JP6917890B2 - レーザ装置及び狭帯域化光学系 - Google Patents
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Description
本開示の他の1つの観点に係るレーザ装置は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、チャンバの外に配置されたグレーティングと、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第1の方向に拡大させるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第1のビームエキスパンダ光学系と、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と第1の方向との両方に垂直な第2の方向に拡大させるようにチャンバとグレーティングとの間に配置された第2のビームエキスパンダ光学系であって、第1プリズムと第2プリズムとを含む複数のプリズムと、支持部と、を有し、第1プリズムがチャンバから出力された第3の方向のビームを透過させて第4の方向に変更し、第2プリズムが第4の方向のビームを透過させて第3の方向に戻すように構成された第2のビームエキスパンダ光学系と、を備え、支持部は、複数のプリズムを一体的に支持した状態で、チャンバ、グレーティング及び第1のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成されてもよい。
1.概要
2.狭帯域化モジュールを有するレーザ装置
2.1 構成
2.1.1 レーザチャンバ
2.1.2 狭帯域化モジュール
2.1.3 出力結合ミラー
2.2 動作
2.3 課題
3.放電方向と略平行にビームを拡大させる第2のビームエキスパンダ光学系を備えたレーザ装置
3.1 構成
3.2 作用
4.第2のビームエキスパンダ光学系のバリエーション
4.1 シリンドリカル凹レンズ及びシリンドリカル凸レンズの組合せ
4.2 プリズム
4.3 球面凹レンズ及び球面凸レンズの組合せ
5.第2のビームエキスパンダ光学系の支持構造
5.1 第1の例
5.2 第2の例
5.3 支持部の構成
6.その他
レーザ装置は、チャンバと、狭帯域化モジュールと、を備えてもよい。チャンバの内部には、一対の放電電極が配置されてもよい。狭帯域化モジュールは、チャンバの外に配置されてもよい。狭帯域化モジュールは、グレーティングと、第1のビームエキスパンダ光学系を構成する複数のプリズムと、を備えてもよい。複数のプリズムは、チャンバとグレーティングとの間に配置されてもよい。複数のプリズムは、チャンバから出力されたビームを、一対の放電電極の間における放電方向と垂直な第1の方向に拡大させて、グレーティングに入射させてもよい。
なお、本願における「垂直」、「平行」等の語は、角度等の数値を厳密に規定するものではなく、実用的範囲内での誤差を含む趣旨である。
2.1 構成
図1A及び図1Bは、比較例に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。図1A及び図1Bに示されるレーザ装置は、レーザチャンバ10と、一対の放電電極11a及び11bと、狭帯域化モジュール14と、出力結合ミラー15と、を含んでもよい。狭帯域化モジュール14と出力結合ミラー15とが、光共振器を構成してもよい。レーザチャンバ10は、光共振器の光路に配置されていてもよい。レーザ装置は、図示しない増幅器に入射させるシード光をレーザ発振して出力するマスターオシレータであってもよい。
レーザチャンバ10は、例えばレアガスとしてアルゴンガス又はクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバでもよい。レーザチャンバ10の両端にはウインドウ10a及び10bが設けられてもよい。
狭帯域化モジュール14は、複数のプリズムと、グレーティング14dと、ホルダ16a〜16dと、筐体12とを含んでもよい。複数のプリズムは、3つのプリズム14a〜14cを含んでもよい。3つのプリズム14a〜14cの各々は、斜面18と垂直面19とを有していてもよい。斜面18には、P偏光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。垂直面19には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。グレーティング14dは、表面に高反射率の材料を含み、多数の溝が所定間隔で形成されたエシェールグレーティングであってもよい。
出力結合ミラー15は、筐体13に収容されていてもよい。出力結合ミラー15は、筐体13の内部で、ホルダ17によって支持されていてもよい。出力結合ミラー15の表面には、部分反射膜がコーティングされていてもよい。
一対の放電電極11a及び11b間に高電圧が印加されると、一対の放電電極11a及び11b間に放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ10内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行し得る。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。
光路管21aの内部及び筐体12の内部には、不活性ガスとして窒素ガスがパージされてもよい。不活性ガスとしてヘリウムガスが用いられる場合に比べて、窒素ガスが用いられる場合には、ガスの調達コストが低減され得る。しかし、ヘリウムガスに比べて、窒素ガスは温度変化に対する屈折率の変化が大きいので、光のエネルギーによってグレーティング14dの表面温度が上昇すると、グレーティング14dの表面付近において窒素ガスの屈折率分布が大きくなり得る。この屈折率分布により、グレーティング14dによって回折される光の波面が歪み、選択される波長域が広がることによって、レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅が広がり得る。
3.1 構成
図2A及び図2Bは、第1の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第1の実施形態に係るレーザ装置は、放電方向と略平行にビームを拡大させる第2のビームエキスパンダ光学系40を備える点で、図1A及び図1Bを参照しながら説明した比較例と異なってもよい。他の点については、図1A及び図1Bを参照しながら説明した比較例と同様でよい。
V方向は、本開示における第2の方向に相当し得る。
H方向は、本開示における第1の方向に相当し得る。プリズム14a〜14cは、本開示における第1のビームエキスパンダ光学系に相当し得る。
第2のビームエキスパンダ光学系40によってV方向にビーム幅を拡大された光は、グレーティング14dに入射し得る。第1の実施形態によれば、グレーティング14dに入射する光のエネルギー密度が低減され得るので、グレーティング14dの表面温度の上昇が抑制され得る。これにより、V方向にビーム幅を拡大しない場合にくらべてグレーティング14dの表面付近における不活性ガスの屈折率分布が低減され得る。従って、グレーティング14dを収容する筐体12に不活性ガスとして窒素ガスを充填した場合でも、グレーティング14dによって回折される光の波面の歪みを抑制し得る。これにより、レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅が広くなることを抑制し得る。
さらに、グレーティング14dの回折面に入射する光のエネルギー密度が低減されると、グレーティング14dの回折表面の劣化が抑制され得る。その結果、グレーティング14dの回折効率の低下が抑制され、グレーティングの寿命が延び得る。
4.1 シリンドリカル凹レンズ及びシリンドリカル凸レンズの組合せ
図3A及び図3Bは、第1の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第1の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系40は、シリンドリカル凹レンズ41と、シリンドリカル凸レンズ42とを含んでもよい。シリンドリカル凹レンズ41は、ウインドウ10aに近い位置に配置され、シリンドリカル凸レンズ42は、ウインドウ10aから遠い位置に配置されてもよい。シリンドリカル凹レンズ41及びシリンドリカル凸レンズ42の各面には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。
図4A及び図4Bは、第2の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第2の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系40aは、複数のプリズム43及び44を含んでもよい。
図5A及び図5Bは、第3の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第3の実施形態において用いられる第2のビームエキスパンダ光学系40bは、球面凹レンズ45と、球面凸レンズ46とを含んでもよい。球面凹レンズ45は、ウインドウ10aに近い位置に配置され、球面凸レンズ46は、ウインドウ10aから遠い位置に配置されてもよい。球面凹レンズ45及び球面凸レンズ46の各面には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。ここで、球面凹レンズ45の後側焦点と、球面凸レンズ46の前側焦点が略一致するように配置してもよい。
5.1 第1の例
図6A及び図6Bは、第4の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第4の実施形態は、図4A及び図4Bを参照しながら説明した第2の実施形態において、複数のプリズム43及び44の支持構造を明確化した第1の例に相当し得る。
第1の板51及び第2の板52は、それぞれVZ面に平行な面を有し、これらの板のVZ面に平行な面が互いに向き合うように配置されてもよい。
また、複数のプリズム43及び44を支持する第1の板51及び第2の板52がプレート20aに支持された構成とすることにより、プリズム14a〜14c及びグレーティング14dを収容した筐体12の重量の増加を抑制し得る。
図7A及び図7Bは、第5の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第5の実施形態は、図4A及び図4Bを参照しながら説明した第2の実施形態において、複数のプリズム43及び44の支持構造を明確化した第2の例に相当し得る。
他の点については図6A及び図6Bを参照しながら説明した第1の例と同様でよい。
図8Aは、第4又は第5の実施形態において用いられる支持部を含む第2のビームエキスパンダ光学系の例を示す。図8Bは、図8Aの分解斜視図である。
プリズム43及び44を支持する支持部を構成する第1の板51には、段差部53及び段差部54が形成されていてもよい。また、第1の板51には、突起部55及び突起部56が形成されていてもよい。また、第1の板51には、板バネ57及び板バネ58が取り付けられていてもよい。
上述の各実施形態においては、ビームエキスパンダ光学系として透過型の光学系を用いる場合について説明したが、ミラーなどの反射型の光学系が用いられてもよい。
Claims (19)
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第1の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第1のビームエキスパンダ光学系と、
複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第1の方向との両方に垂直な第2の方向に拡大させ、前記チャンバ側の光路軸に対して前記グレーティング側の光路軸を前記第2の方向にシフトさせるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第2のビームエキスパンダ光学系と、
を備え、
前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第1のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
レーザ装置。 - 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第1の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第1のビームエキスパンダ光学系と、
前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第1の方向との両方に垂直な第2の方向に拡大させるように前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第2のビームエキスパンダ光学系であって、第1プリズムと第2プリズムとを含む複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記第1プリズムが前記チャンバから出力された第3の方向のビームを透過させて第4の方向に変更し、前記第2プリズムが前記第4の方向のビームを透過させて前記第3の方向に戻すように構成された前記第2のビームエキスパンダ光学系と、
を備え、
前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第1のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
レーザ装置。 - 前記第2のビームエキスパンダ光学系は、前記チャンバ側の光路軸と前記グレーティング側の光路軸とが平行となるように配置された、請求項1記載のレーザ装置。
- 前記支持部は、
第1の板と、
前記第1の方向と平行な方向に、前記複数のプリズムをそれぞれ前記第1の板に押し付ける複数のバネ部と、
前記第1の板と対をなして前記複数のプリズム及び前記複数のバネ部を挟んで配置され、前記第1の方向に前記複数のバネ部を押し付ける第2の板と、
を有する、請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。 - 前記第1の板に、前記複数のプリズムの姿勢を規定する段差部が形成された、
請求項4記載のレーザ装置。 - 前記チャンバを挟んで配置された第1のプレート及び第2のプレートと、
前記第1のプレートに支持され、前記グレーティングを収容した筐体と、
前記第2のプレートに支持され、前記グレーティングとともに光共振器を構成する出力結合ミラーと、
をさらに備え、
前記支持部が、前記第1のプレートに支持された、
請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。 - 前記複数のプリズムは、前記第1の方向の偏光成分の反射を抑制するためのコーティングを有する、請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。
- 前記第2のビームエキスパンダ光学系による前記第2の方向へのビーム拡大率が、1.1倍以上、5倍以下である、請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。
- 前記第1のビームエキスパンダ光学系による前記第1の方向へのビーム拡大率が、前記第2のビームエキスパンダ光学系による前記第2の方向へのビーム拡大率より大きい、請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。
- 前記第1のビームエキスパンダ光学系は、前記第2のビームエキスパンダ光学系と前記グレーティングとの間に配置された、請求項1又は請求項2記載のレーザ装置。
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバとともに用いられる狭帯域化光学系であって、
前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第1の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第1のビームエキスパンダ光学系と、
複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第1の方向との両方に垂直な第2の方向に拡大させ、前記チャンバ側の光路軸に対して前記グレーティング側の光路軸を前記第2の方向にシフトさせるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第2のビームエキスパンダ光学系と、
を備え、
前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第1のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
狭帯域化光学系。 - 前記第2のビームエキスパンダ光学系は、前記チャンバ側の光路軸と前記グレーティング側の光路軸とが平行となるように配置された、請求項11記載の狭帯域化光学系。
- 前記支持部は、
第1の板と、
前記第1の方向と平行な方向に、前記複数のプリズムをそれぞれ前記第1の板に押し付ける複数のバネ部と、
前記第1の板と対をなして前記複数のプリズム及び前記複数のバネ部を挟んで配置され、前記第1の方向に前記複数のバネ部を押し付ける第2の板と、
を有する、請求項11記載の狭帯域化光学系。 - 前記第1の板に、前記複数のプリズムの姿勢を規定する段差部が形成された、
請求項13記載の狭帯域化光学系。 - 前記グレーティング及び前記支持部が、前記チャンバを挟んで配置された第1のプレート及び第2のプレートの内の、前記第1のプレートに支持された、
請求項11記載の狭帯域化光学系。 - 前記複数のプリズムは、前記第1の方向の偏光成分の反射を抑制するためのコーティングを有する、請求項11記載の狭帯域化光学系。
- 前記第2のビームエキスパンダ光学系による前記第2の方向へのビーム拡大率が、1.1倍以上、5倍以下である、請求項11記載の狭帯域化光学系。
- 前記第1のビームエキスパンダ光学系による前記第1の方向へのビーム拡大率が、前記第2のビームエキスパンダ光学系による前記第2の方向へのビーム拡大率より大きい、請求項11記載の狭帯域化光学系。
- 前記第1のビームエキスパンダ光学系は、前記第2のビームエキスパンダ光学系と前記グレーティングとの間に配置された、請求項11記載の狭帯域化光学系。
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