JP2018125227A - レーザ駆動光源装置 - Google Patents
レーザ駆動光源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018125227A JP2018125227A JP2017018220A JP2017018220A JP2018125227A JP 2018125227 A JP2018125227 A JP 2018125227A JP 2017018220 A JP2017018220 A JP 2017018220A JP 2017018220 A JP2017018220 A JP 2017018220A JP 2018125227 A JP2018125227 A JP 2018125227A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- plasma
- light
- laser beam
- laser light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Abstract
【課題】発光媒体が封入されたプラズマ容器内にパルスレーザ光を集光照射して予備放電を生成し、該予備放電によって生成されたプラズマにCWレーザ光を集光照射することによってプラズマ容器内にプラズマを生成・維持するレーザ駆動光源装置において、パルスレーザ光によって生成されたプラズマ(火種)をCWレーザ光によって生成・維持する際に、前記パルスレーザ光によって該火種が消滅することのないようにした構造を提供しようとするものである。【解決手段】前記プラズマ容器内でのパルスレーザ光の集光点と、CWレーザ光の集光点とを離隔して、パルスレーザ光がCWレーザ光の集光点にあるプラズマに当たらないようにしたことを特徴とする。【選択図】 図1
Description
この発明は、レーザ駆動光源装置に関するものであり、特に、プラズマ容器内にパルスレーザ光とCWレーザ光を集光照射してプラズマを生成するレーザ駆動光源装置に係わるものである。
近年、半導体、液晶基板およびカラーフィルタ等の被処理物の製造工程においては、入力電力の大きな紫外線光源を使用されている。紫外線光源として用いられているのは、水銀蒸気或いは希ガスを封入したガラスプラズマ容器内で電極間にアーク放電を発生させるタイプの高圧放電ランプである。
上記製造工程においては、処理時間の一層の短縮化が要求されており、そのため、この用途に使用される高圧放電ランプには、より一層の放射輝度の向上が必要とされている。高圧放電ランプの放射輝度を向上させるためには、入力電力を増やすことが必要である。
しかし、この種の高圧放電ランプは、入力電力を増やすと、ガラスプラズマ容器内の電極がアーク放電に曝されて極めて高温になって徐々に蒸発したり、また、アーク放電によって生じる高速粒子でスパッタされたりして、電極が消耗することが避けられなかった。これら蒸発ないしスパッタで生じた電極を構成する金属、一般的にはタングステンはガラスプラズマ容器の内壁面に付着し、ガラスプラズマ容器の紫外線の透過率を低下させ、半導体等の被処理物の表面における放射照度を低下させてしまい、処理能力の低下を招き、ランプ寿命が短くなるという問題がある。
上記製造工程においては、処理時間の一層の短縮化が要求されており、そのため、この用途に使用される高圧放電ランプには、より一層の放射輝度の向上が必要とされている。高圧放電ランプの放射輝度を向上させるためには、入力電力を増やすことが必要である。
しかし、この種の高圧放電ランプは、入力電力を増やすと、ガラスプラズマ容器内の電極がアーク放電に曝されて極めて高温になって徐々に蒸発したり、また、アーク放電によって生じる高速粒子でスパッタされたりして、電極が消耗することが避けられなかった。これら蒸発ないしスパッタで生じた電極を構成する金属、一般的にはタングステンはガラスプラズマ容器の内壁面に付着し、ガラスプラズマ容器の紫外線の透過率を低下させ、半導体等の被処理物の表面における放射照度を低下させてしまい、処理能力の低下を招き、ランプ寿命が短くなるという問題がある。
このような高圧放電ランプの問題を解決するために、特表2009−532829号公報(特許文献1)には、チャンバ(プラズマ容器)内に発光媒体を封入し、該発光媒体を点火源によってイオン化し、該発光媒体に対して連続波(CW)レーザを照射して、実質的に連続したエネルギーを供給することにより高輝度光を生成する光源が提案されている(請求項17、30)。
そして、発光媒体をイオン化するための点火源として、パルスレーザ光を用いることも開示されている(請求項20、43)。
この光源は、点火源によってチャンバ内で放電を発生させて発光媒体に点火し、次いで、発光媒体に実質的に連続したエネルギーを供給して高輝度光を発生するプラズマを維持または生成するものであって、プラズマの温度は、放射および他のプロセスによってバランスされるまで上昇し、10000K〜20000Kという極めて高温になる。高温のプラズマから放射される短波長の紫外線エネルギーは極めて高いものである。
そして、発光媒体をイオン化するための点火源として、パルスレーザ光を用いることも開示されている(請求項20、43)。
この光源は、点火源によってチャンバ内で放電を発生させて発光媒体に点火し、次いで、発光媒体に実質的に連続したエネルギーを供給して高輝度光を発生するプラズマを維持または生成するものであって、プラズマの温度は、放射および他のプロセスによってバランスされるまで上昇し、10000K〜20000Kという極めて高温になる。高温のプラズマから放射される短波長の紫外線エネルギーは極めて高いものである。
しかしながら、該特許文献1においては、発光媒体をイオン化するための点火源としてのパルスレーザと、発光媒体に対して実質的に連続したエネルギーを供給するための連続波レーザとの具体的な構成、とりわけ、パルスレーザの集光点、及び、連続波レーザの集光点の関係については格別考慮されているわけではなく、図示されているわけでもない。しかして、当該従来技術における他の実施例等を参酌して、その記載から想定される構成を示すと以下のようになるものと思われる。
図8に示すように、レーザ駆動光源装置50においては、発光媒体が封入されたチャンバ(プラズマ容器)52に、該チャンバ52内で集光するパルスレーザ光53を照射し、該パルスレーザ光53の集光点に生成されたプラズマ(火種)55に対して、同様にチャンバ52内で前記パルスレーザ光53の集光点と同じ点に集光する連続状のレーザ光(CWレーザ光)54を照射するというものである。
図8に示すように、レーザ駆動光源装置50においては、発光媒体が封入されたチャンバ(プラズマ容器)52に、該チャンバ52内で集光するパルスレーザ光53を照射し、該パルスレーザ光53の集光点に生成されたプラズマ(火種)55に対して、同様にチャンバ52内で前記パルスレーザ光53の集光点と同じ点に集光する連続状のレーザ光(CWレーザ光)54を照射するというものである。
しかしながら、このように、点火源に用いるパルスレーザの集光点と、発光媒体にエネルギーを供給する連続波レーザの集光点とが一致する構成とする場合には、パルスレーザによって一旦生成したプラズマが消滅してしまうという問題があることが判明した。このプラズマが消滅するという現象について、図9および図10を用いて以下に説明する。
図9に示すように、プラズマ容器52内の発光媒体をイオン化するためのパルスレーザ光53と、該発光媒体のプラズマ55に照射される連続波レーザ光(以下、CWレーザ光という)54とは重畳して照射される。
つまり、期間t1において、図10(A)に示すように、パルスレーザ光53の予備放電によって発光媒体のプラズマ(火種)55を生成し、このプラズマ55に対してCWレーザ光54を照射して該プラズマ55を維持・生成しようとするものである。
ところが、続く期間t2においても、上記パルスレーザ光53による予備放電により生成され、CWレーザ光54によって生成・維持しようとするプラズマ55は、パルスレーザ光53にも晒されることになる。
つまり、期間t1において、図10(A)に示すように、パルスレーザ光53の予備放電によって発光媒体のプラズマ(火種)55を生成し、このプラズマ55に対してCWレーザ光54を照射して該プラズマ55を維持・生成しようとするものである。
ところが、続く期間t2においても、上記パルスレーザ光53による予備放電により生成され、CWレーザ光54によって生成・維持しようとするプラズマ55は、パルスレーザ光53にも晒されることになる。
図10(B)に示すように、該パルスレーザ光53に晒されるプラズマ55は、該パルスレーザ光53によって急激に加熱膨張し、プラズマ55内の荷電粒子が四方八方に飛散してプラズマが消滅されてしまう。この荷電粒子が消失した空間にCWレーザ光54は印加され続けるが、荷電粒子が消失した状態とは予備電離のない状態と同じであるので、プラズマが生成されることはない。
即ち、パルスレーザ光53による予備放電によって生成したプラズマ55をCWレーザ光54によって維持していこうとしても、同時に照射されるパルスレーザ光53によって該プラズマ55が消滅してしまうという問題がある。
即ち、パルスレーザ光53による予備放電によって生成したプラズマ55をCWレーザ光54によって維持していこうとしても、同時に照射されるパルスレーザ光53によって該プラズマ55が消滅してしまうという問題がある。
このように、パルスレーザ光は、その集光点付近の空間を急激に加熱膨張させてあたかも爆発のような現象を引き起こすことができるので、プラズマ容器内に発光媒体の予備放電を形成することに関しては有益である。しかしながら、一方では、CWレーザの集光点とパルスレーザの集光点とが一致していると、該パルスレーザにより生成しCWレーザ光によってせっかく生成・維持されたプラズマが、今度は当該パルスレーザ光によって消滅してしまうという二律背反的な問題がある。
上記した問題は、パルスレーザ光の照射時期とCWレーザ光の照射時期をずらすことによって解決は図れるものと考えられる。
しかしながら、パルスレーザ光による予備放電によって生成されるプラズマ(火種)は極めてその寿命が短く、パルスレーザ光の照射を停止した後にCWレーザ光を照射しても、その時点ではプラズマ(火種)は消滅していて、該プラズマの維持・生成はできず、どうしても一定期間はパルスレーザ光とCWレーザ光とを同時的に照射する必要があるので、根本的な解決とはなりえない。
しかしながら、パルスレーザ光による予備放電によって生成されるプラズマ(火種)は極めてその寿命が短く、パルスレーザ光の照射を停止した後にCWレーザ光を照射しても、その時点ではプラズマ(火種)は消滅していて、該プラズマの維持・生成はできず、どうしても一定期間はパルスレーザ光とCWレーザ光とを同時的に照射する必要があるので、根本的な解決とはなりえない。
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光媒体が封入されたプラズマ容器内にパルスレーザ源からのパルスレーザ光を集光照射して予備放電を生成し、該予備放電によって生成されたプラズマにCWレーザ源からのCWレーザ光を集光照射することによってプラズマ容器内にプラズマを生成・維持するレーザ駆動光源装置において、CWレーザ光によって生成・維持されたプラズマがパルスレーザ光によって消滅することがないようにした構造を提供しようとするものである。
上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動光源装置は、前記パルスレーザ光と前記CWレーザ光は、互いに波長が異なるものであって、同一の集光レンズに入射され、前記パルスレーザ光の集光点と前記CWレーザ光の集光点が前記プラズマ容器内で離隔して集光されることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器は、管球形状であって、前記CWレーザ光の集光位置が前記プラズマ容器のほぼ中心点に位置していて、前記プラズマ容器を取り囲むように凹面反射鏡が設けられていて、前記CWレーザ光の集光点が、該凹面反射鏡の焦点にあることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、該本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されており、前記CWレーザ光の集光位置が、前記本体の凹面反射面の焦点にあることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器は、管球形状であって、前記CWレーザ光の集光位置が前記プラズマ容器のほぼ中心点に位置していて、前記プラズマ容器を取り囲むように凹面反射鏡が設けられていて、前記CWレーザ光の集光点が、該凹面反射鏡の焦点にあることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、該本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されており、前記CWレーザ光の集光位置が、前記本体の凹面反射面の焦点にあることを特徴とする。
また、パルスレーザ源とCWレーザ源とを有し、これらのレーザ源と前記集光レンズとの間にダイクロイックミラーを配置し、該ダイクロイックミラーはパルスレーザ光とCWレーザ光の一方を透過し、他方を反射するものであることを特徴とする。
また、前記パルスレーザ源及び前記CWレーザ源と、前記集光レンズとの間に配置されて、前記パルスレーザ光と前記CWレーザ光の一方を透過し、他方を反射する第一のダイクロイックミラーと、前記プラズマ容器の励起光出射側前方に配置されて、前記集光レンズを通過した前記パルスレーザ光及び前記CWレーザ光を前記プラズマ容器に向けて反射し、前記プラズマ容器からの励起光を透過する第二のダイクロイックミラーと、を有することを特徴とする。
また、前記パルスレーザ源と前記CWレーザ源とにそれぞれ対応するファイバを有するファイバカプラを備え、該ファイバカプラの合波ファイバを、アクロマティックレンズを介在させて集光レンズに対向させてなることを特徴とする。
また、前記パルスレーザ源及び前記CWレーザ源と、前記集光レンズとの間に配置されて、前記パルスレーザ光と前記CWレーザ光の一方を透過し、他方を反射する第一のダイクロイックミラーと、前記プラズマ容器の励起光出射側前方に配置されて、前記集光レンズを通過した前記パルスレーザ光及び前記CWレーザ光を前記プラズマ容器に向けて反射し、前記プラズマ容器からの励起光を透過する第二のダイクロイックミラーと、を有することを特徴とする。
また、前記パルスレーザ源と前記CWレーザ源とにそれぞれ対応するファイバを有するファイバカプラを備え、該ファイバカプラの合波ファイバを、アクロマティックレンズを介在させて集光レンズに対向させてなることを特徴とする。
本発明によれば、パルスレーザ光とCWレーザ光の波長を異なるものとして、集光レンズの色収差を利用して、プラズマ容器内でパルスレーザ光の集光点とCWレーザ光の集光点を離隔させることができ、パルスレーザ光の予備放電により生成されたプラズマが、CWレーザ光によって、該CWレーザ光の集光点に移動して、当該集光点に存続するので、このCWレーザ光によって生成・維持しようとするプラズマが、パルスレーザ光によって消滅されることがなく、安定的にプラズマが維持されるという効果を奏するものである。
また、パルスレーザ光とCWレーザ光を同一の集光レンズに入射するものであるので、全体の構造が簡略化される。
また、パルスレーザ光とCWレーザ光を同一の集光レンズに入射するものであるので、全体の構造が簡略化される。
また、プラズマ容器を管球形状として、CWレーザ光の集光点をプラズマ容器のほぼ中心点に位置させたので、高温のプラズマがプラズマ容器中心で存続するため、管壁への偏った熱的影響を防止できる。
また、プラズマ容器を、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、該本体の前方開口に設けられた出射窓とから構成することで、これら本体部や入射窓や出射窓に石英ガラス以外のセラミックスや金属を使用することができ、プラズマからの高出力のUV光やVUV光の照射を受けても、紫外線ひずみが生じることのないプラズマ容器を提供することができる。
また、凹面反射面の焦点とCWレーザ光の集光点が一致していることで、CWレーザ光により維持されるプラズマによって励起された励起光は、凹面反射面の形状に応じて集光光として、または、平行光としてプラズマ容器から外部に出射させることができる。
また、プラズマ容器を、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、該本体の前方開口に設けられた出射窓とから構成することで、これら本体部や入射窓や出射窓に石英ガラス以外のセラミックスや金属を使用することができ、プラズマからの高出力のUV光やVUV光の照射を受けても、紫外線ひずみが生じることのないプラズマ容器を提供することができる。
また、凹面反射面の焦点とCWレーザ光の集光点が一致していることで、CWレーザ光により維持されるプラズマによって励起された励起光は、凹面反射面の形状に応じて集光光として、または、平行光としてプラズマ容器から外部に出射させることができる。
図1に本発明の第1の実施例のレーザ駆動光源装置1が示されていて、プラズマ容器2内には希ガス、水銀等のイオン性の発光媒体が封入されている。このプラズマ容器2は、種々の形態を採用できるが、この実施例では、管球形状をしている。ここで、管球形状とは、ランプ技術における、略球形状や略楕円回転体形状などの発光管形状を意味する。
本発明のレーザ駆動光源装置1は、パルスレーザ源3とCWレーザ源4とを備えており、これらパルスレーザ源3からのパルスレーザ光3Lと、CWレーザ源4からのCWレーザ光4Lは、互いにその波長が異なっている。
そして、この実施例では、CWレーザ光4Lの波長がパルスレーザ光3Lの波長よりも長いという前提で説明する。例えば、CWレーザ光4Lの波長が1064±5nmで、パルスレーザ光3Lの波長が532±5nmの場合や、あるいは、CWレーザ光4Lの波長が1550±5nmで、パルスレーザ光3Lの波長が523.5±5nmの場合でなどである。
本発明のレーザ駆動光源装置1は、パルスレーザ源3とCWレーザ源4とを備えており、これらパルスレーザ源3からのパルスレーザ光3Lと、CWレーザ源4からのCWレーザ光4Lは、互いにその波長が異なっている。
そして、この実施例では、CWレーザ光4Lの波長がパルスレーザ光3Lの波長よりも長いという前提で説明する。例えば、CWレーザ光4Lの波長が1064±5nmで、パルスレーザ光3Lの波長が532±5nmの場合や、あるいは、CWレーザ光4Lの波長が1550±5nmで、パルスレーザ光3Lの波長が523.5±5nmの場合でなどである。
前記パルスレーザ源3からのパルスレーザ光3Lと、前記CWレーザ源4からのCWレーザ光4Lは、同一の集光レンズ5に照射される。このために、パレスレーザ源3及びCWレーザ源4と、集光レンズ5との間にはダイクロイックミラー6が配置されている。
このダイクロイックミラー6は、パルスレーザ光3Lを反射し、CWレーザ光4Lを透過するものである。
勿論、パルスレーザ源3とCWレーザ源4の配置を逆にして、ダイクロイックミラー6を、パルスレーザ光3Lを透過し、CWレーザ光4Lを反射するものとすることもできる。
このダイクロイックミラー6は、パルスレーザ光3Lを反射し、CWレーザ光4Lを透過するものである。
勿論、パルスレーザ源3とCWレーザ源4の配置を逆にして、ダイクロイックミラー6を、パルスレーザ光3Lを透過し、CWレーザ光4Lを反射するものとすることもできる。
このような配置により、パルスレーザ源3からパルスレーザ光3Lは、ダイクロイックミラー6により反射され、集光レンズ5によって前記プラズマ容器2内で集光点3aに集光される。
一方で、CWレーザ源4からCWレーザ光4Lは、ダイクロイックミラー6を透過し、同じ集光レンズ5によってプラズマ容器2内で集光点4aに集光される。このCWレーザ光4Lの集光点4aは、前記パルスレーザ光3Lの集光点3aとは離隔した位置になる。
一方で、CWレーザ源4からCWレーザ光4Lは、ダイクロイックミラー6を透過し、同じ集光レンズ5によってプラズマ容器2内で集光点4aに集光される。このCWレーザ光4Lの集光点4aは、前記パルスレーザ光3Lの集光点3aとは離隔した位置になる。
このように、同一の集光レンズ5によって集光されるパルスレーザ光3Lの集光点3aとCWレーザ光4Lの集光点4aが異なる位置になるのは、集光レンズ5の色収差によるものである。
この色収差を有する集光レンズ5によって、パルスレーザ光3L及びCWレーザ光4Lは、それぞれの波長に応じた集光点に集光する。この集光レンズ5の材質は、例えば、BK−7、石英、フッ化カルシウムなどである。
そして、この実施例では、波長の短いパルスレーザ光3Lの集光点3aは波長の長いCWレーザ光4Lの集光点4aに対して、該CWレーザ光4Lの光軸上の後方側(レーザ光の進行方向の手前側)に位置している。
このとき、前記CWレーザ光4Lの集光点4aが前記プラズマ容器2のほぼ中心点に位置するように配置することが望ましい。
この色収差を有する集光レンズ5によって、パルスレーザ光3L及びCWレーザ光4Lは、それぞれの波長に応じた集光点に集光する。この集光レンズ5の材質は、例えば、BK−7、石英、フッ化カルシウムなどである。
そして、この実施例では、波長の短いパルスレーザ光3Lの集光点3aは波長の長いCWレーザ光4Lの集光点4aに対して、該CWレーザ光4Lの光軸上の後方側(レーザ光の進行方向の手前側)に位置している。
このとき、前記CWレーザ光4Lの集光点4aが前記プラズマ容器2のほぼ中心点に位置するように配置することが望ましい。
また、前記プラズマ容器2を取り囲むように凹面反射鏡7が設けられていて、CWレーザ光4Lの集光点4aはこの凹面反射鏡7の焦点に位置している。
これにより、プラズマ容器2内で発生したプラズマにより生成される励起光ELは、この凹面反射鏡7によって反射されて、その前面開口から出射される。このとき、励起光ELを平行光として取り出すか、集光光として取り出すかは、凹面反射鏡7の形状によって選択される。この実施例では、凹面反射鏡7が放物面鏡として構成され、励起光ELが平行光として出射されるものが示されている。
これにより、プラズマ容器2内で発生したプラズマにより生成される励起光ELは、この凹面反射鏡7によって反射されて、その前面開口から出射される。このとき、励起光ELを平行光として取り出すか、集光光として取り出すかは、凹面反射鏡7の形状によって選択される。この実施例では、凹面反射鏡7が放物面鏡として構成され、励起光ELが平行光として出射されるものが示されている。
上記構成において、図2に示すように、パルスレーザ光3Lがプラズマ容器2内に集光照射されると、該プラズマ容器2内の集光点3aの付近に予備放電が生成され、火種8が生成される。そして、この状態でCWレーザ光4Lが前記火種8の近傍に集光照射されると、前記火種8が該CWレーザ光4Lの集光点4aに移動し、該CWレーザ光4Lの照射によりプラズマ9が生成される。その後、パルスレーザ光3Lの照射を停止するとともに、CWレーザ光4を継続的に照射することにより該プラズマ9は集光点4aの位置で維持されるものである。
図3の第2の実施例は、プラズマ容器2が管球形状以外の構造を持つ例である。
プラズマ容器2は、円柱形状の本体20を有しており、その内面に凹面反射面21が形成されている。この凹面反射面21は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。前記本体20には後方開口20aと前方開口20bが形成されていて、中心部にはレーザ光通過用の貫通孔22が形成されている。そして、後方開口20aに対応して入射窓23が設けられ、前方開口20bに対応して出射窓24が設けられている。
本体20の後方開口20aに対応した入射窓23は、金属製の窓枠部材25に装着されていて、この窓枠部材25が、金属筒体26によって本体20に取り付けられている。同様に、前方開口20bに対応した出射窓24は、金属製の窓枠部材27に装着されていて、この窓枠部材27が、金属筒体28によって本体20に取り付けられている。
これら凹面反射面21を有する本体20と、入射窓23と、出射窓24とによって密閉空間Sが形成されており、この密閉空間S内に発光元素が封入されていて、プラズマ容器2が構成されている。
プラズマ容器2は、円柱形状の本体20を有しており、その内面に凹面反射面21が形成されている。この凹面反射面21は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。前記本体20には後方開口20aと前方開口20bが形成されていて、中心部にはレーザ光通過用の貫通孔22が形成されている。そして、後方開口20aに対応して入射窓23が設けられ、前方開口20bに対応して出射窓24が設けられている。
本体20の後方開口20aに対応した入射窓23は、金属製の窓枠部材25に装着されていて、この窓枠部材25が、金属筒体26によって本体20に取り付けられている。同様に、前方開口20bに対応した出射窓24は、金属製の窓枠部材27に装着されていて、この窓枠部材27が、金属筒体28によって本体20に取り付けられている。
これら凹面反射面21を有する本体20と、入射窓23と、出射窓24とによって密閉空間Sが形成されており、この密閉空間S内に発光元素が封入されていて、プラズマ容器2が構成されている。
このような構成のプラズマ容器2に対して、CWレーザ光4Lは、ダイクロイックミラー6を透過し、集光レンズ5によって集光されつつ、プラズマ容器2の入射窓23から入射し、プラズマ容器2内で集光する。
一方、パルスレーザ光3Lは、ダイクロイックミラー6により反射されて光路を変え、同じ集光レンズ5によって集光されて入射窓23からプラズマ容器2内に入射し、該プラズマ容器2内で集光する。
このように、パルスレーザ光3LとCWレーザ光4Lは、ダイクロイックミラー6を経て、同一の集光レンズ5によって、共に当該プラズマ容器2内で集光するが、集光レンズ5の色収差に基づいて、その集光点3aと集光点4aは離隔した位置になる。
この実施例では、パルスレーザ光3Lの集光点3aは、CWレーザ光4Lの集光点4aから光軸上において後方側(レーザ光の進行方向の手前側)に離隔している。
そして、この場合、CWレーザ光4の集光点4aは、プラズマ容器2の凹面反射面21の焦点と一致している。
一方、パルスレーザ光3Lは、ダイクロイックミラー6により反射されて光路を変え、同じ集光レンズ5によって集光されて入射窓23からプラズマ容器2内に入射し、該プラズマ容器2内で集光する。
このように、パルスレーザ光3LとCWレーザ光4Lは、ダイクロイックミラー6を経て、同一の集光レンズ5によって、共に当該プラズマ容器2内で集光するが、集光レンズ5の色収差に基づいて、その集光点3aと集光点4aは離隔した位置になる。
この実施例では、パルスレーザ光3Lの集光点3aは、CWレーザ光4Lの集光点4aから光軸上において後方側(レーザ光の進行方向の手前側)に離隔している。
そして、この場合、CWレーザ光4の集光点4aは、プラズマ容器2の凹面反射面21の焦点と一致している。
プラズマ容器2内でCWレーザ光4Lにより生成・維持されるプラズマによって励起された励起光ELは、凹面反射面21によって反射されて出射窓24を介して外部に出射される。
この第2の実施例によれば、プラズマ容器2を構成する本体部20や入射窓23や出射窓24に石英ガラス以外のセラミックスや金属を使用することができ、UV光やVUV光を励起光とする場合にも、プラズマからの高出力のUV光やVUV光の照射を受けても、紫外線ひずみが生じることのないプラズマ容器を提供することができる。
図4に示す第3の実施例では、パルスレーザ光及びCWレーザ光がともに、凹面反射鏡の前面開口側からプラズマ容器に入射する例である。
パルスレーザ源3及びCWレーザ源4と、集光レンズ5との間には、第一のダイクロイックミラー10が配置されていて、この第1のダイクロイックミラー10は、パルスレーザ光3Lを反射し、CWレーザ光4Lを透過するものである。
勿論、パルスレーザ源3とCWレーザ源4の配置を逆にして、第1のダイクロイックミラー10を、パルスレーザ光3Lを透過し、CWレーザ光4Lを反射するものとすることができることは、図1の第1の実施例と同様である。
パルスレーザ源3及びCWレーザ源4と、集光レンズ5との間には、第一のダイクロイックミラー10が配置されていて、この第1のダイクロイックミラー10は、パルスレーザ光3Lを反射し、CWレーザ光4Lを透過するものである。
勿論、パルスレーザ源3とCWレーザ源4の配置を逆にして、第1のダイクロイックミラー10を、パルスレーザ光3Lを透過し、CWレーザ光4Lを反射するものとすることができることは、図1の第1の実施例と同様である。
そして、プラズマ容器2を取り囲む凹面反射鏡7の前方、即ち、励起光出射側の前方に第2のダイクロイックミラー11が配置されていて、この第2のダイクロイックミラー11は、パルスレーザ光3L及びCWレーザ光4Lを反射し、プラズマ容器2からの励起光ELを透過するものである。
この構成により、パルスレーザ源3からのパルスレーザ光3L及びCWレーザ源4からのCWレーザ光4Lは、共に同じ集光レンズ5を通過して第2のダイクロイックミラー11に至り、ここで反射されてプラズマ容器2に向かう。
そして、プラズマ容器2内でそれぞれ集光するが、それぞれの集光点3a,4aは、波長に応じて異なる位置に離隔している。即ち、パルスレーザ光3Lの集光点3aは、CWレーザ光4Lの集光点4aよりも、光軸上においてレーザ光の進行方向の手前側に位置する。
この構成により、パルスレーザ源3からのパルスレーザ光3L及びCWレーザ源4からのCWレーザ光4Lは、共に同じ集光レンズ5を通過して第2のダイクロイックミラー11に至り、ここで反射されてプラズマ容器2に向かう。
そして、プラズマ容器2内でそれぞれ集光するが、それぞれの集光点3a,4aは、波長に応じて異なる位置に離隔している。即ち、パルスレーザ光3Lの集光点3aは、CWレーザ光4Lの集光点4aよりも、光軸上においてレーザ光の進行方向の手前側に位置する。
この実施例においても、CWレーザ光4Lの集光点4aは、凹面反射鏡7の焦点に位置している。これにより、プラズマ容器2内で発生したプラズマに基づく励起光ELは、凹面反射鏡7により反射されて、その前面開口から出射される。この励起光ELは、第2のダイクロイックミラー11を透過して、外部に出射される。
図5に示す第4の実施例では、図4の第3の実施例とは、プラズマ容器2の形状が異なる。
即ち、プラズマ容器2を構成する円筒状の本体30には、前面側に凹面反射面31が形成されていて、その前面開口には前面窓32が設けられ、これら本体30と前面窓32により、密閉空間が形成されていて、その内部には発光元素が封入されている。
その他の構成は、図4の第3の実施例と同様である。
即ち、プラズマ容器2を構成する円筒状の本体30には、前面側に凹面反射面31が形成されていて、その前面開口には前面窓32が設けられ、これら本体30と前面窓32により、密閉空間が形成されていて、その内部には発光元素が封入されている。
その他の構成は、図4の第3の実施例と同様である。
パルスレーザ光3L及びCWレーザ光4Lは、それぞれ、パルスレーザ源3(CWレーザ源4)→第1のダイクロイックミラー10→集光レンズ5→第2のダイクロイックミラー11→前面窓32を経てプラズマ容器2内で集光する。このとき、パルスレーザ光3Lの集光点3aと、CWレーザ光4Lの集光点4aとは、それぞれの波長に応じて離隔しており、この第4の実施例では、パルスレーザ光3Lの集光点3aが、レーザ光の光軸上でCWレーザ光4Lの集光点4aよりもレーザ光の進行方向で手前側に位置することは、前記第3の実施例と同様である。
そして、プラズマ容器2内で発生した励起光ELは、前面窓32から出射して、第2のダイクロイックミラー11を透過して外部に出射される。
そして、プラズマ容器2内で発生した励起光ELは、前面窓32から出射して、第2のダイクロイックミラー11を透過して外部に出射される。
図6に示す第5の実施例では、パルスレーザ光3LとCWレーザ光4Lを同じ集光レンズ5に導く手段として、ファイバカプラ40を用いた例である。
ここで、ファイバカプラとは、波長の同じ光を合流若しくは分岐させ、または、波長の異なる光を合波若しくは分波するという機能を有する光学部品であり、本発明においては、異なる波長のレーザ光を合波するために使用する。
パルスレーザ源3からのパルスレーザ光3Lと、CWレーザ源4からのCWレーザ光4Lをファイバカプラ40のそれぞれのファイバ41、42の一端に入射し、これら波長の異なるレーザ光を合波する。そして合波ファイバ43から出射する合波されたレーザ光を、アクロマティックレンズ(アクロマートレンズ)45を介して集光レンズ5に入射させる。
ここで、ファイバカプラとは、波長の同じ光を合流若しくは分岐させ、または、波長の異なる光を合波若しくは分波するという機能を有する光学部品であり、本発明においては、異なる波長のレーザ光を合波するために使用する。
パルスレーザ源3からのパルスレーザ光3Lと、CWレーザ源4からのCWレーザ光4Lをファイバカプラ40のそれぞれのファイバ41、42の一端に入射し、これら波長の異なるレーザ光を合波する。そして合波ファイバ43から出射する合波されたレーザ光を、アクロマティックレンズ(アクロマートレンズ)45を介して集光レンズ5に入射させる。
ここで、アクロマティックレンズ45とは、光学特性の異なるレンズを樹脂接合して貼り合わせたもので、色収差の補正に使用される。本発明では、この性質を利用し、ファイバカプラ40の合波ファイバ43から出射される光を平行光にしてから集光レンズ5に入射させる。アクロマティックレンズ45を利用することにより、集光レンズ5にレーザ光を平行光として入射させることができるようになり、レーザ光の集光点の位置合わせが容易になる。
以上説明した第1〜第5の実施例では、CWレーザ光の波長が、パルスレーザ光の波長よりも長い例で説明したが、図7の第6の実施例は、CWレーザ光の波長がパルスレーザ光の波長よりも短い場合の例である。
この場合、パルスレーザ光3Lの集光点3aとCWレーザ光4Lの集光点4aが、異なる位置に離隔していることは同じであるが、パルスレーザ光3Lの集光点3aが、光軸上でCWレーザ光4Lの集光点4aよりも前方側(レーザ光の進行方向で先方側)に離隔している。
このとき、CWレーザ光4Lの集光点4aをプラズマ容器2の凹面反射面21の焦点に位置させることは他の実施例と同様である。
この場合、パルスレーザ光3Lの集光点3aとCWレーザ光4Lの集光点4aが、異なる位置に離隔していることは同じであるが、パルスレーザ光3Lの集光点3aが、光軸上でCWレーザ光4Lの集光点4aよりも前方側(レーザ光の進行方向で先方側)に離隔している。
このとき、CWレーザ光4Lの集光点4aをプラズマ容器2の凹面反射面21の焦点に位置させることは他の実施例と同様である。
以下、パルスレーザ光とCWレーザ光の波長の違いによる集光点の離隔距離を評価した。
(1)CWレーザ光の波長 :1064±5nm
パルスレーザ光の波長:532±5nm
集光レンズ:ソーラボ社製 LA1472(BK−7製、F@587.6nm=20mm、R=10.3 +0.0‐0.1mm)
平凸レンズの焦点距離F=R/(n−1)
R:レンズの曲率半径
n(λ):屈折率
CWレーザ光(1064±5nm)の焦点距離F1=20.328〜20.333mm
パルスレーザ光(532±5nm)の焦点距離F2=19.817〜19.838mm)
両者の差(F1−F2)がCWレーザ光とパルスレーザ光の集光点間の離間距離ΔFである。
離間距離ΔF=0.49〜0.52mm
(1)CWレーザ光の波長 :1064±5nm
パルスレーザ光の波長:532±5nm
集光レンズ:ソーラボ社製 LA1472(BK−7製、F@587.6nm=20mm、R=10.3 +0.0‐0.1mm)
平凸レンズの焦点距離F=R/(n−1)
R:レンズの曲率半径
n(λ):屈折率
CWレーザ光(1064±5nm)の焦点距離F1=20.328〜20.333mm
パルスレーザ光(532±5nm)の焦点距離F2=19.817〜19.838mm)
両者の差(F1−F2)がCWレーザ光とパルスレーザ光の集光点間の離間距離ΔFである。
離間距離ΔF=0.49〜0.52mm
(2)CWレーザ光の波長 :1550±5nm
パルスレーザ光の波長:523.5±5nm
集光レンズ:ソーラボ社製 LA1255(BK−7製、F@587.6nm=50mm、R=25.8 +0.0‐0.1mm)
CWレーザ光(1550±5nm)の焦点距離F1=51.526〜51.539mm
パルスレーザ光(523.5±5nm)の焦点距離F2=49.592〜49.647mm)
離間距離ΔF=1.88〜1.95mm
パルスレーザ光の波長:523.5±5nm
集光レンズ:ソーラボ社製 LA1255(BK−7製、F@587.6nm=50mm、R=25.8 +0.0‐0.1mm)
CWレーザ光(1550±5nm)の焦点距離F1=51.526〜51.539mm
パルスレーザ光(523.5±5nm)の焦点距離F2=49.592〜49.647mm)
離間距離ΔF=1.88〜1.95mm
以上説明したように、本発明においては、波長の異なるパルスレーザ光とCWレーザ光を同一の集光レンズに入射させて、この集光レンズの色収差を利用することで、プラズマ容器内でのパルスレーザ光の集光点とCWレーザ光の集光点が離隔しているので、パルスレーザ光の集光点近傍に生成される予備放電に伴うプラズマの火種が、CWレーザ光の集光点に移動してプラズマを生成するため、パルスレーザ光がこのプラズマに当たることがなく、せっかく生成されたプラズマがパルスレーザ光によって消滅させられるようなことがなく、安定的にプラズマを生成・維持することができる。
1 レーザ駆動光源装置
2 プラズマ容器
20 本体
20a 後方開口
20b 前方開口
21 凹面反射面
22 貫通孔
23 入射窓
24 出射窓
25 (入射窓用)窓枠部材
26 金属筒体
27 (出射窓用)窓枠部材
28 金属筒体
3 パルスレーザ源
3L パルスレーザ光
3a パルスレーザ光の集光点
4 CWレーザ源
4L CWレーザ光
4a CWレーザ光の集光点
5 集光レンズ
6 ダイクロイックミラー
7 凹面反射鏡
8 火種
9 プラズマ
10 第1のダイクロイックミラー
11 第2のダイクロイックミラー
30 本体
31 凹面反射面
32 前面窓
40 ファイバカプラ
41,42 ファイバ
43 合波ファイバ
45 アクロマティックレンズ
EL 励起光
2 プラズマ容器
20 本体
20a 後方開口
20b 前方開口
21 凹面反射面
22 貫通孔
23 入射窓
24 出射窓
25 (入射窓用)窓枠部材
26 金属筒体
27 (出射窓用)窓枠部材
28 金属筒体
3 パルスレーザ源
3L パルスレーザ光
3a パルスレーザ光の集光点
4 CWレーザ源
4L CWレーザ光
4a CWレーザ光の集光点
5 集光レンズ
6 ダイクロイックミラー
7 凹面反射鏡
8 火種
9 プラズマ
10 第1のダイクロイックミラー
11 第2のダイクロイックミラー
30 本体
31 凹面反射面
32 前面窓
40 ファイバカプラ
41,42 ファイバ
43 合波ファイバ
45 アクロマティックレンズ
EL 励起光
Claims (6)
- 発光媒体が封入されたプラズマ容器内にパルスレーザ源からのパルスレーザ光を集光照射して予備放電を生成し、該予備放電によって生成されたプラズマにCWレーザ源からのCWレーザ光を集光照射することによってプラズマ容器内にプラズマを生成・維持するレーザ駆動光源装置において、
前記パルスレーザ光と前記CWレーザ光は、互いに波長が異なるものであって、同一の集光レンズに入射され、
前記パルスレーザ光の集光点と前記CWレーザ光の集光点が前記プラズマ容器内で離隔して集光される、
ことを特徴とするレーザ駆動光源装置。 - 前記プラズマ容器は、管球形状であって、前記CWレーザ光の集光点が前記プラズマ容器のほぼ中心点に位置していて、
前記プラズマ容器を取り囲むように凹面反射鏡が設けられていて、前記CWレーザ光の集光点が、該凹面反射鏡の焦点にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ駆動光源装置。 - 前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、該本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されており、
前記CWレーザ光の集光点が、前記本体の凹面反射面の焦点にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ駆動光源装置。 - 前記パルスレーザ源及び前記CWレーザ源と、前記集光レンズとの間にダイクロイックミラーが配置され、
該ダイクロイックミラーはパルスレーザ光とCWレーザ光の一方を透過し、他方を反射するものである、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。 - 前記パルスレーザ源及び前記CWレーザ源と、前記集光レンズとの間に配置されて、前記パルスレーザ光と前記CWレーザ光の一方を透過し、他方を反射する第一のダイクロイックミラーと、
前記プラズマ容器の励起光出射側前方に配置されて、前記集光レンズを通過した前記パルスレーザ光及び前記CWレーザ光を前記プラズマ容器に向けて反射し、前記プラズマ容器からの励起光を透過する第二のダイクロイックミラーと、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ駆動光源装置。 - 前記パルスレーザ源と前記CWレーザ源とにそれぞれ対応するファイバを有するファイバカプラを備え、
該ファイバカプラの合波ファイバを、アクロマティックレンズを介在させて前記集光レンズに対向させてなる、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017018220A JP2018125227A (ja) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | レーザ駆動光源装置 |
PCT/JP2017/008457 WO2017203791A1 (ja) | 2016-05-24 | 2017-03-03 | レーザ駆動光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017018220A JP2018125227A (ja) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | レーザ駆動光源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018125227A true JP2018125227A (ja) | 2018-08-09 |
Family
ID=63111572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017018220A Pending JP2018125227A (ja) | 2016-05-24 | 2017-02-03 | レーザ駆動光源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018125227A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116097396A (zh) * | 2020-08-06 | 2023-05-09 | Isteq 私人有限公司 | 激光泵浦等离子体光源以及产生光的方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05145150A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Sony Corp | 固体レーザ |
JP2004077798A (ja) * | 2002-08-19 | 2004-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | コリメーターレンズ及び短パルス光生成装置 |
JP2009532829A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-10 | エナジェティック・テクノロジー・インコーポレーテッド | レーザ駆動の光源 |
JP2010170994A (ja) * | 2008-12-27 | 2010-08-05 | Ushio Inc | 光源装置 |
JP2011035039A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Ushio Inc | 光源装置 |
WO2015175760A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Excelitas Technologies Corp. | Laser driven sealed beam lamp |
JP2016534510A (ja) * | 2013-08-14 | 2016-11-04 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | レーザ励起光源においてポンプ(励起)光と集光光とを分離するためのシステム及び方法 |
-
2017
- 2017-02-03 JP JP2017018220A patent/JP2018125227A/ja active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05145150A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Sony Corp | 固体レーザ |
JP2004077798A (ja) * | 2002-08-19 | 2004-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | コリメーターレンズ及び短パルス光生成装置 |
JP2009532829A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-10 | エナジェティック・テクノロジー・インコーポレーテッド | レーザ駆動の光源 |
JP2010170994A (ja) * | 2008-12-27 | 2010-08-05 | Ushio Inc | 光源装置 |
JP2011035039A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Ushio Inc | 光源装置 |
JP2016534510A (ja) * | 2013-08-14 | 2016-11-04 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | レーザ励起光源においてポンプ(励起)光と集光光とを分離するためのシステム及び方法 |
WO2015175760A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Excelitas Technologies Corp. | Laser driven sealed beam lamp |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116097396A (zh) * | 2020-08-06 | 2023-05-09 | Isteq 私人有限公司 | 激光泵浦等离子体光源以及产生光的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9941655B2 (en) | High power broadband light source | |
JP5557487B2 (ja) | 光源装置 | |
US10244613B2 (en) | System and method for electrodeless plasma ignition in laser-sustained plasma light source | |
CN102043346B (zh) | 光源装置 | |
US9723703B2 (en) | System and method for transverse pumping of laser-sustained plasma | |
JP2018531487A6 (ja) | レーザ維持プラズマ光源における無電極プラズマ点火のためのシステムおよび方法 | |
US20150262808A1 (en) | Light Source Driven by Laser | |
CN108353490B (zh) | 用于激光维持的等离子体照明的***及方法 | |
CN108369891B (zh) | 具有渐变吸收特征的激光维持等离子体光源 | |
WO2017203791A1 (ja) | レーザ駆動光源装置 | |
JP2018125227A (ja) | レーザ駆動光源装置 | |
JP2018060640A (ja) | レーザ駆動光源 | |
JP5661169B2 (ja) | 光源装置 | |
WO2017212710A1 (ja) | レーザ駆動光源装置 | |
JP2017212061A (ja) | レーザ駆動ランプ | |
JP2017216125A (ja) | レーザ駆動ランプ | |
JP6390863B2 (ja) | レーザ駆動光源装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180529 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180627 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180725 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190204 |