren. Auf der Basis des Wertes des Parameters K wird eine Entscheidung getroffen, ob Startvorbereitungsschritte erforderlich sind oder nicht.

Wenn nämlich der Parameter K den Wert 0 hat, werden Vorbereitungsschritte durchgeführt, bevor man den Laserstrahl austreten läßt. Wenn andererseits der Parameter K den Wert 1 hat, werden diese Vorbereitungsschritte weggelassen. Somit wird ein Laserstrahl, der wegen der thermischen Verformungen der Etalons im Hohlraum in der Wellenlänge instabil ist, einem externen optischen System nicht zugeführt. Außerdem werden die Wellenlängen und der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls nach dem Start der Aussendung von Laserstrahlen bei diesem Verfahren rasch stabilisiert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7a wird die Prozedur beschrieben, welche die Startvorbereitungsschritte sowie das Setzen und Rücksetzen der Werte des Heiß/Kalt-Parameters K umfaßt. Die Schritte zur Steuerung der Wellenlänge und des Ausgangsleistungspegels des Laserstrahls werden anschließend unter Bezugnahme auf Fig. 7b erläutert.

Wenn die Stromversorgung des Lasergerätes eingeschaltet wird, werden das System und die Parameter, einschließlich des Parameters K, beim Schritt S 1 initialisiert. Der Start der Aussendung von Laserstrahlen wird beim Schritt S 2 abgewartet. Wenn beim Schritt S 2 festgestellt wird, daß die Aussendung von Laserstrahlen zu starten ist, erfolgt eine Beurteilung beim Schritt S 3, ob der Parameter K den Wert 0 (also kalt) oder 1 (also heiß) hat.

Wenn der Parameter K gleich 1 ist, geht das Programm direkt zum Schritt S 7 weiter. Wenn andererseits der Parameter K gleich 0 ist, werden die Startvorbereitungsschritte S 4 bis S 6 durchgeführt, bevor zum Schritt S 7 weitergegangen wird.

Wie sich aus der nachstehenden Beschreibung ergibt, ist der Parameter K gleich 1, wenn das System sich in einem heißen Start befindet, d. h. das Lasergerät wird gestartet nach einem kurzen Intervall nach einer Abschaltperiode. Der Parameter K ist gleich 0, wenn sich das System in einem kalten Start befindet, d. h. das Lasergerät wird nach einer ausreichenden Dauer einer Abkühlzeit gestartet.

Wenn beim Schritt S 3 festgestellt wird, daß der Wert des Parameters K gleich 0 ist, werden die Startvorbereitungsschritte S 4 bis S 6 wie folgt durchgeführt:

Zunächst wird beim Schritt S 4 eine Aufwärmprozedur wie folgt durchgeführt: Während die Spannung am Lasermedium 1 auf einem konstanten Pegel gehalten wird, wird der Feinabstimmungs-Etalon 5 über den Wellenlängenmonitor 9 und den Feinabstimmungs- Servomechanismus 12 so gesteuert, daß die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 so geregelt und stabilisiert wird, daß sie mit der Einstellwellenlänge λ₀ übereinstimmt.

Weiterhin wird der Grobabstimmungs-Etalon 4 in einen unkontrollierten Zustand gebracht; alternativ wird der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 mit dem Ausgangsleistungsmonitor 10 und dem Grobabstimmungs-Servomechanismus 11 maximal gemacht. Im übrigen sind die anschließenden Prozeduren bei der Steuerung der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 und 5 nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7b beschrieben.

Als nächstes wird beim Schritt S 5 eine Suchsteuerung, z. B. eine Drucksuchsteuerung, zur Optimierung der Parameter, beispielsweise des Abstandes d zwischen den versilberten Oberflächen des Grobabstimmungs-Etalons 4 vorgenommen mit Hilfe des Ausgangsleistungsmonitors 10 und des Grobabstimmungs- Servomechanismus 11. Es werden nämlich die optimalen Werte des Abstandes d 2 zwischen den versilberten Oberflächen des Etalons 4 oder des Einfallswinkels R 2 des Laserlichtes, bei denen die Ausgangsleistung des Laserstrahls 6 maximal ist, bestimmt durch Veränderung des Innendruckes ihres Behälters oder durch Veränderung des Winkels, der mit der optischen Achse des Lasergerätes gebildet wird.

Schließlich wird beim Schritt S 6 der Innendruck oder der Winkel des Grobabstimmungs-Etalons 4 auf den optischen Wert eingestellt, bei dem die Ausgangsleistung des Laserstrahls 6 maximal ist, und zwar auf der Basis des Ergebnisses der Suchsteuerung beim Schritt S 5. Die Fig. 7a zeigt dabei den Fall, wo der Druck beim Schritt S 5 variiert und der Druck auf den optimalen Wert beim Schritt S 6 gesetzt wird.

Im Anschluß an die Vorbereitungsschritte S 4 bis S 6 (im Falle des kalten Starts) oder direkt nach dem Schritt S 3 (im Falle des heißen Starts) werden weitere Startschritte S 7 bis S 9 durchgeführt, an die sich der Schritt S 10 anschließt, bei dem die Ausgangsleistung und die Wellenlänge des Laserstrahls 6, die einem externen optischen System zugeführt wird, geregelt wird, bis das Aussenden von Laserstrahlen in dem optischen Hohlraum gestoppt wird.

Beim Schritt S 7 wird festgestellt, ob der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bezüglich eines vorgegebenen Einstellpegels liegt oder nicht. Ferner wird beim Schritt S 8 festgestellt, ob die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bezüglich der Einstellwellenlängen λ₀ liegt oder nicht.

Wenn sowohl der Ausgangsleistungspegel als auch die Wellenlänge so gesteuert sind, daß sie innerhalb ihres jeweiligen vorgegebenen Bereiches liegen, wird der Parameter K beim Schritt S 9 auf 1 gesetzt. Die Steuerung des Ausgangsleistungspegels und der Wellenlänge des Laserstrahls 6 bei den Schritten S 7 und S 8 können vorgenommen werden mit den Schritten, die nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7b erläutert sind.

Im übrigen wird während der Zeit, wo die Startvorbereitungsschritte S 4 bis S 8 durchgeführt werden, die Abgabe des Laserstrahls 6 an ein zugeordnetes, äußeres optisches System verhindert durch einen in Fig. 4 nicht dargestellten Verschluß. Somit wird ein Laserstrahl 6, der hinsichtlich des Ausgangsleistungspegels und der Wellenlänge instabil ist, diesem externen optischen System nicht zugeführt.

Wenn somit das Lasergerät in den heißen Zustand gebracht ist und der Parameter K beim Schritt S 9 auf den Wert 1 gesetzt ist, wird der Laserstrahl 6 an das externe optische System zur Anwendung abgegeben. Während der Zeit, in der der Laserstrahl 6 austritt, werden sein Ausgangsleistungspegel und seine Wellenlänge beim Schritt S 10 von der Steuerung 13 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bezüglich der Einstellwerte kontrolliert und geregelt. Die von der Steuerung 13 ablaufenden Schritte bei der Überwachung und Einhaltung des Ausgangsleistungspegels und der Wellenlänge des Laserstrahls 6 werden nachstehend anhand von Fig. 7b beschrieben.

Wenn das Aussenden von Laserstrahlen während der Zeit gestoppt wird, in der der Schritt S 10 durchgeführt wird, werden die Schritte S 30 bis S 35, bei denen der Wert des Parameters K neu vorgegeben wird, von der Steuerung 13 durchgeführt. Beim Schritt S 30 wird die Zeitdauer T bestimmt, während der das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen worden ist.

Ferner wird beim Schritt S 31 festgestellt, ob die Zeit T nicht größer ist als eine vorgegebene Einstellzeitdauer To, die mit einem Wert gewählt wird, der groß genug ist, damit das Lasergerät vom heißen in den kalten Zustand übergeht. Wenn die Beurteilung beim Schritt S 31 positiv ist, also T ≦To gilt, geht das Programm zum Schritt S 33 weiter. Wenn andererseits die Beurteilung beim Schritt S 31 negativ ist, also T <To gilt, wird der Parameter K beim Schritt S 32 auf den Wert 0 gesetzt.

Nach den Schritten S 30 bis S 32 wird beim Schritt S 33 beurteilt, ob das Aussenden von Laserstrahlen gestartet werden soll oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß die Aussendung von Laserstrahlen zu starten ist, kehrt das Programm zum Schritt S 3 zurück, um den Vorgang neu zu starten. Andernfalls wird beim nächsten Schritt S 34 überprüft, ob die Stromversorgung des Lasergerätes abgeschaltet werden soll oder nicht. Wenn die Beurteilung beim Schritt S 34 positiv ist, wird das System des Lasergerätes gestoppt. Wenn die Beurteilung negativ ist, erfolgt eine weitere Beurteilung beim Schritt S 35, ob der laufende Wert des Parameters K gleich dem Wert 1 ist oder nicht.

Wenn der Wert des Parameters K gleich 1 ist, werden die Schritte S 30 bis S 32 wiederholt, um den Wert des Parameters K, falls erforderlich, auf 0 zu setzen. Wenn andererseits beim Schritt S 35 festgestellt wird, daß der Parameter K den Wert 0 hat, kehrt das Programm zum Schritt S 33 zurück, wo eine Beurteilung erneut erfolgt, ob das Aussenden von Laserstrahlen zu starten ist oder nicht.

Bei den Schritten S 30 bis S 35 wird somit der Wert des Parameters K kontinuierlich erneuert, bis das System gestoppt oder das Aussenden von Laserstrahlen neu gestartet wird. Während der Zeit, in der die Schritte S 30 bis S 35 wiederholt werden, wird jedesmal dann, wenn die Dauer der Unterbrechungszeit T die vorgegebene eingestellte Zeitdauer To überschreitet, der Wert auf 0 zurückgesetzt.

Infolgedessen wird, wenn das Aussenden von Laserstrahlen neu gestartet wird, nach einem Intervall der Unterbrechungszeit T, das länger ist als die eingestellte Zeitdauer To (also T <To), der Wert des Parameters K beim Schritt S 32 auf 0 zurückgesetzt, bevor das Programm zum Schritt S 3 weitergeht. Somit werden die Startschritte S 4 bis S 8 durchgeführt, um das System vorzubereiten, bevor der Laserstrahl nach außen abgegeben wird. Wenn andererseits das Aussenden von Laserstrahlen neu gestartet wird nach einem Zeitintervall T, das kürzer ist als die eingestellte Zeitdauer To (also T ≦To), so wird der Wert des Parameters K immer noch auf 1 gehalten, wenn sein Wert entsprechend beim Schritt S 3 beurteilt wird.

Somit werden die Startvorbereitungsschritte S 4 bis S 6 bei der Systemstartprozedur weggelassen, und es werden nur die Schritte S 7 und S 8 durchgeführt. Danach geht das Programm zu den Schritten S 9 und S 10 weiter, wo der Ausgangsleistungspegel und die Wellenlänge des Laserstrahls 6 so kontrolliert und geregelt werden, daß sie innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bezüglich ihrer Einstellwerte liegen.

Somit wird das Aussenden von Laserstrahlen in Abhängigkeit vom Wert des Heiß/Kalt-Parameters K schnell stabilisiert, und ein instabiler Laserstrahl 6, der während der Startperiode erzeugt wird, wird nicht nach außen an das externe optische System abgegeben. Wenn im übrigen das Lasergerätsystem wieder gestartet werden soll, nachdem es infolge einer positiven Beurteilung beim Schritt S 34 gestoppt worden ist, so startet das Programm beim Schritt S 1, bei dem der Wert des Parameters K auf 0 zurückgesetzt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7b soll die Prozedur im Anschluß an den Schritt S 10 gemäß Fig. 7a bei der Steuerung des Ausgangsleistungspegels und der Wellenlänge des Laserstrahls 6 näher erläutert werden.

Zunächst erfolgt beim Schritt S 11 die Wahl der Steuerungsbetriebsart, also die Wahl, ob eine Regelung der Wellenlänge oder des Ausgangsleistungspegels vorgenommen werden soll. Es kann jedoch auch die Regelung der Wellenlänge und des Ausgangsleistungspegels gleichzeitig vorgenommen werden. Alternativ können die jeweiligen Steuerungsvorgänge selektiv zu verschiedenen Zeiten vorgenommen werden, beispielsweise mittels einer Zeitteilung, wie in der Zeichnung dargestellt.

Wenn beim Schritt S 11 entschieden wird, daß die Wellenlängenregelung durchgeführt wird, so wird der vom Strahlteiler 7 abgetrennte Teilstrahl 6 A beim Schritt S 12 vom Integrator 21 verbreitert und vom Monitor-Etalon 22 gestreut, so daß Interferenzstreifen auf dem Bildsensor 24 gebildet werden, die der Wellenlänge des Laserstrahls 6 entsprechen.

Als nächstes bestimmt beim Schritt S 13 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Bildsensors 24 der Bildprozessor 25 die lineare Verteilung der Intensität des längs des Bildsensors 24 einfallenden Lichtes, also des Interferenzstreifenmusters, das auf dem Bildsensor 24 gemäß Fig. 6 gebildet wird. Ferner nimmt der Bildprozessor 25 beim Schritt S 14 eine Bildverarbeitung des Ausgangssignals oder der Meßdaten des Bildsensors 24 vor. Der Bildprozessor 25 führt beispielsweise eine Glättung der Meßdaten durch, um darin enthaltene Rauschkomponenten zu entfernen.

Als nächstes wird beim Schritt S 15 die Peakintensitätsposition oder der Abstand X, entsprechend einer bestimmten Ordnung m des Etalons 22, vom Bildprozessor 25 bestimmt. Die Steuerung 13 erhält den Abstand X als Wellenlängeninformationssignal λ x, entsprechend der Wellenlänge λ des Laserstrahls 6.

Beim Schritt S 16 wird beurteilt, ob der Abstand x gleich dem vorgegebenen Abstand Xo ist, der der Einstellwellenlänge λ₀ entspricht. Wenn der Abstand X gleich Xo ist, geht das Programm direkt zum Schritt S 18 weiter, bei dem beurteilt wird, ob das Aussenden von Laserstrahlen gestoppt wird oder nicht. Wenn andererseits der Abstand X nicht gleich Xo ist, wird der Feinabstimmungs- Etalon 5 über den Feinabstimmungs-Servomechanismus 12 angetrieben.

In Abhängigkeit von der Wellenlängeninformation λ x, die vom Wellenlängenmonitor 9 geliefert wird, gibt nämlich die Steuerung 13 das Feinabstimmungs-Steuersignal D an den Feinabstimmungs- Servomechanismus 12. Somit wird der Abstand d 2 zwischen den inneren versilberten Oberflächen des Feinabstimmungs- Etalons 5 in der Weise eingestellt, daß die Peaktransmissionswellenlänge λ m₂ mit der Einstellwellenlänge λ₀ zusammenfällt.

Infolgedessen wird die Wellenlänge λ des Laserstrahls 6 auch dann auf die Einstellwellenlänge λ₀ geregelt, wenn eine thermische Verformung des Feinabstimmungs-Etalons 5 stattgefunden hat. Nach dem Schritt S 17 wird beim Schritt S 18 eine Beurteilung durchgeführt, ob das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist oder nicht. Wenn die Beurteilung beim Schritt S 18 negativ ist, wenn also das Aussenden von Laserstrahlen nicht unterbrochen ist, kehrt das Programm zum Schritt S 11 zurück, um die Schritte der Wellenlängen- oder Ausgangsleistungssteuerung zu wiederholen.

Wenn andererseits die Ausgangsleistungssteuerung beim Schritt S 11 gewählt wird, wird der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 beim Schritt S 19 vom Ausgangsleistungsmonitor 10 über den Teilstrahl 6 B gemessen. Somit liefert der Ausgangsleistungsmonitor 10 die Ausgangsleistungsinformation P an die Steuerung 13. Diese bestimmt beim Schritt S 20 den momentanen Ausgangsleistungspegel Pn durch Bildung eines Mittelwertes von n aufeinanderfolgenden Werten der Ausgangsleistungsinformation P, und speichert den aktuellen Ausgangsleistungspegel Pn.

Beim nächsten Schritt S 21 wird die Differenz Δ P = Pn -Po zwischen dem momentanen Leistungspegel Pn und dem vorgegebenen Leistungspegel-Sollwert Po berechnet. Beim Schritt S 22 wird der Absolutwert der Differenz Δ P mit einem vorgegebenen zulässigen Fehlerbereich oder Toleranzbereich Pa verglichen. Wenn der Absolutwert der Differenz Δ P nicht größer ist als der zulässige Toleranzbereich Pa, wenn also |Δ P | ≦Pa gilt, geht das Programm direkt zum Schritt S 18 weiter.

Wenn andererseits der Absolutwert der Differenz Δ P größer ist als der zulässige Toleranzbereich Pa, wenn also |Δ P | <Pa gilt, geht das Programm zum Schritt S 23 weiter, bei dem eine Beurteilung erfolgt, ob die Steuerung, die anschließend durchzuführen ist, die Steuerung der am Lasermedium 1 anliegenden Spannung oder die Steuerung des Grobabstimmungs-Etalons 4 ist.

Wenn die Steuerung der Spannung beim Schritt S 23 gewählt wird, werden die Schritte S 24 bis S 26 durchgeführt, um die am Lasermedium 1 anliegende Spannung einzustellen. Beim Schritt S 24 wird der Absolutwert der gesteuerten Variablen, also die Änderung der am Lasermedium 1 anliegenden Spannung, aus dem Absolutwert |Δ P | der Differenz oder des Fehlers Δ P berechnet.

Ferner wird beim Schritt S 25 die Richtung der Steuerung, ob also die angelegte Spannung zu erhöhen oder zu verringern ist, aus der Polarität bzw. dem Vorzeichen des Absolutwertes |Δ P | der Differenz Δ P bestimmt. Auf der Basis dieses Absolutwertes der gesteuerten Variablen und der Richtung der Steuerung, die bei den Schritten S 24 und S 25 bestimmt werden, liefert die Steuerung 13 das entsprechende Spannungssteuerungssignal V, so daß die am Lasermedium 1 anliegende Spannung kontrolliert und entsprechend eingestellt wird.

Normalerweise wird der Steuerung der Spannung am Lasermedium 1 Priorität eingeräumt. Wenn jedoch die Steuerung des Grobabstimmungs- Etalons 4 beim Schritt S 23 gewählt wird, werden die Schritte S 27 bis S 29 durchgeführt. Beim Schritt S 27 wird zunächst der Absolutwert der gesteuerten Variablen, also die Veränderung des Innendruckes des Grobabstimmungs-Etalons 4, aus dem Absolutwert |Δ P | der Differenz Δ P berechnet.

Ferner wird beim Schritt S 28 die Richtung der Steuerung, ob beispielsweise der Innendruck zu erhöhen oder zu verringern ist, aus der Polarität bzw. dem Vorzeichen des Absolutwertes |Δ P | der Differenz Δ P bestimmt. Auf der Basis dieses Absolutwertes der gesteuerten Variablen und der Richtung der Steuerung, die bei den Schritten S 27 und S 28 bestimmt werden, liefert die Steuerung 13 das Grobabstimmungs-Steuersignal D an den Grobabstimmungs-Servomechanismus 11, der in Abhängigkeit von diesem Steuersignal den Grobabstimmungs-Etalon 4 entsprechend beaufschlagt, so daß der Abstand d 1 zwischen seinen Innenoberflächen so eingestellt wird, daß die Ausgangsleistung des Laserstrahls 6 maximal gemacht wird.

Wie oben erläutert, werden durch die Ausführung der Wellenlängen- Steuerungsschritte S 12 bis S 17 und die Ausgangsleistungspegel- Steuerungsschritte S 19 bis S 29 die Wellenlänge und der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls 6 auf ihre Einstellwerte oder Sollwerte geregelt.

Nach den Spannungs-Steuerungsschritten S 24 bis S 26 und den Steuerungsschritten S 27 bis 44635 00070 552 001000280000000200012000285914452400040 0002003935081 00004 44516 S 29 des Grobabstimmungs-Etalons 4 geht das Programm zum Schritt S 18 weiter. Dabei erfolgt eine Beurteilung, ob das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist oder nicht. Wenn das Aussenden von Laserstrahlen fortgesetzt wird, kehrt das Programm zum Schritt S 11 zurück, um die Steuerung der Wellenlänge oder der Ausgangsleistung in der oben beschriebenen Weise zu wiederholen. Wenn andererseits die Beurteilung beim Schritt S 18 ergibt, daß das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist, geht das Programm zum Schritt S 30 in Fig. 7a weiter.

C. Modifizierter Betrieb des Lasergerätes

Unter Bezugnahme auf Fig. 8a und 8b wird ein modifiziertes Verfahren zum Betreiben des Lasergerätes gemäß Fig. 4 und 5 beschrieben. Die Schritte S 1, S 2, S 11 bis S 30 und S 33 bei diesem Verfahren entsprechen den Schritten gemäß Fig. 7a und 7b und sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner entspricht der Schritt S 40 dieses Verfahrens dem Schritt S 10 in Fig. 7a.

Daher wird die nachstehende Beschreibung im wesentlichen auf die Schritte gerichtet, die sich von denen der Prozedur gemäß Fig. 7a und 7b unterscheiden. Es darf darauf hingewiesen werden, daß dieses modifizierte Verfahren gekennzeichnet ist durch die rasche und präzise voraussagende Einstellung der Parameter, beispielsweise des Abstandes d zwischen den inneren versilberten Oberflächen der Etalons 4 und 5 während der Periode, in welcher die Aussendung von Laserstrahlen unterbrochen ist.

Zunächst wird gemäß Fig. 8a nach dem Start der Initialisierungsschritt S 1 durchgeführt. Wenn danach beim Schritt S 2 eine positive Beurteilung im Hinblick auf das Starten der Laseroszillation erfolgt, wird beim Schritt S 40 eine Steuerung beim Aussenden von Laserstrahlen vorgenommen. Der Schritt S 40 umfaßt die Prozedur gemäß Fig. 8b. Dies umfaßt die Prozedur der Wellenlängenregelung über den Feinabstimmungs-Etalon 5 sowie die Prozedur zur Ausgangsleistungsregelung welche über die Spannung, die an das Lasermedium 1 angelegt wird, oder über die Einstellung des Innendruckes, usw. des Grobabstimmungs- Etalons 4 vorgenommen wird.

Die Regelung der Wellenlänge und der Ausgangsleistung beim Aussenden von Laserstrahlen gemäß Fig. 8b ist ähnlich wie die Prozedur gemäß Fig. 7b, mit der Ausnahme von folgenden Unterschieden.

Bei der Prozedur zur Wellenlängenregelung erfolgt, nachdem der Feinabstimmungs-Etalon 5 beim Schritt S 17 eingestellt worden ist, beim Schritt S 41 eine Beurteilung, ob der Wert des Heiß/Kalt-Parameters K gleich 0 ist oder nicht. Wie im oben beschriebenen Fall gibt der Wert 0 des Parameters K den kalten Zustand des Lasergerätes an, während der Wert 1 seinen heißen Zustand bezeichnet.

Wenn der Wert von K beim Schritt S 41 gleich 1 ist, geht das Programm direkt zum Schritt S 43 weiter. Wenn andererseits der Wert von K gleich 0 ist, wird der Anfangswert der gesteuerten Variablen, einschließlich ihrer Richtung oder Polarität, beim Schritt S 42 als Wert der Variablen Xo gespeichert; bei demselben Schritt S 42 wird der Wert des Parameters K auf 1 gesetzt. Ferner wird beim Schritt S 43 der Gesamtwert der gesteuerten Variablen, also die Summe der Variationen Yi der gesteuerten Variablen bei den vorausgegangenen Wellenlängen-Steuerungszyklen berechnet:

Y = Σ Yi .

Danach geht das Programm zum Schritt S 18 weiter, bei dem festgestellt wird, ob das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist oder nicht.

Andererseits wird bei der Ausgangsleistungsregelung nachdem der Grobabstimmungs-Etalon 4 beim Schritt S 29 eingestellt worden ist, der Gesamtwert der gesteuerten Variablen, also die Summe der Variationen Zi der gesteuerten Variablen, bei den vorausgegangenen Ausgangsleistungs-Steuerungszyklen wie folgt berechnet:

Z = Σ Zi .

Wenn beim Schritt S 18 festgestellt wird, daß das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist, geht das Programm zum Schritt S 30 in Fig. 8a weiter, bei dem die Unterbrechungszeit T hinsichtlich des Aussendens von Laserstrahlen berechnet wird. Danach werden beim Schritt S 45 die Einstellwerte der gesteuerten Variablen AY(T) und AZ(T) für die Fein- und Grobabstimmungs- Etalons 5 bzw. 4 gemäß den nachstehenden Gleichungen berechnet:

AY(T) = Y · exp(-T/τ 2) und
AZ(T) = Z · exp(-T/τ 1),

wobei τ 2 und τ 1 thermische Zeitkonstanten der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons 5 bzw. 4 sind, während Y und Z die Gesamtwerte der gesteuerten Variablen gemäß obiger Berechnung sind.

Danach werden beim Schritt S 46 die Fein- und Grobabstimmungs- Etalons 5 und 4 entsprechend dem Wert von AY(T) und AZ(T) über die entsprechenden Servomechanismen 12 und 11 eingestellt. Auch wenn somit die Etalons 4 und 5 einer thermischen Verformung aufgrund ihres Temperaturabfalles nach dem Unterbrechen des Aussendens von Laserstrahlen unterliegen, stellen die Servomechanismen 11 und 12 automatisch die Etalons 4 und 5 ein, und zwar in Abhängigkeit von der Abnahme ihrer Temperaturen im Laufe der Zeit.

Bei der obigen Beschreibung sind die Einstellwerte der gesteuerten Variablen AZ(T) und AY(T) in Form von Exponentialfunktionen der Unterbrechungszeit T mit Zeitkonstanten τ 1 und τ 2 ausgedrückt worden. Die gesteuerten Variablen AZ(T) und AY(T) der Einstellung können jedoch auch als Kombination von zwei Exponentialfunktionen ausgedrückt werden.

Wenn sie nicht in Form von Exponentialfunktionen ausgedrückt werden können, kann die Abhängigkeit der bei der Einstellung gesteuerten Variablen AZ(T) und AY(T) von der Unterbrechungszeit T experimentell bestimmt werden. Dabei werden die thermischen Charakteristiken der Etalons 4 und 5, also die Temperaturänderungskurve nach dem Unterbrechen des Aussendens von Laserstrahlen, gemessen und in der Steuerung 13 gespeichert, um die Werte von AZ(T) und AY(T) in Abhängigkeit von einem Wert der Unterbrechungszeit T zu bestimmen.

Wenn im Anschluß an diesen Schritt S 46 beim Schritt S 33 festgestellt wird, daß das Aussenden von Laserstrahlen gestartet werden soll, wird die beim Schritt S 30 bestimmte Unterbrechungszeit T mit der vorgegebenen Einstellzeit To beim Schritt S 47 verglichen. Wenn T größer als To ist, werden die Parameter, einschließlich K, beim Schritt S 48 initialisiert. Wenn andererseits T nicht größer ist als To, so werden die insgesamt gesteuerten Variablen Y und Z der Fein- und Grobabstimmungs- Servomechanismen 12 bzw. 11 auf die entsprechenden Werte eingestellt, die durch nachstehende Gleichungen gegeben sind:

Y = AY(T) + Yo und
Z = AZ(T).

Wenn andererseits beim Schritt S 33 festgestellt wird, daß das Aussenden von Laserstrahlen nicht gestartet werden soll, wird die Unterbrechungszeit T mit der Einstellzeit To beim Schritt S 50 verglichen. Wenn die Unterbrechungszeit T größer als To ist, kehrt das Programm zum Schritt S 33 zurück. Wenn andererseits die Unterbrechungszeit T nicht größer ist als To, kehrt das Programm zum Schritt S 30 zurück, um die Unterbrechungszeit T neu zu berechnen.

Wie oben beschrieben, werden die insgesamt gesteuerten Variablen Y und Z in Abhängigkeit von der Zeitdauer T eingestellt, während der das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist. Somit kann die Ausgangsleistung und die Wellenlänge des Laserstrahls 6, auch nach dem erneuten Starten der Laseroszillation, rasch stabilisiert werden. Infolgedessen wird ein Laserstrahl 6, der hinsichtlich der Wellenlänge und der Ausgangsleistung instabil ist, nicht nach außen an ein externes optisches System abgegeben, in welchem er verwendet wird.

Die anschließenden Schritte, während das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist, können wie folgt zusammengefaßt werden. Durch die zyklische Prozedur, welche die Schritte S 30, S 45, S 46, S 33 und S 50 bilden, werden die Einstellwerte der gesteuerten Variablen der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 und 5 kontinuierlich neu auf die Werte eingestellt, die der Temperaturabnahme der Etalons 4 und 5 dicht folgen, und die Etalons 4 und 5 werden kontinuierlich auf der Basis dieser Einstellwerte ihrer gesteuerten Variablen eingestellt.

Wenn das Aussenden von Laserstrahlen nach einem Intervall einer Unterbrechungszeit wieder gestartet wird, wird die Zeitdauer T, während der das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen war, beim Schritt S 47 mit einer vorgegebenen Zeitdauer To verglichen. Wenn die Zeit T größer als To ist, werden alle Parameter beim Schritt S 48 initialisiert. Wenn andererseits die Zeit T nicht größer als To ist, werden sämtliche Werte der gesteuerten Variablen der Etalons 4 und 5, die bei den anschließenden Lasersteuerungsschritten verwendet werden, beim Schritt S 49 eingestellt.

D) Lasergerät mit Seitenbandanalyse

Wie oben in der Beschreibungseinleitung unter Bezugnahme auf Fig. 3b erläutert, können beim Laserausgangssignal Seitenband- Wellenlängen auftreten, wenn die Verschiebung Δλ₁ der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons 4 groß wird. Wenn weiterhin die Feinheit F des Grobabstimmungs-Etalons 4 aufgrund seiner thermischen Verformung oder Verschlechterung der Genauigkeit seiner Oberflächen kleiner wird, wird die Halbwertsbreite W λ seiner Transmissionspeaks größer. Dies kann auch zur Erzeugung von Seitenbändern im Laserstrahl 6 führen.

Diese Seitenbänder treten bei Wellenlängen auf, die von der Einstellwellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 weit entfernt liegen. Somit ist es wünschenswert, diese Seitenbänder des Laserstrahls 6 mit dem Wellenlängenmonitor zu erfassen, und zwar zusätzlich zu seiner zentralen Wellenlänge, so daß die Verschiebung Δλ₁ der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs- Etalons 4 korrigiert und die Erzeugung von Seitenbändern unterdrückt werden kann. In dem Falle, wo die Seitenbänder auf der Aufweitung der Halbwertsbreite W λ des Grobabstimmungs-Etalons 4 beruhen, müssen Korrekturschritte vorgenommen werden, um seine Leistungsfähigkeit zu verbessern.

Im folgenden werden die Bedingungen bestimmt, die für den Wellenlängenmonitor 9 gemäß Fig. 5 erforderlich sind, um die Seitenbänder im Laserstrahl 6 festzustellen. Wie sich aus der nachstehenden Erläuterung ergibt, hängen die Bedingungen, die für die Abtastung von Seitenbändern erforderlich sind, mit dem Wert des freien Spektralbereiches FSR _m des Monitor-Etalons 22 relativ zu den möglichen Seitenband-Wellenlängen des Laserstrahls 6 zusammen. Bei der nachstehenden Diskussion der Bedingungen für die Seitenbandabtastung wird ergänzend zu den speziell angesprochenen Fig. der Zeichnung auch auf die Fig. 4 bis 6 Bezug genommen.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert, entsprechend die vom Monitor-Etalon 22 gebildeten Interferenzstreifen der zentralen Wellenlänge λ, die nachstehend mit λ₀ bezeichnet ist, da die zentrale Wellenlänge λ ungefähr gleich der Einstellwellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 ist, wenn das Aussenden von Laserstrahlen in der normalen Oszillationsbetriebsart erfolgt.

Aufgrund einer großen Verschiebung Δλ₁ der Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons 4 gemäß Fig. 3b(a) können jedoch Seitenbänder bei Wellenlängen λ _SA und λ _SB im Laserstrahl 6 auftreten, wie es Fig. 3b(c) zeigt. Wenn dies geschieht, werden Interferenzstreifen, die den Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB entsprechen, auf dem Bildsensor 24 erzeugt, wie es mit gestrichelten Kurven in Fig. 9 dargestellt ist.

In Fig. 9 werden die Peaks der Interferenzstreifen, welche den Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB entsprechen, in Positionen oder Abständen XA bzw. XB gebildet, die jeweils einen Abstand von Xa bzw. Xb von den benachbarten Peakpositionen Xo der Interferenzstreifen haben, welche der zentralen Wellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 entsprechen.

Wenn diese Abstände Xa und Xb gleich Null sind, so überlappen sich die Interferenzstreifenpeaks, die von den Seitenband- Wellenlängen λ _SA und λ _SB gemäß den gestrichelten Kurven erzeugt werden, mit denen der zentralen Wellenlänge λ₀, die mit der ausgezogenen Kurve dargestellt sind. In diesem Falle wird die Festlegung von Seitenbändern unmöglich.

Wenn weiterhin die Abstände Xa und Xb gleich groß sind, wird die separate Feststellung von Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB unmöglich. Es soll zunächst der Zusammenhang zwischen den Seitenband-Wellenlängen und den Positionen der Interferenzstreifen bestimmt werden, die ihnen entsprechen.

Sei λ _S eine Seitenband-Wellenlänge des Laserstrahls 6, die erzeugt werden kann. Sei λ _S der Wert von λ _SA oder λ _SB gemäß Fig. 3b. Seien ferner XS die Positionen der Interferenzstreifenpeaks, die den Seitenband-Wellenlängen λ _S des Laserstrahls 6 entsprechen. Dabei kann XS die Werte von XA und XB gemäß Fig. 9 annehmen.

Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben, ist es so, daß die Positionen der Interferenzstreifenpeaks, die auf dem Bildsensor 24 des Wellenlängenmonitors 9 von einer Wellenlänge λ gebildet werden, und diejenigen, die von einer anderen Wellenlänge λ ± FSR _m gebildet werden, die um den freien Spektralbereich FSR _m des Monitor-Etalons 22 größer oder kleiner als die Wellenlänge λ ist, im wesentlichen zusammenfallen. Somit fallen die Abstände XS, entsprechend einer Seitenband-Wellenlänge λ _S, und die Abstände XS′, entsprechend einer anderen Seitenband-Wellenlänge λ _S′, miteinander zusammen, wenn folgende Gleichung erfüllt ist:

λ _S′ = λ _S + j × FSR _m . (6)

Dabei ist FSR _m der freie Spektralbereich des Monitor-Etalons 22, und j ist eine willkürliche ganze Zahl.

Somit ist die scheinbare Wellenlänge λ _S′ der Seitenband-Wellenlänge λ _S, die von dem Wellenlängenmonitor 9 festgestellt wird, durch eben diese obige Gleichung (6) bestimmt, wobei jedoch j die ganze Zahl ist, welche den Absolutwert der Differenz zwischen der scheinbaren Wellenlänge λ _S′ und der zentralen Wellenlänge λ₀ minimal macht, gemäß der nachstehenden Beziehung:

R = λ _S′ - λ₀ .

Diese Differenz zwischen der scheinbaren Wellenlänge λ _S′ und der zentralen Wellenlänge λ₀ entspricht den Abständen XS, beispielsweise Xa oder Xb in Fig. 9, zwischen den Interferenzstreifenpeaks der zentralen Wellenlänge λ₀ und denen der Seitenband- Wellenlänge λ _S. Die Konstante R ist nämlich die scheinbare Wellenlängendifferenz zwischen der zentralen Wellenlänge λ₀ und der Seitenband-Wellenlänge λ _S, die vom Wellenlängenmonitor 9 festgestellt wird.

Somit kann eine Seitenband-Wellenlänge λ _S separat von der zentralen Wellenlänge λ₀ dann und nur dann festgestellt werden, wenn die scheinbare Wellenlängendifferenz R von Null verschieden ist. Weiterhin können zwei Seitenband-Wellenlängen separat und verschieden voneinander dann und nur dann festgestellt werden, wenn die Werte der scheinbaren Wellenlängendifferenz R, die ihnen entsprechen, voneinander verschieden sind.

Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3b erläutert, tritt eine Seitenband-Wellenlänge λ _S in Positionen auf, die von der zentralen Wellenlänge λ₀ durch ein ganzzahliges Vielfaches des freien Spektralbereiches FSR₂ des Feinabstimmungs-Etalons 5 beabstandet sind: i × FSR₂. Die Seitenband-Wellenlänge λ _S kann nämlich durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden:

λ _S = λ₀ + i × FSR₂ . (7)

Dabei ist i die ganze Zahl, die der Seitenband-Wellenlänge λ _S zugeordnet ist. Beispielsweise hat die ganze Zahl i, die den Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB in Fig. 3b entspricht, die Werte von -2 bzw. 1. Andererseits hat die ganze Zahl i, die den Seitenband-Wellenlängen entspricht, welche auftreten können, wenn die Transmissionspeaks des Grobabstimmungs-Etalons 4 gemäß Fig. 3b nach links versetzt sind, die Werte von -1 bzw. 2. Jeder Seitenband-Wellenlänge λ _S ist ein fester Wert der ganzen Zahl i zugeordnet, der durch die Gleichung (7) bestimmt ist.

Substituiert man λ _S in der obigen Gleichung (6) durch die rechte Seite der Gleichung (7), so kann die Differenz

R = λ _S′ - λ₀

zwischen der scheinbaren Seitenband-Wellenlänge λ _S′ und der zentralen Wellenlänge λ₀ durch die nachstehende Gleichung (8) ausgedrückt werden:

R = i × FSR₂ + j × FSR _m . (8)

Dabei ist i die der Seitenband-Wellenlänge λ _S zugeordnete ganze Zahl gemäß der Gleichung (7), und j ist die ganze Zahl, welche den Absolutwert von R minimal macht.

Seien beispielsweise FSR₂ und FSR _m gleich 80 pm bzw. 25 pm. Dann ist die ganze Zahl i, die der Seitenband-Wellenlänge λ _SA entspricht, gleich -2. Somit ist die ganze Zahl j, die den Absolutwert der Konstanten R minimal macht, gleich 6, so daß der Wert von R gegeben ist durch nachstehende Beziehung:

RA = (-2) × 80 pm + 6 × 25 pm = -10 pm.

Der Seitenband-Wellenlänge λ _SB, der die ganze Zahl i = 1 zugeordnet ist, entspricht der Wert von -3 der ganzen Zahl j, die den Wert von R minimal macht. Somit ist der Wert der Konstanten R gegeben durch die nachstehende Beziehung:

RB = 1 × 80 pm + (-3) × 25 pm = 5 pm.

Das obige Resultat hat folgende Bedeutung. Die Abstände Xa und Xb gemäß Fig. 9 entsprechen scheinbaren Wellenlängendifferenzen von -10 pm bzw. 5 pm zwischen der zentralen Wellenlänge und den Seitenband-Wellenlängen. Mit anderen Worten, die Seitenband- Wellenlängen λ _SA und λ _SB bilden Interferenzpeaks auf dem Bildsensor 24 des Wellenlängenmonitors 9 in Positionen XA und XB, welche den scheinbaren Wellenlängen bei

λ _SA′ = λ₀ - 10 pm bzw. λ _SB′ = λ₀ + 5 pm

entsprechen.

Die obige Diskussion der scheinbaren Positionen der Interferenzstreifenpeaks, die von den Seitenband-Wellenlängen λ _S auf dem Bildsensor 24 gebildet werden, kann wie folgt zusammengefaßt werden. Erstens: Die scheinbare Wellenlängen-Differenz R, die vom Wellenlängenmonitor 9 zwischen der zentralen Wellenlänge λ₀ und einer Seitenband-Wellenlänge λ _S gemessen wird, ist gegeben durch die obige Gleichung (8), wobei i die ganze Zahl ist, die der Seitenband-Wellenlänge λ _S gemäß Gleichung (7) zugeordnet ist, und j die ganze Zahl ist, welche den Absolutwert von R minimal macht.

Zweitens: Eine Seitenband-Wellenlänge λ _S kann separat von der zentralen Wellenlänge λ₀ dann und nur dann festgestellt und gemessen werden, wenn die scheinbare Wellenlängendifferenz R von Null verschieden ist, wenn also R 0 gilt. Weiterhin können zwei Seitenband-Wellenlängen separat und voneinander unterschieden dann und nur dann festgestellt und gemessen werden, wenn die Werte der scheinbaren Wellenlängendifferenz R, die ihnen entsprechen, voneinander verschieden sind, wenn also beim obigen Beispiel RA RB gilt.

Bei der obigen Diskussion der Seitenbandanalyse wurde auf die Fig. 3b und 9 Bezug genommen, wobei zwei Seitenband-Wellenlängen λ _SA und λ _SB gleichzeitig im Laserstrahl 6 auftreten können. Es können jedoch auch Seitenband-Wellenlängen gleichzeitig an mehr als zwei Positionen auftreten. Fig. 10 zeigt den Fall, wo vier Seitenband-Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD gleichzeitig indem Laserstrahl 6 erzeugt werden können, der von dem Lasergerät gemäß Fig. 4 und 5 abgegeben wird.

Fig. 10 (a) und (b) zeigen die Transmissionscharakteristiken der Grob- und Feinabstimmungs-Etalons 4 und 5, während Fig. 10 (c) die resultierende Transmissionscharakteristik zeigt, die aus der Kombination der beiden Etalons 4 und 5 resultiert. Da das Laserverstärkungsprofil einen Verlauf gemäß Fig. 10 (d) hat, können vier Seitenband-Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD gleichzeitig in dem Ausgangssignal des Laserstrahls 6 erzeugt werden, wie es Fig. 10 (e) zeigt.

Diese Seitenband-Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD haben die zugeordnete ganze Zahl i mit den Werten i = -6, -1, +1 und +6. Wie in Fig. 11 dargestellt, bilden diese Seitenband-Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD Interferenzstreifenpeaks auf dem Bildsensor 24 in Positionen XA, XB, XC und XD, welche von der Peakposition Xo der Interferenzstreifen, die von der zentralen Wellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 gebildet werden, die Abstände Xa, Xb, Xc bzw. Xd haben.

Diese Abstände Xa, Xb, Xc bzw. Xd entsprechen den scheinbaren Wellenlängendifferenzen RA, RB, RC und RD zwischen den Seitenband- Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD und der zentralen Wellenlänge λ₀. Diese Seitenband-Wellenlängen λ _SA, λ _SB, λ _SC und λ _SD bilden Interferenzstreifenpeaks, die voneinander und von denen der zentralen Wellenlänge λ₀ dann und nur dann verschieden und unterscheidbar sind, wenn die scheinbaren Wellenlängendifferenzen RA, RB, RC und RD alle von Null verschieden und auch voneinander verschieden sind.

In dem Falle, wo die Seitenband-Wellenlängenmessung mit dem Wellenlängenmonitor 9 vorgenommen wird, kann der Grobabstimmungs-Servomechanismus 11 den Grobabstimmungs-Etalon 4 in Abhängigkeit von der Wellenlängeninformation λ x treiben bzw. beaufschlagen, die von dem Wellenlängenmonitor 9 abgegeben wird und die Information hinsichtlich der Seitenband-Wellenlängen enthält. Fig. 12 zeigt somit schematisch den Aufbau einer Lasergerätanordnung mit der Fähigkeit der Seitenband- Abtastung.

In Fig. 12 werden die Grobabstimmungssteuerung 11 und die Feinabstimmungssteuerung 12 mit der Wellenlängeninformation λ _x versorgt, die vom Wellenlängenmonitor 9 geliefert wird, welcher die Seitenband-Wellenlängen abtastet. Der Wellenlängenmonitor 9 mißt die Position XS der Interferenzstreifenpeaks, die von den Seitenband-Wellenlängen λ _S gebildet werden, sowie die Position X der Peaks, die von der zentralen Wellenlänge des Laserstrahls 6 gebildet wird, und gibt die Wellenlängeninformation λ _x entsprechend diesen Positionen XS und X ab.

Die Feinabstimmungssteuerung 12 steuert den Feinabstimmungs- Etalon 5 in Abhängigkeit von der Wellenlängeninformation λ _x derart, daß die Interferenzstreifenpeaks, die von der zentralen Wellenlänge des Laserstrahls 6 gebildet werden, mit den eingestellten oder Sollwertpositionen Xo zusammenfallen werden, die der Einstellwellenlänge λ₀ entsprechen.

Andererseits stellt die Grobabstimmungssteuerung 11 den Grobabstimmungs- Etalon 4 in Abhängigkeit von der Wellenlängeninformation λ _x und der Ausgangsleistungsinformation von dem in Fig. 12 nicht dargestellten Ausgangsleistungsmonitor ein, der in ähnlicher Weise aufgebaut ist und arbeitet wie der Ausgangsleistungsmonitor 10 gemäß Fig. 10.

E) Betrieb des Lasergerätes mit Seitenbandanalyse

Fig. 13 zeigt die Prozedur für die Steuerung der Wellenlänge und der Ausgangsleistung für ein Lasergerät, das in der oben beschriebenen Weise in der Lage ist, eine Seitenband-Wellenlängenabtastung durchzuführen. Die Schritte in Fig. 13 können als Wellenlängen- und Ausgangsleistungs-Steuerungsschritte bei der Prozedur gemäß Fig. 7a verwendet werden, beispielsweise als Schritt S 10 in Fig. 7a anstelle der Schritte gemäß Fig. 7b.

Die Schritte gemäß Fig. 7a können so wie sie sind beim Betrieb eines Lasergerätes mit der Fähigkeit der Seitenbandabtastung in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. In einem solchen Falle können jedoch die (Druck)-Suchschritte S 5 und S 6 gemäß Fig. 7a wie folgt modifiziert werden. Wie man leicht der Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 3b entnimmt, treten nämlich Seitenband-Wellenlängen dann auf, wenn der Druck zwischen den Innnenoberflächen des Grobabstimmungs-Etalons 4 oder sein Winkel bezüglich der optischen Achse des optischen Hohlraumes sich ändert.

Somit ändert die Steuerung 13 automatisch beim Schritt S 5 den Innendruck usw. des Grobabstimmungs-Etalons 4 über einen vorgegebenen Bereich, wobei die Erzeugung von Seitenband-Wellenlängen abgetastet und von dem Wellenlängenmonitor 9 überwacht wird.

Die Steuerung 13 bestimmt somit den optimalen Abstand d 1 zwischen den versilberten Oberflächen des Etalons 4 oder den optimalen Einfallswinkel R 1 des Laserstrahls 6 darauf, bei dem der Transmissionspeak des Grobabstimmungs-Etalons 4 mit der Einstellwellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 zusammenfällt. Ferner wird beim Schritt S 6 der Druck oder der Winkel des Grobabstimmungs- Etalons 4 auf seinen optimalen Wert eingestellt, der beim vorherigen Schritt S 5 bestimmt worden ist.

Nachstehend wird die Prozedur der Wellenlängen- und Ausgangsleistungssteuerung gemäß Fig. 13 näher erläutert. In der Beschreibung wird zusätzlich zu den speziell erwähnten Fig. auch auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen.

Nach dem Start wird zunächst bei einem Schritt S 51, der dem Schritt S 11 in Fig. 7a entspricht, eine der beiden Regelungsbetriebsarten gewählt, nämlich die Wellenlängenregelung oder die Ausgangsleistungsregelung. Die Wellenlängen- und die Ausgangsleistungsregelung können selektiv durch Zeitunterteilung ausgeführt werden; alternativ können sie auch gleichzeitig durchgeführt werden.

Wenn die Wellenlängenregelung beim Schritt S 51 gewählt wird, werden die Schritte S 52 bis S 57 durchgeführt, um den Feinabstimmungs- Etalon 5 einzustellen. Diese Schritte S 52 bis S 57 entsprechen den Schritten S 12 bis S 17 in Fig. 7b. Nach dem Schritt S 57, bei dem der Feinabstimmungs-Etalon 5 eingestellt wird, oder nach dem Schritt S 56 in dem Falle, wo die Peakposition oder der Peakabstand X, der beim Schritt S 55 bestimmt worden ist, gleich dem vorgegebenen Wert Xo ist, werden Seitenbandsignale beim Schritt S 58 abgetastet.

Der Bildprozessor 25 des Wellenlängenmonitors 9 analysiert nämlich die lineare Intensitätsverteilung der auf dem Bildsensor 24 gebildeten Interferenzstreifen und bestimmt, ob kleine Peaks vorhanden sind oder nicht, die Seitenband-Wellenlängen entsprechen. Diese Bestimmung der Seitenband-Wellenlängen kann vorgenommen werden, indem man die Intensität der Interferenzstreifen auf dem Bildsensor 24 in den Positionen XS abtastet, beispielsweise als XA und XB in Fig. 9 oder als XA bis XD in Fig. 11, welche den Seitenband-Wellenlängen S entsprechen, beispielsweise als λ _SA und λ _SB in Fig. 3b oder als λ _SA bis λ _SD in Fig. 10, wobei diese Seitenband-Wellenlängen in dem Laserstrahl 6 erzeugt werden können.

Als nächstes wird beim Schritt S 59 entschieden, ob Seitenbänder vorhanden sind oder nicht. Die Entscheidung kann beispielsweise getroffen werden durch Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzpegel der Ausgangspegel des Bildsensors 24 bei den Positionen XS, die den Seitenband-Wellenlängen λ _S entsprechen. Wenn beim Schritt S 59 festgestellt wird, daß keine Seitenband- Wellenlängen im Laserstrahl 6 vorhanden sind, geht das Programm direkt zum Schritt S 61 weiter, bei dem eine Beurteilung erfolgt, ob das Aussenden von Laserstrahlen unterbrochen ist oder nicht.

Wenn andererseits beim Schritt S 59 entschieden wird, daß Seitenband- Wellenlängen im Laserstrahl 6 vorhanden sind, wird beim Schritt S 60 eine Prozedur zur Anormalitätsbehandlung durchgeführt. Das anormale Verhalten des Grobabstimmungs-Etalons 4 wird nämlich so korrigiert, daß sein Transmissionspeak mit der Einstellwellenlänge λ₀ des Laserstrahls 6 übereinstimmt.

Nachdem diese Anormalität beim Schritt S 60 behandelt worden ist, geht das Programm zum Schritt S 61 weiter. Wenn dabei festgestellt wird, daß das Aussenden von Laserstrahlen nicht unterbrochen ist, kehrt das Programm zum Schritt S 51 zurück, um die Steuerungsschritte zur Einstellung der Wellenlänge oder der Ausgangsleistung vorzunehmen.

Wenn andererseits die Steuerung der Ausgangsleistung beim Schritt S 51 gewählt wird, läuft die folgende Prozedur ab:

In den Schritten S 62 bis S 66, die den Schritten S 19 bis S 22 in Fig. 7b entsprechen, wird die laufende oder momentane Laserausgangsleistung Pn bestimmt (Schritte S 62 und S 63) und der Absolutwert ihres Fehlers Δ P bezüglich des Sollwertpegels Po (berechnet beim Schritt S 65) mit einem zulässigen Toleranzbereich Pa verglichen (Schritt S 66). Beim Schritt S 64 wird jedoch der Wert eines Parameters J, der die Anzahl von Meßzyklen des Ausgangsleistungspegels angibt, die bei den Schritten S 62 und S 63 vorgenommen wurden, um 1 erhöht.

Wenn der Absolutwert des beim Schritt S 66 festgestellten Fehlers Δ P nicht größer ist als der zulässige Toleranzbereich Pa, geht das Programm zum Schritt S 71 weiter, bei dem der momentane Spannungspegel gespeichert wird, der am Lasermedium 1 anliegt. Wenn andererseits der Absolutwert des beim Schritt S 66 festgestellten Fehlers Δ P größer ist als der zulässige Toleranzbereich Pa, wird beim Schritt S 67 festgestellt, ob der Wert des Parameters J gleich einer oder kleiner als eine vorgegebene Zahl Jo ist. Dies erfolgt, um festzustellen, welche der beiden Ausgangsleistungssteuerungen anschließend vorzunehmen ist, die Steuerung der Spannung am Lasermedium 1 oder die Steuerung des Grobabstimmungs-Etalons 4.

Wenn beim Schritt S 67 festgestellt wird, daß J kleiner ist als Jo, so wird die Spannung am Lasermedium 1 bei den Schritten S 68 bis S 70 gesteuert, welche den Schritten S 24 bis S 26 in Fig. 7b entsprechen. Ferner wird beim Schritt S 71 der Wert der angelegten Spannung gespeichert.

Wenn andererseits beim Schritt S 67 festgestellt wird, daß J gleich Jo ist, wird der Mittelwert Vn der vorherigen (Jo -1) Werte der angelegten Spannung gebildet, die in den vorausgegangenen Spannungssteuerzyklen beim Schritt S 71 gespeichert wurden. Ferner wird beim Schritt S 73 der momentane Wert des Mittelwertes Vn mit dem früheren Wert des Mittelwertes Vo verglichen (der beim Schritt S 74 des vorherigen Zyklus gespeichert wurde), um den (absoluten) Wert der gesteuerten Variablen und die Steuerungsrichtung des Grobabstimmungs-Etalons zu bestimmen.

Diese Bestimmung wird beispielsweise in der Weise vorgenommen, daß die Spannung, die am Lasermedium 1 anliegt, durch die Variation der gesteuerten Variablen minimal gemacht wird. Als nächstes wird beim Schritt S 74 der momentane Wert von Vn als neuer Wert von Vo gespeichert, der beim nächsten Zyklus verwendet wird.

Beim Schritt S 74 liefert die Steuerung 13 das Grobabstimmungs- Steuersignal C in Abhängigkeit vom Wert der gesteuerten Variablen und der Steuerungsrichtung, die beim Schritt S 73 ermittelt wurden. Somit treibt oder beaufschlagt der Grobabstimmungs- Servomechanismus 11 den Grobabstimmungs-Etalon in Abhängigkeit davon bei diesem Schritt S 75. Danach wird der Wert des Parameters J beim Schritt S 76 auf Null zurückgesetzt, und das Programm geht zum Schritt S 61 weiter.

Während vorstehend spezielle Ausführungsformen gemäß der Erfindung erläutert worden sind, sind zahlreiche Modifizierungen möglich. Beispielsweise wurde die Regelung des Ausgangsleistungspegels des Laserstrahls vorgenommen durch die Einstellung der Spannung am Lasermedium sowie durch die Einstellung des Grobabstimmungs-Etalons in dem Hohlraum. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf den Fall, wo die Ausgangsleistung durch die Einstellung des Grobabstimmungs-Etalons allein gesteuert wird.

Obwohl der Wellenlängenmonitor des Lasergerätes gemäß der Beschreibung im Abschnitt A) einen Bildprozessor aufweist, der Rauschkomponenten beseitigt und eine Peakposition der Interferenzstreifen bestimmt, die auf einem linearen Bildsensor gebildet werden, ist die Erfindung auch anwendbar auf Lasergeräte, deren Wellenlängenmonitor einen solchen Bildprozessor nicht umfaßt.

Beispielsweise kann die Wellenlängenüberwachung wie folgt durchgeführt werden: Anstelle eines Bildsensors, der aus einer linearen Anordnung von Photodetektoren besteht, kann ein einzelnes photoempfindliches Element in der Position Xo gemäß Fig. 6 angeordnet werden, die der zentralen Wellenlänge λ₀ des Laserstrahls entspricht. Der eingestellte Parameter, beispielsweise der Abstand d zwischen den versilberten Oberflächen des Feinabstimmungs-Etalons 5, wird über einen vorgegebenen Bereich in der Nähe der optimalen Position variiert. Aus der Variation der Lichtintensität, das auf das photoempfindliche Element bei Xo fällt, wird der optimale Wert des Parameters des Feinabstimmungs-Etalons 5 bestimmt, und der Feinabstimmungs- Etalon 5 wird entsprechend gesteuert.

Weiterhin können die Verfahren gemäß den Abschnitten B) und C) kombiniert werden, so daß die Systemstartvorbereitungsschritte gemäß B) und die thermische Einstellung der gesteuerten Variablen der Etalons in dem Hohlraum während der Laseroszillationspausen gemäß C) in Kombination miteinander durchgeführt werden.

Außerdem betreffen die obigen Ausführungsformen den Fall, wo das Lasergerät zwei Etalons innerhalb des Hohlraumes aufweist.

Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf Lasergeräte, welche drei oder mehr Etalons in dem Hohlraum aufweisen. In einem solchen Falle entspricht der Etalon mit dem kleinsten freien Spektralbereich FSR dem Feinabstimmungs-Etalon 5 des oben beschriebenen Lasergerätes.

Obwohl im Falle des Wellenlängenmonitors 9 gemäß Fig. 5 ein Teil des Laserstrahls vom Strahlteiler 7 als Teilstrahl 6 A direkt zugeführt wird, kann er auch über einen Lichtleiter zugeführt werden, so daß Einschränkungen in der Ausgestaltung des Wellenlängenmonitors entfallen.

Claims

1. Lasergerät zur Abgabe eines Laserstrahls, gekennzeichnet durch

- einen optischen Oszillatorhohlraum mit einem Lasermedium (1), das darin zur Erzeugung eines Laserstrahls (6) angeordnet ist;
- ein spektrales Verengungselement (4) zur Grobabstimmung, das in dem optischen Oszillatorhohlraum angeordnet ist;
- einen Etalon (5), der in dem optischen Oszillatorhohlraum als spektrales Verengungselement zur Feinabstimmung angeordnet ist;
- eine Grobabstimmungssteuerung (11), um die spektrale Verengungscharakteristik des spektralen Verengungselementes (4) zur Grobabstimmung zu steuern;
- eine Feinabstimmungssteuerung (12), um eine Transmissionswellenlängencharakteristik des Feinabstimmungs-Etalons (5) zu steuern; und
- einen Wellenlängenmonitor (9) zur Abtastung von Wellenlängen des im optischen Oszillatorhohlraum erzeugten Laserstrahls (6), wobei der Wellenlängenmonitor (9) einen Monitor- Etalon (22), auf den ein Teil (6 A) des vom optischen Oszillatorhohlraum erzeugten Laserstrahls (6) gerichtet wird, und einen Bildsensor (24) aufweist, auf dem Interferenzstreifen, die Wellenlängen des Laserstrahls (6) entsprechen, von dem auf den Monitor-Etalon (22) gerichteten Teil (6 A) des Laserstrahls (6) gebildet werden;
- wobei der freie Spektralbereich FSR _m des Monitor-Etalons (22) und der freie Spektralbereich FSR des Feinabstimmungs- Etalons (5) bei Werten gewählt sind, bei denen scheinbare Wellenlängendifferenzen, bezüglich der auf dem Bildsensor (24) des Wellenlängenmonitors (9) gebildeten Interferenzstreifen, zwischen Seitenband-Wellenlängen, die in dem Laserstrahl (6) erzeugt werden können, und einer zentralen Einstellwellenlänge des Laserstrahls (6) im wesentlichen von 0 verschieden gemacht werden, so daß die Seitenband- Wellenlängen, die den Transmissionspeaks des Feinabstimmungs- Etalons (5) entsprechen, welche von der zentralen Wellenlänge des Laserstrahls (6) abweichen, über die Interferenzstreifen auf dem Bildsensor (24) des Wellenlängenmonitors (9) festgestellt werden können, wobei die Grob- und Feinabstimmungssteuerungen (11, 12) das spektrale Verengungselement (4) zur Grobabstimmung und den Feinabstimmungs- Etalon (5) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Wellenlängenmonitors (9) steuern, wobei dieses Ausgangssignal Informationen über die Seitenband-Wellenlängen sowie die zentrale Wellenlänge des Laserstrahls (6) enthält.

2. Lasergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Spektralbereich FSR _m des Monitor-Etalons (22) und der freie Spektralbereich FSR des Feinabstimmungs- Etalons (5) mit Werten gewählt sind, bei denen die scheinbaren Wellenlängendifferenzen zwischen den Seitenband-Wellenlängen und der zentralen Einstellwellenlänge des Laserstrahls (6) im wesentlichen voneinander verschieden sind, so daß die Seitenband-Wellenlängen separat voneinander über die Interferenzstreifen abgetastet werden können, die auf dem Bildsensor (24) des Wellenlängenmonitors (9) gebildet werden.

3. Lasergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheinbare Wellenlängendifferenz R zwischen einer Seitenband-Wellenlänge λ _S und der zentralen Wellenlänge λ₀ des Laserstrahls (6) durch die nachstehende Gleichung gegeben ist: R = i × FSR + j × FSR _m ,wobei FSR = freier Spektralbereich des Feinabstimmungs- Etalons (5), FSR _m = freier Spektralbereich des Monitor- Etalons (22) des Wellenlängenmonitors (9), i = ganze Zahl, die der Seitenband-Wellenlänge λ _S zugeordnet ist gemäß der nachstehenden Gleichungλ _S = λ₀ + i × FSRund j = ganze Zahl, die den Absolutwert von R gemäß obiger Gleichung minimal macht.

4. Lasergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das spektrale Verengungselement (4) zur Grobabstimmung ein Grobabstimmungs-Etalon (4) ist, dessen freier Spektralbereich und Halbwertsbreite seiner Transmissionspeaks größer ist als die entsprechenden Werte des Feinabstimmungs- Etalons (5).

5. Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes, mit einem optischen Oszillatorhohlraum zur Erzeugung eines Laserstrahls durch Laseroszillation und mit einer Einrichtung zur Regelung der Wellenlänge und der Ausgangsleistung des Laserstrahls, der in dem optischen Oszillatorhohlraum erzeugt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Initialisieren von Parametern des Lasergerätes, bevor eine Laseroszillation des optischen Oszillatorhohlraumes frisch gestartet wird, wobei die Parameter einen Parameter K umfassen, der einen ersten Wert und einen zweiten Wert annimmt, die einen kalten Zustand und einen heißen Zustand des Lasergerätes bezeichnen, wobei der Wert des Parameters K beim Schritt a) der Initialisierung auf den ersten Wert gesetzt wird, der den kalten Zustand des Lasergerätes angibt;
b) Bestimmen aus dem momentanen Wert des Parameters K, ob das Lasergerät im heißen Zustand oder im kalten Zustand ist;
c) Starten der Laseroszillatoren und Präparieren des Lasergerätes für die Abgabe des Laserstrahls an ein externes optisches System, wenn beim Lasergerät gemäß dem Schritt b) festgestellt wird, daß es in einem kalten Zustand ist, wobei vor der Abgabe des von dem Lasergerätes erzeugten Laserstrahls an das externe optische System die Wellenlänge und der Ausgangsleistungspegel des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls mit der Steuereinrichtung auf eine vorgegebene Einstellwellenlänge und einen vorgegebenen Ausgangsleistungspegel als Sollwert gebracht werden;
d) Setzen des Parameters K auf den zweiten Wert, der einen heißen Zustand des Lasergerätes angibt, wenn die Wellenlänge und der Ausgangsleistungspegel des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf die vorgegebene Einstellwellenlänge bzw. den vorgegebenen Ausgangsleistungspegel geregelt worden sind, bei denen begonnen wird, den vom Lasergerät erzeugten Laserstrahl dem externen optischen System zur weiteren Verwendung zuzuführen;
e) Regeln der Wellenlänge und der Ausgangsleistung des Laserstrahls, der von dem Lasergerät erzeugt und geliefert wird, auf die vorgegebene Einstellwellenlänge bzw. den vorgegebenen Ausgangsleistungspegel als Sollwerte mit der Steuereinrichtung, wobei der Schritt e) der Regelung dem Schritt b) der Bestimmung unter Weglassung der Schritte c) und d) direkt folgt, wenn bei der Bestimmung im Schritt b) festgestellt wird, daß sich das Lasergerät im heißen Zustand befindet;
f) Bestimmen einer Zeitdauer, während der die Laseroszillation unterbrochen ist, wenn die Laseroszillation gestoppt worden ist;
g) Rücksetzen des Parameters K auf den ersten Wert, der den kalten Zustand des Lasergeräts angibt, wenn die beim Schritt f) bestimmte Zeitdauer eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet; und
h) Wiederholen der Zeitbestimmung beim Schritt f) und der Parameterrücksetzung beim Schritt g), um den Parameter K auf den ersten Wert zurückzusetzen, der den kalten Zustand des Lasergeräts angibt, jedesmal dann, wenn die Zeitdauer, während der die Laseroszillation unterbrochen worden ist, die vorgegebene Zeitdauer überschreitet, wobei dann, wenn die Laseroszillation wieder gestartet wird, ohne daß die Stromversorgung des Lasergerätes abgeschaltet worden ist, der Schritt b) der Zustandsbestimmung wieder durchgeführt wird, an den sich direkt der Regelungsschritt anschließt, wenn der Wert des Parameters K nicht auf den ersten Wert zurückgesetzt worden ist, der den kalten Zustand des Lasergeräts angibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lasergerät mindestens zwei Etalons (4, 5), nämlich ein Grobabstimmungs-Etalon (4) und ein Feinabstimmungs-Etalon (5) als spektrale Verengungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf die vorgegebene Einstellwellenlänge geregelt wird, indem man einen Parameter des Feinabstimmungs-Etalons (5) im Oszillatorhohlraum beim Start- und Vorbereitungsschritt c) und beim Regelungsschritt e) einstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Lasergerät mindestens zwei Etalons (4, 5) im Oszillatorhohlraum, nämlich einen Grobabstimmungs-Etalon (4) und einen Feinabstimmungs- Etalon (5) als spektrale Verengungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsleistungspegel des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf einen vorgegebenen Sollwertpegel geregelt wird, indem man einen Parameter des Grobabstimmungs- Etalons (4) bei dem Start- und Vorbereitungsschritt c) und dem Regelungsschritt e) einstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter des Feinabstimmungs-Etalons (5) der Abstand zwischen seinen reflektierenden Oberflächen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter des Grobabstimmungs-Etalons (4) der Abstand zwischen seinen reflektierenden Oberflächen verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter des Grobabstimmungs-Etalons (4) beim Start- und Vorbereitungsschritt c) in einem vorgegebenen Bereich variiert wird, um einen optimalen Wert des Parameters des Grobabstimmungs-Etalons (4) zu bestimmen.

11. Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes, umfassend einen optischen Oszillatorhohlraum zur Erzeugung eines Laserstrahls (6) durch Laseroszillation, mindestens zwei Etalons (4, 5) innerhalb des Hohlraumes, nämlich einen Grobabstimmungs- Etalon (4) und einen Feinabstimmungs-Etalon (5), die in dem optischen Oszillatorhohlraum als spektrale Verengungselemente angeordnet sind, und eine Einrichtung (13) zur Steuerung eines Parameters der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Initialisieren der Parameter des Lasergerätes, bevor eine Laseroszillation frisch gestartet wird, wobei die Parameter einen Parameter K umfassen, der einen ersten Wert und einen zweiten Wert zur Bezeichnung eines kalten Zustandes bzw. eines heißen Zustandes des Lasergerätes annehmen kann, wobei der Wert des Parameters K beim Initialisierungsschritt a) auf den ersten Wert gesetzt wird, der den kalten Zustand des Lasers angibt;
b) Starten einer Laseroszillation des optischen Oszillatorhohlraumes;
c) Regeln einer Wellenlänge des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf einen Einstellwellenlänge, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls dadurch geregelt wird, daß der Parameter des Feinabstimmungs-Etalons von der Steuereinrichtung eingestellt wird;
d) Regeln des Ausgangsleistungspegels des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf einen Ausgangsleistungspegel- Sollwert, wobei der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls geregelt wird durch die Einstellung des Parameters des Grobabstimmungs- Etalons mit der Steuereinrichtung;
e) Bestimmen eines momentanen Wertes des Parameters K;
f) Setzen des Parameters K, wenn der momentane Wert des Parameters K beim Schritt e) mit einem Wert gleich dem ersten Wert bestimmt worden ist, der den kalten Zustand des Lasergerätes angibt, auf den zweiten Wert, der den heißen Zustand des Lasergerätes angibt, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls auf die Einstellwellenlänge geregelt worden ist, wobei ein Anfangswert Yo einer gesteuerten Variablen bezüglich des Parameters des Feinabstimmungs-Etalons gespeichert wird;
g) Berechnen eines momentanen Gesamtwertes Y der gesteuerten Variablen bezüglich des Parameters des Feinabstimmungs- Etalons bei dem Schritt c) zur Regelung der Wellenlänge;
h) Berechnen eines momentanen Gesamtwertes Z einer gesteuerten Variablen bezüglich des Parameters des Grobabstimmungs- Etalons beim Schritt d) zur Regelung der Ausgangsleistung;
i) Bestimmen einer Zeitdauer, während der die Laseroszillation unterbrochen ist, wenn die Laseroszillation gestoppt worden ist;
j) Bestimmen von entsprechenden Einstellwerten AY und AZ der gesteuerten Variablen der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons entsprechend der Unterbrechungszeitdauer, die beim Schritt i) zur Bestimmung der Zeitdauer ermittelt worden ist, wobei die Einstellwerte AY und AZ der gesteuerten Variablen den Verformungen der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons entsprechen, welche durch eine Temperaturabnahme während der Unterbrechungszeitdauer hervorgerufen werden;
k) Einstellen der Parameter der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons mit der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den jeweiligen Einstellwerten AY und AZ der jeweiligen gesteuerten Variablen, die bei dem Schritt j) ermittelt worden sind;
l) Wiederholen des Schritts i) zur Bestimmung der Unterbrechungszeitdauer, des Schrittes j) zur Bestimmung des Einstellwertes sowie des Schrittes k) zur Parametereinstellung während einer Zeit, in der die Laseroszillation unterbrochen ist, um die Parameter der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons in Abhängigkeit von der Temperaturabnahme während der Zeit, in der die Laseroszillation gestoppt ist, kontinuierlich einzustellen;
m) Einstellen - wenn die beim Schritt i) bestimmte Zeitdauer nicht größer ist als eine vorgegebene Zeitdauer - der momentanen Gesamtwerte Y und Z der gesteuerten Variablen der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons, bevor die Laseroszillation erneut gestartet wird, auf der Basis des beim Schritt f) bestimmten Anfangswertes Yo unmittelbar vor dem momentanen Schritt m) sowie der Einstellwerte AY und AZ der gesteuerten Variablen der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons, die beim Schritt j) zur Bestimmung der Einstellwerte unmittelbar vor dem laufenden Schritt m) bestimmt worden sind; und
n) Rücksetzen des Parameters K auf den ersten Wert, der den kalten Zustand des Lasergerätes angibt, bevor die Laseroszillation wieder gestartet wird, wenn die Zeitdauer, die beim vorherigen Schritt i) zur Bestimmung der Unterbrechungszeit ermittelt worden ist, die vorgegebene Zeitdauer überschreitet.

12. Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes, umfassend einen optischen Oszillatorhohlraum zur Erzeugung eines Laserstrahls (6) mit einer Laseroszillation, mindestens zwei Etalons (4, 5) in dem Hohlraum, einen Grobabstimmungs- Etalon und einen Feinabstimmungs-Etalon als spektrale Verengungselemente, sowie eine Einrichtung (13) zur Steuerung eines Parameters der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Initialisieren der Parameter des Lasergerätes, bevor die Laseroszillation frisch gestartet wird;
- Starten der Laseroszillation des optischen Oszillatorhohlraumes des Lasers;
- Regeln einer Wellenlänge des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf eine Einstellwellenlänge, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls dadurch geregelt wird, daß der Parameter des Feinabstimmungs-Etalons von der Steuereinrichtung eingestellt wird;
- Regeln eines Ausgangsleistungspegels eines vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls auf einen Ausgangsleistungspegel- Sollwert, wobei der Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls geregelt wird, indem man den Parameter des Grobabstimmungs- Etalons mit der Steuereinrichtung einstellt;
- kontinuierliches Einstellen der Parameter der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons, wenn die Laseroszillation gestoppt ist, während einer Zeitdauer, in der die Laseroszillation unterbrochen ist, auf Werte, welche der Temperaturabnahme des Feinabstimmungs-Etalons bzw. des Grobabstimmungs-Etalons entsprechen; und
- Einstellen - wenn die Laseroszillation nach einer Zeitdauer wieder gestartet wird, die kürzer ist als eine vorgegebene Zeitdauer - der Gesamtwerte der gesteuerten Variablen bezüglich der Parameter der Fein- und Grobabstimmungs- Etalons auf Werte, die den Temperaturabnahmen der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons entsprechen, wobei die Parameter der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons vor dem erneuten Starten der Laseroszillation initalisiert werden, wenn die Zeitdauer, während der die Laseroszillation unterbrochen war, länger ist als die vorgegebene Zeitdauer; wobei die Schritte zur Regelung der Wellenlänge und des Ausgangsleistungspegels nach dem erneuten Starten der Laseroszillation wieder aufgenommen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellwerte AY und AZ, die beim Schritt j) bestimmt werden, als Exponentialfunktionen der beim Schritt i) bestimmten Zeitdauer mit entsprechenden thermischen Zeitkonstanten ausgedrückt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons beim Einstellungsschritt der Parameter auf der Basis von Exponentialfunktionen der Zeitdauer mit vorgegebenen thermischen Zeitkonstanten eingestellt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons die Abstände zwischen ihren jeweiligen teilweise reflektierenden Oberflächen verwendet werden.

16. Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Abtasten der zentralen und Seitenband-Wellenlängen des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls mit dem Wellenlängenmonitor mit Hilfe von Interferenzstreifen, die vom Monitor-Etalon gebildet werden;
- Regeln des Feinabstimmungs-Etalons in Abhängigkeit von der festgestellten zentralen Wellenlänge des Laserstrahls, um die zentrale Wellenlänge auf eine vorgegebene Einstellwellenlänge einzustellen; und
Korrigieren der spektralen Charakteristik des Grobabstimmungselementes in Abhängigkeit von einer Abtastung einer Seitenband-Wellenlänge im Laserstrahl.

17. Verfahren zur Steuerung eines Lasergerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Abtasten der zentralen und Seitenband-Wellenlängen des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls mit dem Wellenlängenmonitor mittels der vom Monitor-Etalon gebildeten Interferenzstreifen;
- Regeln des Feinabstimmungs-Etalons in Abhängigkeit von der abgetasteten zentralen Wellenlänge des Laserstrahls, um die zentrale Wellenlänge auf eine vorgegebene Einstellwellenlänge einzustellen; und
- Korrigieren der Transmissionscharakteristik des Grobabstimmungs- Etalons in Abhängigkeit von der Abtastung einer Seitenband- Wellenlänge im Laserstrahl.

18. Verfahren zur Regelung des Ausgangsleistungspegels eines Laserstrahls, der von einem Lasergerät erzeugt wird, umfassend einen optischen Oszillatorhohlraum zur Erzeugung eines Laserstrahls (6) durch die Laseroszillation eines darin angeordneten Lasermediums (1), mindestens zwei innerhalb des Hohlraumes angeordnete Etalons (4, 5), einen Grobabstimmungs-Etalon (4) und einen Feinabstimmungs- Etalon (5), die in dem optischen Oszillatorhohlraum als spektrale Verengungselemente angeordnet sind, eine Einrichtung (11, 12, 13) zur Steuerung eines Parameters der Fein- und Grobabstimmungs-Etalons (4, 5), und eine Einrichtung (13) zur Steuerung der Spannung, die an dem Lasermedium (1) in dem optischen Oszillatorhohlraum anliegt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen eines Ausgangsleistungspegels des vom Lasergerät erzeugten Laserstrahls;
b) Steuern der Spannung, die am Lasermedium anliegt, in Abhängigkeit vom gemessenen Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls, um den Ausgangsleistungspegel auf einen vorgegebenen Pegel einzustellen;
c) Wiederholen des Spannungssteuerungsschrittes mit einer vorgegebenen Anzahl von Malen, wobei ein Durchschnitt der angelegten Spannungen berechnet wird;
d) Steuern des Parameters des Grobabstimmungs-Etalons, nachdem die Spannungssteuerschritte in der vorgegebenen Anzahl von Malen wiederholt worden sind, in der Weise, daß der Mittelwert der angelegten Spannungen, die bei einem laufenden Steuerzyklus berechnet werden, in Abhängigkeit von dem berechneten Mittelwert bei einem vorausgegangenen Steuerzyklus reduziert wird, um dadurch die am Lasermedium anliegende Spannung minimal zu machen; und
e) Wiederholen der Schritte b) bis d), um den Ausgangsleistungspegel des Laserstrahls auf den vorgegebenen Pegel zu regeln, wobei die am Lasermedium anliegende Spannung minimal gemacht wird.