JPH06334244A - エキシマーレーザー発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、調整の容易な、ビーム強度
を均一にすることができる光共振器を備えたエキシマー
レーザー発振器１０を提供すること。 【構成】 光共振器５外ではなく、光共振器５内の光
路上にビーム均一化光学系１１を配置することに着目し
たもので、全反射鏡３と部分反射鏡４とを備えた光共振
器５を有するエキシマーレーザー発振器であって、光共
振器５内の光路上に、レーザービーム強度を平坦化可能
なビーム均一化光学系１１を配置したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエキシマーレーザー発振
器にかかるもので、とくにビーム断面のビーム強度分布
が均一なレーザービームを得ることができるエキシマー
レーザー発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エキシマーレーザー発振器は種
類の異なる他のレーザー発振器に比べ、上準位寿命が数
ナノ秒と短く、増幅効率が高いために、多重モード発振
となりやすい。このため、エキシマーレーザー発振器か
ら出射するレーザービームのビーム断面強度はきわめて
不均一である。

【０００３】たとえば、放電励起型のエキシマーレーザ
ー発振器では、電極方向にフラットトップな強度分布と
なり、電極と垂直方向にはガウシアンライクな強度分布
となる。

【０００４】図４ないし図６にもとづき概説する。図４
は、一般的なエキシマーレーザー発振器１の概略斜視図
であって、このエキシマーレーザー発振器１は、レーザ
ー容器２と、レーザー容器２の前後にそれぞれ設けた全
反射鏡３および部分反射鏡４を有する光共振器５とを有
する。

【０００５】レーザー容器２には、一対の放電電極６お
よびレーザー発振用のガス媒体を収容し、放電電極６の
間における放電によってプラズマを生成し、光共振器５
によりレーザー発振が行われる。

【０００６】一対の放電電極６はそれぞれその断面をほ
ぼ半円形とすることにより、その間にできるだけ均一な
放電状態を発生させることとし、その長さを２Ｌとす
る。

【０００７】図示のように、放電電極６の頂面６Ａに平
行なその長さ方向をＸ軸（光軸Ａ）とし、一対の放電電
極６を含む平面内であって放電電極６の長さ方向中心を
通る方向をＹ軸とし、放電電極６の上記長さ方向（光軸
Ａ、Ｘ軸）および上記中心方向（Ｙ軸）に垂直な方向を
Ｚ軸とする。

【０００８】放電電極６間では頂面６Ａの部分が放電状
態が最良であり、したがって、出射するレーザービーム
のビーム強度は、この部分からのものが最大となる。た
だし、実際のビーム強度は、部分反射鏡４より外側にお
いてこれを測定するものであるが、説明の便のため、上
記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸にもとづいて以下述べる。

【０００９】すなわち、図５に示すように、Ｚ＝０のＸ
Ｙ平面におけるビーム強度（ＸＹ平面で切ってＸ軸の方
向からみたビーム強度）が最大であり、ここからＺの正
方向および負方向にずれるにしたがって、ビーム強度は
それぞれ次第に弱くなる（ガウシアンライクな強度分
布）。

【００１０】また、図６に示すように、Ｘ軸に垂直なＹ
Ｚ平面におけるビーム強度（ＹＺ平面で切ってＸ軸の方
向からみたビーム強度）は放電電極６の頂面６Ａの間の
間隔２Ｄに相当する部分が最大であり、ここからＹの正
方向および負方向にずれるにしたがって、ビーム強度は
それぞれ次第に弱くなる（フラットトップな強度分
布）。

【００１１】したがって、発振したレーザービームを各
種用途に応用するにあたって、ビーム強度分布を均一化
することは重要であるにもかかわらず、そのビーム伝ぱ
ん方向とは垂直方向（電極間の方向およびビーム伝ぱん
方向とは垂直な方向；Ｚ軸方向）に均一なビーム強度分
布（あるいはフラットトップな強度分布）を得ることが
困難であるという問題がある。

【００１２】従来、このようなビーム強度不均一をなく
すために、図７に示すように、ビームホモジナイザーと
呼ばれる光学系７をエキシマーレーザー発振器１の光共
振器５の外部（部分反射鏡３の外部）に設置することが
行われている。

【００１３】このビームホモジナイザー７は、複数のプ
リズム、反射鏡、およびレンズなどを組み合わせ、ビー
ムを複数個のビームに分割し、そののち、再びこれら複
数個のビームを重ね合わせ、重ね合わせによる積分効果
によってビーム強度の均一化を図るものである。このよ
うなビームホモジナイザーは、たとえば特開平２−３２
３号などに開示されている。

【００１４】しかしながら、従来の方法は、ビーム強度
を均一化させるビームホモジナイザー７などの光学系を
エキシマーレーザー発振器１の光共振器５の外部に設置
するため、以下のような諸問題がある。

【００１５】すなわち、ビームホモジナイザー７により
複数個に分割されたビームは伝播方向がそれぞれ異なる
ために、重ね合わせたのちのビームの広がり角が大きく
なるという問題がある。

【００１６】また、複数個の分割されたビームを重ね合
わせた場合に、ビーム強度が均一になる範囲は、ビーム
伝播方向に狭く、その範囲の前後では均一な強度分布と
ならないという問題がある。

【００１７】さらに、ビーム強度を均一にしようとすれ
ばするほど、ビームの分割数を多くしなければならず、
ビームホモジナイザー７の構成が複雑になる上、その調
整が困難であるという問題がある。

【００１８】しかも、ビームホモジナイザー７を光共振
器５の外部に設置したため、光共振器５およびビームホ
モジナイザー７をそれぞれ独立に調整する必要があり、
調整作業としては二重の手間となるという問題がある。

【００１９】さらにまた、ビームホモジナイザー７は一
般に構成が複雑であり、こうした光学系を光共振器５の
外部に設置したことによって、ビームの伝播効率が低下
し、レーザーのエネルギーを有効に利用することができ
ないという問題がある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、簡単な構成で、上述
の諸問題を解決し、かつ調整の容易な、ビーム強度を均
一にすることができる光共振器を備えたエキシマーレー
ザー発振器を提供することを課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、光共
振器外ではなく、光共振器内の光路上にビーム均一化光
学系を配置することに着目したもので、全反射鏡と部分
反射鏡とを備えた光共振器を有するエキシマーレーザー
発振器であって、上記光共振器内の光路上に、レーザー
ビーム強度を平坦化可能なビーム均一化光学系を配置し
たことを特徴とするエキシマーレーザー発振器である。

【００２２】上記ビーム均一化光学系は、これを上記部
分反射鏡側に配置することができる。

【００２３】上記ビーム均一化光学系は、これを複数の
シリンドリカルレンズを組み合わせた構成とすることが
できる。

【００２４】上記各シリンドリカルレンズは、上記エキ
シマーレーザーの一対の放電電極を含む平面に平行にそ
の長さ方向を配置することができる。

【００２５】上記ビーム均一化光学系は、これを複数の
非球面レンズを組み合わせた構成とすることができる。

【００２６】上記ビーム均一化光学系の位置および傾斜
を上記光軸に対して調整可能な位置・傾斜調整機構を設
けることができる。

【００２７】

【作用】本発明によるエキシマーレーザー発振器におい
ては、光共振器内の光路上にビーム均一化光学系を配置
したので、ビームホモジナイザーなどの光学系を光共振
器の外部に設置したためによる既述の諸問題を解消可能
であり、ビーム均一化光学系によるレーザービームの平
坦化作用によってビーム強度を均一化可能である。

【００２８】さらに、全反射鏡および部分反射鏡からな
る光共振器とともにビーム均一化光学系を調整してレー
ザー発振させると同時に、ビームを均一化することが可
能となり、光共振器およびビーム均一化光学系の調整作
業を簡便化することが可能となる。

【００２９】

【実施例】つぎに本発明の第一の実施例によるエキシマ
ーレーザー発振器１０を図面にもとづき説明する。ただ
し、以下の説明において、図４ないし図７と同様の部分
には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。

【００３０】図１は上記エキシマーレーザー発振器１０
を示す概略構成図であって、図４にもとづき前述したＹ
軸方向からみた図である。このエキシマーレーザー発振
器１０は、レーザー容器２と、全反射鏡３および部分反
射鏡４を有する光共振器５と、ビーム均一化光学系１１
とを有する。

【００３１】このビーム均一化光学系１１は、光軸Ａに
垂直なシリンドリカルレンズ、たとえばシリンドリカル
凹レンズ１２およびシリンドリカル凸レンズ１３を組み
合わせたものである。

【００３２】これらシリンドリカル凹レンズ１２および
シリンドリカル凸レンズ１３は、図４の一対の放電電極
６を含む平面（ＸＹ平面）に平行にその長さ方向（紙面
に直角なＹ方向）を配置してある。

【００３３】なお、ビーム均一化光学系１１のシリンド
リカル凹レンズ１２およびシリンドリカル凸レンズ１３
の光軸Ａに対する傾斜およびズレを調整可能な位置・傾
斜調整機構１４を設けてある。

【００３４】以下、エキシマーレーザー発振器１０の動
作について説明する。レーザー容器２から放射されたビ
ームは、ビーム均一化光学系１１に入射される。入射さ
れたビームは、シリンドリカル凹レンズ１２によりビー
ム幅を拡大され、シリンドリカル凸レンズ１３により集
光されて、光軸Ａに平行なビームとなってレーザー容器
２および全反射鏡３側に戻り、ビーム均一化が行われる
とともに、レーザー発振が起こる。

【００３５】しかも、ビーム均一化光学系１１を光共振
器５の内部に設置したので、位置・傾斜調整機構１４な
どにより光軸Ａの調整がうまくいかないときには、レー
ザー発振するにいたらず、逆に言うと、レーザー発振す
るように光軸調整を行えば、この調整作業だけで均一な
ビームを得ることができることになる。

【００３６】図２および図３は、本発明の第二の実施例
によるエキシマーレーザー発振器２０の要部拡大概略構
成図であって、このエキシマーレーザー発振器２０では
非球面レンズを組み合わせた構成としている。

【００３７】すなわち、エキシマーレーザー発振器２０
はビーム均一化光学系（平行光線変換部）２１として、
部分反射鏡４とレーザー容器２との間に、一対の非球面
凹レンズ２２および非球面凸レンズ２３を有している。

【００３８】こうした構成のエキシマーレーザー発振器
２０において、左方つまりレーザー容器２側から入射し
た入射ビームＢは、非球面凹レンズ２２によりビーム幅
を拡大され、非球面凸レンズ２３を透過してこれにより
集光されて、均一なビーム強度プロフィルを有する平坦
ビームＦに変換される。

【００３９】かくして、ビーム均一化光学系２１と光共
振器５との間に正確なアライメントが成立して、この平
坦ビームＦが部分反射鏡４により部分的に反射されて全
反射鏡３側に戻り、レーザー発振が起こる。

【００４０】図３はこのビーム均一化が起こらない場合
を図示したもので、位置・傾斜調整機構１４による調整
が不十分で、入射ビームＢが非球面凹レンズ２２を通っ
て非球面凸レンズ２３により適正に均一化されないとき
には、部分反射鏡４での反射も適正に行われず、結局レ
ーザー発振も起こらないものである。

【００４１】すなわち、図中破線により示すように、上
記アライメントが外れた場合には、破線のビームＢ１は
部分反射鏡４により反射されてもそのまま全反射鏡３に
は戻らず、光共振器５を構成することができない。

【００４２】要するに、ビーム均一化光学系２１の光軸
Ａに対する調整がうまくいかないときには、レーザー発
振するにいたらず、逆に言うと、レーザー発振するよう
に光軸調整を行えば、この調整作業だけで均一なビーム
を得ることができることになる。

【００４３】したがって、従来のようにレーザーの調整
とビームホモジナイザーの調整とを別個に行なうことな
く、レーザー発振するように光軸調整を行うことによっ
て、それだけで均一なビームが得られることになる。

【００４４】なおまた、図１ないし図３の各実施例で
は、光共振器５をレーザー容器２の外部に設置した、い
わゆる外部共振タイプについて図示しているが、レーザ
ー容器２の内部に光共振器５を設置した、いわゆる内部
共振タイプについても、ビーム均一化光学系１１、２１
を部分反射鏡４の手前側に設置することにより同様の作
用効果を期待することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エキシマ
ーレーザー発振器の光共振器の内部にビーム均一化光学
系を配置したことにより、レーザー発振を行うように調
整するだけで、エキシマーレーザー発振器からの出射ビ
ームのビーム強度を均一化することができる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例によるエキシマーレーザ
ー発振器１０の概略構成図である。

【図２】本発明の第二の実施例によるエキシマーレーザ
ー発振器２０の要部拡大概略構成図である。

【図３】同、ビーム均一化が起こらない場合を示したエ
キシマーレーザー発振器２０の要部拡大概略構成図であ
る。

【図４】従来のエキシマーレーザー発振器１の概略斜視
図である。

【図５】同、Ｚ軸方向におけるＸＹ平面におけるビーム
強度のグラフである。

【図６】同、Ｘ軸方向におけるＹＺ平面におけるビーム
強度のグラフである。

【図７】同、ビームホモジナイザー７をエキシマーレー
ザー発振器１の光共振器５の外部（部分反射鏡３の外
部）に設置した構成を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ エキシマーレーザー発振器 ２ レーザー容器 ３ 全反射鏡 ４ 部分反射鏡 ５ 光共振器 ６ 一対の放電電極 ６Ａ 一対の放電電極６の頂面 ７ ビームホモジナイザーと呼ばれる光学系 １０ エキシマーレーザー発振器 １１ ビーム均一化光学系 １２ シリンドリカル凹レンズ １３ シリンドリカル凸レンズ １４ 位置・傾斜調整機構 ２０ エキシマーレーザー発振器 ２１ ビーム均一化光学系 ２２ 非球面凹レンズ ２３ 非球面凸レンズ Ａ 光軸 Ｂ 入射ビーム Ｂ１ アライメントが外れた入射ビーム Ｆ 平坦ビーム ２Ｌ 放電電極６の長さ ２Ｄ 放電電極６の頂面６Ａの間の間隔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全反射鏡と部分反射鏡とを備えた光共
   振器を有するエキシマーレーザー発振器であって、 前記光共振器内の光路上に、レーザービーム強度を平坦
   化可能なビーム均一化光学系を配置したことを特徴とす
   るエキシマーレーザー発振器。
2. 【請求項２】 前記ビーム均一化光学系は、これを前
   記部分反射鏡側に配置したことを特徴とする請求項１記
   載のエキシマーレーザー発振器。
3. 【請求項３】 前記ビーム均一化光学系は、これを複
   数のシリンドリカルレンズを組み合わせた構成とするこ
   とを特徴とする請求項１記載のエキシマーレーザー発振
   器。
4. 【請求項４】 前記各シリンドリカルレンズは、前記
   エキシマーレーザーの一対の放電電極を含む平面に平行
   にその長さ方向を配置したことを特徴とする請求項３記
   載のエキシマーレーザー発振器。
5. 【請求項５】 前記ビーム均一化光学系は、これを複
   数の非球面レンズを組み合わせた構成とすることを特徴
   とする請求項１記載のエキシマーレーザー発振器。
6. 【請求項６】 前記ビーム均一化光学系の位置および
   傾斜を前記光軸に対して調整可能な位置・傾斜調整機構
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のエキシマーレ
   ーザー発振器。