JPS6276790A - Ion excimer laser - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a laser for oscillating vacuum ultraviolet laser practically by heating a plasma by self-contraction of the plasma, and applying an axial magnetic field thereto to efficiently form ion excimer. CONSTITUTION:When discharge starting gas is supplied from gas cylinder 7 to a vacuum vessel 1 and voltage is applied to electrodes 6, 6', the vessel 1 is heated by the heat generated by a glow discharge to high temperature to evaporate ion excimer medium substance 9. When the vapor of the substance 9 is sufficiently filled in the vessel 1, a DC current is fed to a coil 11, to form an axial magnetic field. Then, a high voltage is applied between the electrodes 6 and 6', a large pulse current is fed so that discharge plasma 15 formed by thetamagnetic field formed by the electrodes 6, 6' is self-contracted to become temperature for effectively ion excimer reaction. Thus, ion excimer laser can be simply and efficiently formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は短波長特に真空紫外域レーザ発振を行うことが
できるイオン・エキシマ・レーデ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an ion excimer radar device capable of performing short wavelength laser oscillation, particularly in the vacuum ultraviolet region.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

イオン・エキシマは短波長特に真空紫外域のレーデ発振
を行うことが可能なレーザ媒質として期待されており、
これについて文献（ＩＥＥＥＪ、　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕ
ｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　ＱＥ−２１ＰＰ１７９
−１８１（１９８５））Ｋイオン・エキシマの原理が説
明されている。Ion excimer is expected to be a laser medium capable of performing Raded oscillation at short wavelengths, especially in the vacuum ultraviolet region.
There is a literature regarding this (IEEEJ, of Quantu
m Electronics, QE-21PP179
-181 (1985)) explains the principle of K-ion excimer.

すなわち、第３図のように塩化カリウムｒ＜ｃｔを気化
し、適轟な励起を行うことにより（Ｋ＋Ｃ６）”という
、（Ｋ＋Ｃ４−）というイオンのエキシマを作る。この
（Ｋ　Ｃ４）は第３図に示すように励起された状態（Ｋ
Ｃｌ）でのみ安定で基底状態（Ｋ＋Ｃ４）は安定でなく
、直ちにＫ　とＣｔとに解離してしまう。従って、（Ｋ
ｃｔ）　　という励起分子イオン、すなわちイオン・エ
キシマを作りさえすればレーデ発振可能な励起状態が得
られたことばなる。しかるにこの励起状態を作るのが困
難で、従来は効果的なイオン・エキシマの生成手段は見
出されていなかった。That is, as shown in Fig. 3, by vaporizing potassium chloride r<ct and applying appropriate excitation, excimers of ions (K+C4-), called (K+C6)'', are created.This (K C4) is the third The excited state (K
It is stable only in the ground state (K+C4), and immediately dissociates into K and Ct. Therefore, (K
ct), an excited state capable of Rade oscillation can be obtained by creating an excited molecular ion, that is, an ion excimer. However, it is difficult to create this excited state, and so far no effective means of generating ion excimers has been found.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこのような事情にもとづいてなされたもので、
イオン・エキシマ全効率良く作ることができ、これによ
シ実用的な真空紫外域レーザ発振を行うことができるイ
オン・エキシマ・レーザ装置を提供することを目的とす
る。The present invention was made based on these circumstances, and
It is an object of the present invention to provide an ion excimer laser device that can produce an ion excimer with high efficiency and thereby perform practical vacuum ultraviolet laser oscillation.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上記目的を達成するため以下のように構成した
ものである。第１番目の発明ではプラズマの自己収縮に
よりプラズマを加熱し、これに軸方向磁界を加えてプラ
ズマ温度を制御するものである。第２番目の発明では上
記第１番目の発明に断熱膨張によシ上記プラズマを冷却
して発振波長幅の狭いレーザ光を発振させるようにした
ものである。In order to achieve the above object, the present invention is constructed as follows. In the first invention, the plasma is heated by self-contraction of the plasma, and an axial magnetic field is applied thereto to control the plasma temperature. A second invention is the first invention in which the plasma is cooled by adiabatic expansion to oscillate a laser beam with a narrow oscillation wavelength width.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例について図面を６照して説明する
が、はじめに第１図に示す第１の実施例について説ツコ
する。ｌは真空容器で、この左右の端板２，２′の中央
部にはレーデ光取り出し用窓３，３′が形成されている
。上記真空容器１には真空引き用の配管の一端部が連通
されるとともＫこの一部にバルブ４が設けられ、上記配
管の他端部には真空ボンｆ５が連通されている。上記真
空容器ｌ内には一対のリング状対向電極６，６′が配置
固定され、この電極６，６′間にグロー放電が行われる
ように図示しない電源が接続されるようになっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but first the first embodiment shown in FIG. 1 will be explained. 1 is a vacuum vessel, and windows 3, 3' for extracting Radical light are formed in the center of the left and right end plates 2, 2'. One end of a vacuum piping is communicated with the vacuum vessel 1, a valve 4 is provided in a part of this, and a vacuum bomb f5 is communicated with the other end of the piping. A pair of ring-shaped opposing electrodes 6, 6' are arranged and fixed in the vacuum vessel 1, and a power source (not shown) is connected so that glow discharge is generated between the electrodes 6, 6'.

また上記真空容器ｌ内に、この外部に設置されているガ
スゴンペ７からグロー放電起動用ガス例えばへりラムが
供給できるように配管が連通され、この配管の途中には
バルブ８が設けられている。また上記真空容器１の内壁
にはイオン・エキシマ用媒質物質例えば塩化カリウムＫ
Ｃ１が設けられ、これは真空容器１が高温になると蒸発
して作動ガスとなるものである。上記真空容器１の外壁
には断熱層１０が形成され、これによシ真空容器ｌが高
温となった状態が保たれるようになっている。上記断熱
層１０の外周部に軸方向磁場（電極６，６′を結ぶ線の
方向磁場）を発生するための例えば円筒状のコイル１ノ
が配設され、これには図示しない外部電源から一定の直
流電流が供給されるよう釦なっている。上記端板２、ｙ
のレーザ光取り出し用窓３．、？’に近接してそれぞれ
ミラー１２．１３が配設され、このミラー１２．１３に
よって光共振器を構成するものであって、上記ミラー１
２．１３のうち１２はレーデ光１４を外部に取り出すた
め、一部がレーデ光１４が透過可能となっている。Further, a pipe is connected to the vacuum vessel l so that a gas for starting glow discharge, such as a helium, can be supplied from a gas gompe 7 installed outside the vacuum vessel l, and a valve 8 is provided in the middle of this pipe. Further, the inner wall of the vacuum vessel 1 is coated with an ion/excimer medium material such as potassium chloride K.
A gas C1 is provided, which evaporates to become a working gas when the vacuum container 1 reaches a high temperature. A heat insulating layer 10 is formed on the outer wall of the vacuum container 1, so that the vacuum container 1 is maintained at a high temperature. For example, a cylindrical coil 1 is disposed on the outer periphery of the heat insulating layer 10 to generate an axial magnetic field (magnetic field in the direction of the line connecting the electrodes 6 and 6'). The button is designed to supply direct current. The above end plate 2, y
Laser light extraction window 3. ,? Mirrors 12 and 13 are disposed adjacent to each of the mirrors 12 and 13, and these mirrors 12 and 13 constitute an optical resonator.
Since 12 out of 2.13 take out the Rade light 14 to the outside, some of them allow the Rade light 14 to pass through.

なお１５は放電生成プラズマを示している。Note that 15 indicates discharge generated plasma.

このようにネ／ｆ成されたイオン・エキシマ・レーデ装
置の作用について説明する。真空ポンプ５で真空容器ｌ
内を真空とした後、ボンベ７から真空容器１内に放電起
動用ガスを供給し、電極６，６′に電圧印加すると、電
極６，６′間にグロー放電が生じ、このグロー放電によ
シ発生する熱で真空容器ノ内が高温に加温され、これＫ
よってイオン・エキシマ用媒質物質９が真空容器ｌ内に
蒸発する。The operation of the ion excimer radar device constructed in this way will be explained. Vacuum container l with vacuum pump 5
After creating a vacuum inside the vacuum container 1, discharge starting gas is supplied from the cylinder 7 into the vacuum container 1, and when voltage is applied to the electrodes 6 and 6', a glow discharge occurs between the electrodes 6 and 6', and this glow discharge causes The heat generated heats the inside of the vacuum container to a high temperature, which causes
Therefore, the ion excimer medium material 9 evaporates into the vacuum container l.

そして真空容器ｌ内が十分に高温となってイオン・エキ
シマ用媒質物質９の蒸気が十分に真空容器１内に満たさ
れたところで、コイル１１に図示しない外部電源から一
定の直流電流を流して軸方向（レーザ光１４０光軸方向
）磁場を形成する。次に別の図示しない高圧電源から電
極６，６′間に高電圧を印加し、大電流をパルス状に流
し、電極６，６′自身が作るθ方向磁場（レーデ１４と
は直角方向の磁場〕により生成される放電生成プラズマ
１５が自己収縮（Ｚピンチ）する。このとき、すでにコ
イル１１によＰ）適当な強さの軸方向侭場が形成されて
いるので、自己収縮された放電生成プラズマ１５の温度
は、適当な値以上には上昇せず第３図に示した（ＫＣｌ
）→（Ｋ　Ｃ７）　　のイオン・エキシマ生成反応が効
果的に行なわれる温度となる。従って、レーデ光取シ出
し用窓３．ｙの外部に設置されたミラー１２．１３から
なる光共振器によシレーデ発振が起シ、ミラー１２から
レーデ光１４として放射される。この場合たとえばＣＫ
　ｃｔ）の場合には１０５　ｎｍから１５２　ｎｍのレ
ーデ光となる。When the temperature inside the vacuum vessel 1 has reached a sufficiently high temperature and the vapor of the ion/excimer medium 9 has sufficiently filled the vacuum vessel 1, a constant DC current is applied to the coil 11 from an external power source (not shown). A magnetic field is formed in the direction (direction of the optical axis of the laser beam 140). Next, a high voltage is applied between the electrodes 6 and 6' from another high-voltage power supply (not shown), and a large current is passed in a pulsed manner to generate a θ-direction magnetic field (a magnetic field perpendicular to the radar 14) generated by the electrodes 6 and 6' themselves. ] The discharge-generated plasma 15 generated by P) self-contracts (Z-pinch).At this time, since an axial directional field of suitable strength has already been formed in the coil 11, the self-contracted discharge generated plasma 15 The temperature of the plasma 15 did not rise above an appropriate value as shown in Figure 3 (KCl
)→(K C7) This is the temperature at which the ion/excimer production reaction is effectively carried out. Therefore, the LED light extraction window 3. Schillede oscillation is generated by an optical resonator made up of mirrors 12 and 13 installed outside the mirror 12, and is emitted from the mirror 12 as Radede light 14. In this case, for example, CK
ct), it becomes Raded light of 105 nm to 152 nm.

以上述べ次実施例によれば、従来レーデ発振させる有効
な装置や手法の存在しなかつ次イオン・エキシマ・レー
デ装置が簡単な構遜で効率よく得られる。As described above, according to the following embodiment, a next ion excimer Rade device can be obtained efficiently with a simple construction, even though there is no conventional effective device or method for generating Rade oscillation.

次に第２図に示す本発明によるイオン・エキシマ・レー
デ装置の第２の実施例について説明する。ここでは第１
図と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
異る部分のみ説明する。すなわち、上記レーデ光取シ出
し用窓３とミラー１２との間に例えばエタロン板からな
る中空体内に何らかのガスが入っているＱスイッチ１６
が設けられ、このＱスイッチ７６にはこれを駆動するた
めの駆動装置１７が配管により接続され、これによりそ
の間に１波長を瞬時に変化できるようになっている。こ
のような構成を設けることにより、大電流によるプラズ
マの自己収縮により、十分にイオン・エキシマが生成さ
れ念状態で、大電流をゼロとして自己収縮されたプラズ
マを断熱膨張させてプラズマを冷却する。Next, a second embodiment of the ion excimer radar device according to the present invention shown in FIG. 2 will be described. Here, the first
Parts that are the same as those in the figures are given the same reference numerals and their explanations are omitted.
Only the different parts will be explained. That is, a Q switch 16 in which some gas is contained in a hollow body made of an etalon plate, for example, between the radar light extraction window 3 and the mirror 12.
A driving device 17 for driving the Q switch 76 is connected to the Q switch 76 by piping, so that one wavelength can be changed instantaneously. By providing such a configuration, sufficient ion excimers are generated by the self-contraction of the plasma due to the large current, and the self-contracted plasma is adiabatically expanded with the large current set to zero in a virtual state to cool the plasma.

このように構成された本発明による第２の実施例のイオ
ンーニキシマ・レーデ装置は以下のように作用する。す
なわち、第３図で生成されたイオン・エキシマ（Ｋ＋Ｃ
１）＊ｉｌ’ｉ十分子Ｃ低いレベルまで全てが保持され
ることから、ここでＱスイッチ１６を出力波長に同調さ
せると、光共振器のＱ値が、急速に上昇してレーデ発振
が生ずる。The ion Nikkisima Rade device of the second embodiment of the present invention constructed as described above operates as follows. That is, the ion excimer (K+C
1) Since everything is maintained down to a low level, if the Q switch 16 is tuned to the output wavelength, the Q value of the optical resonator will rapidly increase and Raded oscillation will occur. .

しかもイオン・エキシマ（Ｋ　Ｃｌ）　　のエネルギは
全て揃っているので発振波長のスペクトルは十分に鋭い
ものとなる。この場合たとえば（Ｋ　Ｃ４）　　では１
５２　ｎｍのみの発振となる。よってレーザ光として理
想的な性質をもった光が得られることになる。Furthermore, since the energy of the ion excimer (K Cl) is all the same, the spectrum of the oscillation wavelength is sufficiently sharp. In this case, for example, (K C4) is 1
It oscillates only at 52 nm. Therefore, light with ideal properties as a laser beam can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた本発明によればイオン・エキシマを効率良く
作ることができ、これにより実用的な真空紫外域レーデ
発、ｌＨ’ｒ行うことができるイオン・エキシマ・レー
ザ装＠を提供できる。According to the present invention described above, an ion excimer can be efficiently produced, thereby providing an ion excimer laser device that can perform practical vacuum ultraviolet radar emission and lH'r.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図および第２図はそれぞれ本発明によるイオン・エ
キシマ・レーデ装置の第１および第２の実施例を示す概
略断面図、第３図はイオン・エキシマ発振の原理を説明
するための図である。 ｌ・・・真空容器、２，２′・・・端板、３１．／・・
・レーザ光取り出し用窓、４，８・・・バルブ、５・・
・真空ポンプ、　６　、６’・・・電極、７・・・起動
ガスボンベ、９・・・レーザ媒質物質、ｌＯ・・・断熱
層、１１・・・コイル、１２．１３・・・ミラー、１４
・・・レーデ光、１５・・・Ｑスイッチ、１６・・・駆
動装置。 第　１　図 第２図 昭和　　年　　月　　日 １４許庁長官　　学費　心付　殿 １、事件の表示 ｆｉ願昭６０−２１６６５５号 ２、発明の名称 イオン・エキシマ・レープ装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）株式会社　東芝 ４、代理人 東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号第１７森ビル６、補
正の対象 明細実全文1 and 2 are schematic sectional views showing first and second embodiments of the ion excimer radar device according to the present invention, respectively, and FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of ion excimer oscillation. be. 1... Vacuum container, 2, 2'... End plate, 31. /...
・Laser light extraction window, 4, 8...bulb, 5...
・Vacuum pump, 6, 6'... Electrode, 7... Starting gas cylinder, 9... Laser medium material, lO... Heat insulating layer, 11... Coil, 12.13... Mirror, 14
...Rede light, 15...Q switch, 16... Drive device. Fig. 1 Fig. 2 Showa year, month, day 14 Commissioner of the License Agency Tuition fees Gratuity Mr. 1, Indication of the case FI Application No. 60-216655 2, Name of the invention Ion Excimer Rape Device 3, Person making the amendment Related: Patent applicant (307) Toshiba Corporation 4, Agent No. 17 Mori Building 6, 1-26-5 Toranomon, Minato-ku, Tokyo, Full text of the details subject to amendment

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）内部にイオン・エキシマ媒質物質および対向する
電極を設け、この電極間を放電可能な真空容器と、この
真空容器内を高温にして上記イオン・エキシマ媒質物質
の蒸気を発生させる手段と、上記電極間に生成されるプ
ラズマを自己収縮させる手段と、上記電極を結ぶ線方向
に磁界を発生させてイオン・エキシマを発生する磁界発
生手段と、上記イオン・エキシマをレーザ発振させる共
振手段とからなるイオン・エキシマ・レーザ装置。(1) a vacuum container having an ion excimer medium material and opposing electrodes therein and capable of discharging between the electrodes; and means for generating vapor of the ion excimer medium material by heating the inside of the vacuum container to a high temperature; means for self-contracting the plasma generated between the electrodes; magnetic field generating means for generating an ion excimer by generating a magnetic field in the direction of a line connecting the electrodes; and resonance means for causing the ion excimer to oscillate as a laser. An ion excimer laser device. （２）内部にイオン・エキシマ媒質および対向する電極
を設け、この電極間を放電可能な真空容器と、この真空
容器内を高温にして上記イオン・エキシマ媒質物質の蒸
気を発生させる手段と、上記電極間に生成されるプラズ
マを自己収縮させる手段と、上記電極を結ぶ線方向に磁
界を発生させてイオン・エキシマを発生する磁界発生手
段と、上記イオン・エキシマをレーザ発振させる共振手
段と、上記イオン・エキシマを断熱膨張に上記プラズマ
を冷却し上記共振手段のＱ値を上昇させるＱスイッチと
からなるイオン・エキシマ・レーザ装置。(2) a vacuum vessel having an ion excimer medium and opposing electrodes therein and capable of discharging between the electrodes; a means for heating the inside of the vacuum vessel to a high temperature to generate vapor of the ion excimer medium; means for self-contracting the plasma generated between the electrodes; magnetic field generating means for generating an ion excimer by generating a magnetic field in the direction of a line connecting the electrodes; resonance means for causing the ion excimer to oscillate as a laser; An ion excimer laser device comprising a Q switch that adiabatically expands the ion excimer to cool the plasma and increase the Q value of the resonance means.