JP2007086108A - 深紫外レーザー光の発生方法および深紫外レーザー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生し、上記第4高調波と1.4〜1.5μm帯の波長のレーザー光との和周波発生によりレーザー光を発生し、上記和周波発生により発生したレーザー光と上記1.4〜1.5μm帯の波長のレーザー光との和周波発生により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、上記1μm帯とは1063〜1065nmであり、上記1.4〜1.5μm帯とは1410〜1424nmであって、波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生する。
【選択図】 図1
Description
ところで、一般に、レーザー波長変換を行う非線形光学媒質の非線形性はpm/Vのオーダーであり、レーザー光を単純に通過させるだけでは効率のよい波長変換は不可能であることが知られている。このため、従来においては、外部共振器を用い、当該外部共振器内に閉じ込められたレーザー光の中に非線形媒質を配置することにより、波長変換効率を向上させるという手法が用いられていた。
一方、パルスレーザーの応用により、パワーの尖頭値をあげることにより非線形波長変換効率を上げる手法も提案されており、光通信用デバイスを応用した波長約1.547μmのレーザー光源の第8高調波によって、波長が約193.4nmのレーザー光を発生する光源が実現されている。このような光源の約193.4nmの波長は、フッ化アルゴンレーザーにより得られるレーザー光の波長と共通であり、半導体製造の分野においては非常に注目されている波長である。
上記したような様々な背景から、現在においては、深紫外域の波長の深紫外レーザー光を効率よく発生させ、さらに、高出力化することのできる深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置の提案が強く望まれている。
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生し、上記第4高調波と1.4μm帯の波長のレーザー光との和周波発生によりレーザー光を発生し、上記和周波発生により発生したレーザー光と上記1.4μm帯の波長のレーザー光との和周波発生により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、上記1μm帯とは1063〜1065nmであり、上記1.4μm帯とは1410〜1424nmであって、波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生するようにしたものである。
図2には、本発明の第1の実施の形態による深紫外レーザー装置100の概念構成説明図が示されている。
なお、この「発明を実施するための最良の形態」の項の説明においては、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするために、レーザー光の光路を可変するための全反射鏡などの光学系については、その説明ならびに図示を省略したが、適宜の光学系を用いてレーザー光の光路を可変させてよいことは勿論である。例えば、図2に示す第1の実施に形態においても、例えば、第2非線形光学結晶118から出射された第4高調波と集光レンズ114から出射された約1.4〜1.5μm帯の波長のレーザー光とを第3非線形光学結晶120へ入射する際には、図示しない全反射鏡により各レーザー光の光路を図2に示すように屈曲させて入射するようにしている。
ここで、第1半導体レーザー102は、例えば、InGaAs系半導体レーザーにより構成することができ、一方、第2半導体レーザー104は、例えば、DFBレーザー(DFBレーザーとは、レーザーチップの内部に回折格子を作り、特定の波長の光のみを反射させることによって光を活性領域に閉じ込め、レーザー光を発振させる半導体レーザーである。)により構成することができる。
以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置100の動作を説明するが、ある波長のレーザー光を非線形光学結晶へ入射することにより波長変換されたレーザー光を発生させる高調波発生や、それぞれ波長が異なる2つのレーザー光を非線形光学結晶へ入射することにより波長変換されたレーザー光を発生させる和周波発生といった非線形光学効果については周知であるので、その詳細な説明は省略する。
従って、深紫外レーザー装置100によれば、パルス電流源106から第1半導体レーザー102と第2半導体レーザー104とにパルス電流を印加して、第1半導体レーザー102と第2半導体レーザー104とを電流変調により駆動するため、第3非線形光学結晶120や第4非線形光学結晶122において和周波発生させる際のレーザー光の入射のタイミング制御することが極めて容易であり、和周波発生の発生効率を向上させることが可能になり、ひいては波長が約200nm以下の深紫外レーザー光を効率良く発生することができる。
次に、図3には、本発明の第2の実施の形態による深紫外レーザー装置200の概念構成説明図が示されている。
以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置200の動作を説明すると、まず、固体レーザー202から出射された約1μm帯の波長のレーザー光は、1/2波長板204へ入射される。1/2波長板204へ入射されたレーザー光は、1/2波長板204により偏光を直線偏光に制御されて、1/2波長板204から出射される。
次に、図4には、本発明の第3の実施の形態による深紫外レーザー装置300の概念構成説明図が示されている。
以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置300の動作を説明すると、まず、固体レーザー302から出射された約1μm帯の波長のレーザー光は、ビームスプリッター306へ入射されて2つの光路に分岐される。
次に、図5には、本発明の第4の実施の形態による深紫外レーザー装置400の要部の概念構成説明図が示されている。
以上の構成において、約1μm帯の波長のレーザー光は、第1非線形光学結晶116へ入射され、第1非線形光学結晶116の非線形光学効果である高調波発生により第2高調波に波長変換され、第1非線形光学結晶116から第2高調波が出射される。次に、第1非線形光学結晶116から出射された第2高調波は、第2非線形光学結晶118へ入射されることになり、第2非線形光学結晶118へ入射された第2高調波は、第2非線形光学結晶118の非線形光学効果である高調波発生により第4高調波に波長変換され、ミラー402bを透過して光パラメトリック発振器402内に入射される。
次に、図6には、本発明の第5の実施の形態による深紫外レーザー装置500の要部の概念構成説明図が示されている。
以上の構成において、約1μm帯の波長のレーザー光は、第1非線形光学結晶116へ入射され、第1非線形光学結晶116の非線形光学効果である高調波発生により第2高調波に波長変換され、第1非線形光学結晶116から第2高調波が出射される。次に、第1非線形光学結晶116から出射された第2高調波は、第2非線形光学結晶118へ入射されることになり、第2非線形光学結晶118へ入射された第2高調波は、第2非線形光学結晶118の非線形光学効果である高調波発生により第4高調波に波長変換され、ミラー502cを透過して光パラメトリック発振器502内に入射される。
ここで、約1μm帯の波長のレーザー光や約1.4〜1.5μm帯の波長のレーザー光を発生する光源としては、例えば、以下に示すような組合せのものを適宜に用いることができる。また、以下に示す各組合せの構成も適宜に入れ替えてよいことは勿論である。
この場合には、約1μm帯の波長は約1063〜1065nmであり、約1.4〜1.5μm帯の波長は約1410〜1424nmである。
(2)波長が約200nm以下の深紫外レーザー光として波長約193.3〜193.5nmの深紫外レーザー光を発生する場合
この場合には、約1μm帯の波長は約1027〜1032nmであり、約1.4〜1.5μm帯の波長は約1541〜1571nmである。
なお、上記した(1)および(2)において、電流変調の半導体レーザーを用いて所定に波長のレーザー光を発生する場合には、第1の実施の形態に示すように、希土類添加光ファイバー増幅器などの光ファイバー増幅器を用いて増幅し、出力強度を向上することが好ましい。
また、上記した実施の形態における、第1非線形光学結晶116、第2非線形光学結晶118、第3非線形光学結晶120ならびに第4非線形光学結晶122としては、LBO結晶、CLBO結晶あるいはBBO結晶などの適宜の非線形光学結晶を用いることができるが、CLBO結晶は波長変換効率は高いが安定性に劣り、一方、BBO結晶は波長変換効率は低いが安定性に優れているというようにそれぞれ特徴があるので、こうした特徴を踏まえて適宜に選択すればよい。
以上において説明したように、深紫外レーザー装置100、200、300、400、500によれば、第3非線形光学結晶120や第4非線形光学結晶122において和周波発生させる際のレーザー光の入射のタイミング制御することが極めて容易であり、和周波発生の発生効率を向上させることが可能になり、ひいては波長が約200nm以下の深紫外レーザー光を効率良く発生することができる。
なお、上記において示した各波長は、真空中または空気中のいずれかにおける波長を示すものとする。
102 第1半導体レーザー
104 第2半導体レーザー
106 パルス電流源
108 第1希土類添加光ファイバー増幅器
108a 出射側端部
108b 光ファイバー
108c 励起レーザー群
110 第2希土類添加光ファイバー増幅器
110a 出射側端部
110b 光ファイバー
110c 励起レーザー群
112 第1集光レンズ
114 第2集光レンズ
116 第1非線形光学結晶
118 第2非線形光学結晶
120 第3非線形光学結晶
122 第4非線形光学結晶
200 深紫外レーザー装置
202 固体レーザー
204 1/2波長板
206 偏光ビームスプリッター
208 光パラメトリック発振器
208a ミラー
208b ミラー
208c 非線形光学結晶
300 深紫外レーザー装置
302 固体レーザー
304 固体レーザー
306 ビームスプリッター
308 第1ミラー
310 光パラメトリック増幅器
312 第2ミラー
400 深紫外レーザー装置
402 光パラメトリック発振器
402a ミラー
402b ミラー
402c 非線形光学結晶
402d ミラー
500 深紫外レーザー装置
502 光パラメトリック発振器
502a ミラー
502b ミラー
502c ミラー
502d ミラー
502e 非線形光学結晶
Claims (6)
- 1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生し、前記第4高調波と1.4μm帯の波長のレーザー光との和周波発生によりレーザー光を発生し、前記和周波発生により発生したレーザー光と前記1.4μm帯の波長のレーザー光との和周波発生により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、
前記1μm帯とは1063〜1065nmであり、前記1.4μm帯とは1410〜1424nmであって、波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー光の発生方法。 - 1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生し、前記第4高調波と1.5μm帯の波長のレーザー光との和周波発生によりレーザー光を発生し、前記和周波発生により発生したレーザー光と前記1.5μm帯の波長のレーザー光との和周波発生により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、
前記1μm帯とは1027〜1032nmであり、前記1.5μm帯とは1541〜1571nmであって、波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー光の発生方法。 - 1μm帯の波長のレーザー光と1.4μm帯の波長のレーザー光とより波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置であって、
1μm帯の波長のレーザー光の第2高調波を発生する第1の波長変換手段と、
前記第1の波長変換手段により発生された第2高調波から前記1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生する第2の波長変換手段と、
前記第2の波長変換手段により発生された第4高調波と1.4μm帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換したレーザー光を発生する第3の波長変換手段と、
前記波長変換手段により発生されたレーザー光と前記1.4μm帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換したレーザー光を発生する第4の波長変換手段と
を有し、前記第4の波長変換手段により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置において、
前記1μm帯とは1063〜1065nmであり、前記1.4μm帯とは1410〜1424nmであって、前記第4の波長変換手段は波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。 - 1μm帯の波長のレーザー光と1.5μm帯の波長のレーザー光とより波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置であって、
1μm帯の波長のレーザー光の第2高調波を発生する第1の波長変換手段と、
前記第1の波長変換手段により発生された第2高調波から前記1μm帯の波長のレーザー光の第4高調波を発生する第2の波長変換手段と、
前記第2の波長変換手段により発生された第4高調波と1.5μm帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換したレーザー光を発生する第3の波長変換手段と、
前記波長変換手段により発生されたレーザー光と前記1.5μm帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換したレーザー光を発生する第4の波長変換手段と
を有し、前記第4の波長変換手段により波長が200nm以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置において、
前記1μm帯とは1027〜1032nmであり、前記1.5μm帯とは1541〜1571nmであって、前記第4の波長変換手段は波長が200nm以下のレーザー光として波長193.3〜193.5nmのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。 - 請求項3または4のいずれか1項に記載の深紫外レーザー装置において、
前記第1の波長変換手段、前記第2の波長変換手段、前記第3の波長変換手段および前記第4の波長変換手段は、非線形光学結晶である
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。 - 請求項5に記載の深紫外レーザー装置において、
前記非線形光学結晶は、LBO結晶、CLBO結晶またはBBO結晶である
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。
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