スラブ型レーザ装置
【課題】パルスレーザを放射するスラブ型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ装置について、より効率の高い、設置面積を縮小できるレーザ装置を提供する。
【解決手段】スラブ型ガスレーザ媒体部３０の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラー１１，１２とカップリング装置で構成され、内部で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にカップリング装置を駆動してレーザ光を増幅器部２０に入射させる発振器部１０と、入射したレーザ光を偏向する入射ミラー２１と、スラブ型ガスレーザ媒体部３０の一部を挟んで対向する折返しミラー２２，２３の間をレーザ光が複数回往復するように構成され、レーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力する増幅器部２０を備える。
【解決手段】スラブ型ガスレーザ媒体部３０の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラー１１，１２とカップリング装置で構成され、内部で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にカップリング装置を駆動してレーザ光を増幅器部２０に入射させる発振器部１０と、入射したレーザ光を偏向する入射ミラー２１と、スラブ型ガスレーザ媒体部３０の一部を挟んで対向する折返しミラー２２，２３の間をレーザ光が複数回往復するように構成され、レーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力する増幅器部２０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザを放射するスラブ型レーザ装置に関し、特に極端紫外（ＥＵＶ）光源装置においてターゲット物質に照射してプラズマ化し極端紫外光を放射させるドライバレーザを出力するスラブ型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィも微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、さらには５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（reduced projection reflective optics）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
最近では、ＡｒＦレーザの液浸方式により、４５ｎｍの微細加工までできるようになり、ＥＵＶ光は３２〜２２ｎｍ以下の微細加工がＥＵＶリソグラフィにより行われようとしている。
【０００３】
ＥＵＶ光源として、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ生成プラズマ）光源がある。ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πステラジアンという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力である。最近は、約４πステラジアンまでの集光ミラーが製造可能となり、１００Ｗ程度のＥＵＶ光の出力が必要となってきている。
【０００４】
図３１は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源のシステム構成を示す。
ＥＵＶ光源は、真空チャンバ内に存在するターゲットたとえばスズ（Ｓｎ）にドライバレーザを集光することによりプラズマを生成する。生成したプラズマからは、極端紫外光（ＥＵＶ）を含む様々な波長成分が放射されるので、その内の所望のＥＵＶ成分を、集光ミラー（ＥＵＶ集光ミラー）を用いて選択的に反射集光し、ＥＵＶ光を利用する露光機などの機器に出力する。
ＥＵＶ光源には１００Ｗを超える出力が要求されており、比較的高効率にＥＵＶを発生する、たとえば炭酸ガス（ＣＯ２）レーザスズ（Ｓｎ）プラズマであっても、産業用途に用いるためには、プラズマ生成用ドライバレーザを放射するＣＯ２レーザ装置の高効率化、省スペース化が要求される。
【０００５】
図３２は、ドライバレーザとして用いられる発振増幅型レーザの構成を示す概略図である。
プラズマ生成にはパルスレーザが使われるので、図に示す発振増幅型レーザは、短パルスＣＯ２レーザ発生器であるレーザ発振器と、短パルスＣＯ２レーザ光を増幅するレーザ増幅器とから構成される。レーザ増幅器は、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、さらに、必要に応じて、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、キセノン（Ｘｅ）等を含むＣＯ２レーザガスを放電によって励起する放電装置を有している。
【０００６】
レーザ発振器から出射したエネルギーＡを有するレーザ光（シードレーザ光）は、レーザ増幅器において所望のエネルギーＢを有するレーザ光に増幅される。このエネルギーＢを有するレーザ光は、レーザ光伝播系を通して、又は、レンズによって集光されて、錫（Ｓｎ）やキセノン（Ｘｅ）等から選択されるＥＵＶ発光ターゲット物質に照射される。
【０００７】
出願人らは、既に特願２００７−１８６７９８により、レーザエネルギーＡをレーザエネルギーＢまで増幅するレーザ増幅器として、第１のウインドウから入射するレーザ光を多重反射することにより放電領域内を伝播させて第２のウインドウから出射させる複数のミラーを有する光学系を含むスラブ型レーザ増幅器を採用した極端紫外光源装置用ドライバレーザを開示している。
【０００８】
開示したドライバレーザ装置によれば、入射したレーザがレーザ媒体中を複数回往復するようにしたマルチパス方式を採用するためドライバレーザの小型化が可能で、レーザ光の増幅を効率良く行うことができる。
しかし、上記構成を有する発振増幅型レーザ装置では、発振器と増幅器の最低２台のレーザモジュールで構成されるため、広い設置面積が必要とされるという問題がある。
【０００９】
なお、出願人の調査によっては、本願発明に対する的確な先行技術文献が検出できなかったが、関連する技術として、非特許文献１が、高速軸流ＣＯ２レーザ増幅器について開示する。
【非特許文献１】有我達也、遠藤彰，「極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ光源用ＣＯ２レーザ」，Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，新技術コミュニケーションズ，平成１６年１２月，第２８巻，第１２号，ｐ．１２６３−１２６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、パルスレーザを放射するスラブ型レーザ装置、特に極端紫外（ＥＵＶ）光源装置においてターゲット物質に照射してプラズマ化し極端紫外光を放射させるドライバレーザ光を出力するスラブ型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ装置について、より効率の高い、設置面積を縮小できるレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のスラブ型レーザ装置は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、その電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起されるスラブ型ガスレーザ媒体部と、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、内部で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にそのカップリング装置を駆動してレーザ光を増幅器部に入射させる発振器部と、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力する増幅器部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のスラブレーザ装置は、発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置からなり、スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起される。そして、発振器部は、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にカップリング装置を駆動して出力されたレーザ光を増幅器部に入射させる。そして、増幅器部は、入射したレーザ光がスラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明のスラブ型レーザ装置は、たとえば、ポッケルスセルとポーラライザとカップリングミラーで構成されるカップリング装置を用いて発振器部から増幅器部にレーザ光を伝送するので、発振器部と増幅器部で1個のガスレーザ媒体部を共用することができるようになり、設置面積を縮小してより高い効率でパルスレーザを出力することができる。
なお、カップリング装置は、共振器中で共振した光を必要な時に外部にレーザ光を出力するための装置あり、必ずしもカップリングミラーで構成しなくてもよい。例えば、少なくとも、ポケルスセルとポーラライザの組合せ、または、光音響素子からなってもよい。
【００１４】
また、発振器部を、シングルラインシーダーあるいは炭酸ガスレーザ装置や固体レーザ装置から得られるマルチラインシーダーなどの種レーザ光を取り込んで共振器ミラー間で増幅する再生増幅器部に代えた構成とすることもできる。種レーザ光を使用する場合は、共振器ミラーの間にλ／４波長板と２個のポッケルスセルとポーラライザを配置して、２個のポッケルスセルを制御することにより種レーザ光の取り込みと再生増幅器における共振増幅と増幅器部への出力を支配して、パルスレーザ光を出力することができる。
さらに、シングルラインシーダーの例としては、炭酸ガスレーザの増幅ラインの波長で発振するシングル縦モードの半導体レーザであってもよい。また、マルチラインシーダーの例としては、複数の炭酸ガスレーザの増幅ラインのレーザ光を出す半導体レーザもしくは、複数台のシングル縦モードの半導体レーザを合波したレーザ光であってもよい。
また、再生増幅器部の共振器には種レーザ光を共振器内に注入するための第１のカップリング装置と共振して増幅されたレーザ光を共振器の外部に出力するための第２のカップリング装置で構成してもよい。
【００１５】
レーザ媒体として炭酸ガスを含むＣＯ２レーザ媒体を使用する場合は、出力されるパルスレーザ光は、スズ粒子などをターゲットとしてプラズマ化し極端紫外光を放射させるためのドライバレーザ光として利用することができる。
なお、増幅器部の折返しミラーは、平面鏡同士、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡など、目的に適合する各種の組合せが可能である。
また、増幅器における寄生発振を防ぐために、折返しミラーの間に６フッ化イオウなどの可飽和吸収体を配置してもよい。
さらに、増幅器部のマルチパス増幅器は、入射するレーザ光が増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１の定点を通過して、最後のレーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、第１の定点における入射ビームの断面の像を、第２の定点において、転写結像させる光学システムで構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記のようなスラブ型ＣＯ２レーザ増幅器を用いてドライバレーザを構成するので、ドライバレーザを小型化し、レーザ光の増幅を効率良く行うことができ、ビームの広がりを抑制して集光性に優れたレーザ光を得ることができる。
したがって、本発明のレーザ装置を極端紫外光源装置のドライバレーザ発生装置として利用すれば、省スペースの効率の良いＥＵＶ発生装置を得ることができる。
また、同一のスラブレーザ装置において、マルチラインシーダーの光を再生増幅器で増幅した後に、同一のスラブレーザ内のマルチパス増幅器でさらに増幅することができるため、コンパクトでしかも増幅効率が向上する。
【００１７】
特に、発振器部または再生増幅器部から出力されたレーザ光がマルチパス増幅器に入射するレーザ光が増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１定点を通過して、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、前記第１の定点における入射ビームの断面の像を、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムで構成することにより、増幅部の光軸が安定するので、全体装置の光軸調整および組立が極めて容易になると同時に、増幅効率高く維持されるため、レーザが高出力で出力の安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、各図面において若い番号の図面に記載されたものと同一の機能を有する構成要素には同一の参照番号を付して、説明の重複を回避した。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施形態に係るスラブ型レーザ装置は、露光装置に極端紫外光（ＥＵＶ）を供給する極端紫外光源装置におけるターゲット物質に照射してプラズマ化するレーザビームを供給するＣＯ２レーザ装置である。
【００２０】
スラブ型レーザ装置は、１体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。
ＣＯ２レーザ媒体部３０は、高周波電源（図示せず）に接続された１対の電極が対向して設置された領域で、電極に高周波電圧を印加することにより電極で挟んだ炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体を励起して電極の間にスラブ型の放電領域が形成される。
【００２１】
発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４、カップリングミラー１５で構成される。
発振器部１０では、偏光方向を高速でスイッチするＱスイッチを構成するＥＯポッケルスセル１３を使って１０ｎｓ程度の短パルスＣＯ２レーザ光を発生させる。なお、パルス幅が１００ｎｓ程度のレーザ光が欲しいときは、ＥＯポッケルスセル１３に代えて音響光学素子（ＡＯ素子）にすることができる。
【００２２】
ポーラライザ１４はＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する光学素子である。また、ＥＯポッケルスセル１３は高電圧を印加したときにのみ偏光が回転する光学素子である。
ＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加しないときは偏光状態が変化しないので、発振器部１で発生したＰ偏光のレーザ光は、共振器ミラー１１，１２の間を多数回往復しレーザ媒体のエネルギーを転移して増強することができる。すなわち、レーザ光がレーザ媒体を通過することによって誘導放出が発生し、レーザ光は増幅される。
発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光は、λ/４波長電圧を印加したＥＯポッケルスセル１３を往復する間にＳ偏光となり、ポーラライザ１４で反射してカップリングミラー１５に入射し、カップリングミラー１５で反射して増幅器部２０に入射する。
このように、所望のタイミングで共振器で共振した光を共振器の外部へ出力する、または、共振器中に導入する機構をカップリング装置と呼ぶ。
【００２３】
増幅器部２０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、入射ミラー２１、１対の折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３で構成される。
折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３は平面鏡で、ＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んで平行に対向して配置される。発振器部１０から入射したＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１で偏向して、平行に配設された折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間に入射して、折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間を多重反射しながら反射位置をずらせていって、最後に折返しミラー２２の端から射出し、スラブ型レーザ装置の出力窓を介してＥＵＶ光生成チャンバや別のＣＯ２レーザ増幅器に供給される。
ＣＯ２レーザ光は、励起されたＣＯ２レーザ媒体中を往復走行する間に出力を増幅し、高出力のレーザ光になる。
【００２４】
共振器と増幅器を直列に接続した従来のスラブ型レーザ装置と比較すると、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、ＣＯ２レーザ媒体を増幅器部２０と共用してレーザ発振器部１０を形成するので、従来２個あった構成部品が一つに纏まり、装置の構成が単純化しかつ小型になった。また、発振器部１０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させる上、増幅器部２０においてレーザ光がマルチパスになり十分なエネルギー転化を受けることができるので、高出力のＣＯ２レーザを得ることができ、また、ＣＯ２レーザ当たりの発振効率が向上することになる。レーザ光がマルチパスになり十分なエネルギー転化を受けることができるので、高出力のＣＯ２レーザを得ることができ、また、ＣＯ２レーザ当たりの発振効率が向上することになる。すなわち、発振器部１０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させることと、増幅器部２０においてレーザ光をマルチパス増幅させることにより、増幅効率が高くなり高出力のＣＯ２レーザを得ることができると同時に、コンパクトなスラブレーザ装置となる。
このように、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、省スペースで、高出力の短パルスＣＯ２レーザ発振装置になる。
また、パルス幅を長くすることにより、さらに高出力、高効率のレーザ装置になる。
【００２５】
図２〜図５は、本実施形態の別の態様を示す概念図である。
図１の実施形態では、増幅器部２０の折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３はいずれも平面鏡であったが、図２に示すように一方のミラーを凹面鏡２４にしたり、図３に示すように両方のミラー２５，２６を共に凹面鏡としたりしてもよいことはいうまでもない。また、一方を凹面鏡、他方を凸面鏡として、不安定共振器と同様に大断面積の放電部を有効に利用するようにしてもよい。
【００２６】
さらに、図４に示すように、往復する光路ごとに対になった反射鏡２７，２８を装備するようにしてもよい。これら反射鏡は個々に設置することもできるが、折返しミラー２７と対向する折返しミラー２８のそれぞれについて一体に形成することができる。一体で形成したものを使用するとアラインメントが容易である。
図５は、増幅器部２０の往復光路中に６フッ化イオウ（ＳＦ６）などの可飽和吸収体３１を介挿したものである。増幅器部２０において寄生発振が見られた場合は、可飽和吸収体を用いて抑制することができる。
ここで、折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の機能としては、発振部１０から出力されたレーザ光を増幅器部２０は、入射したレーザ光がスラブ型ガスレーザ媒体部３０を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力する機能をはたしている。
【００２７】
（第２実施形態）
さらに、図６〜図１８は、本発明に係る第２の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、第１実施形態に係るスラブ型レーザ装置に対して、光学システム（折返しミラー光学系）を改良することにより光軸を安定化させた増幅器部を適用したものであり、増幅器部の他は実質的に同じ構成を有する。
【００２８】
＜第１態様＞
図６と図７は、第２実施形態の第１態様に係るスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図６は第１態様のスラブ型レーザ装置の構成概念を示す平面図、図７は本態様のスラブ型レーザ装置の一部を断面で示す側面図である。
図６と図７に示す通り、本態様のスラブ型レーザ装置も、1体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。スラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０は、高周波電源（図示せず）に接続された１対の平板電極４０，４１が対向して設置された領域で、電極に高周波電圧を印加することにより、電極で挟んだ炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体を励起して電極の間にスラブ型の放電領域を形成する。電極ギャップは約０．５〜５ｍｍ程度であり、放電断面は薄型の長方形の形状となっている。
【００２９】
発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４、カップリングミラー１５で構成される。発振器部１０では、偏向方向を高速でスイッチするＱスイッチを構成するＥＯポッケルスセル１３を使って、１０から１００ｎｓ程度の短パルスＣＯ２レーザ光を発生させる。なお、パルス幅が１００ｎｓ程度のレーザ光でよければ、ＥＯポッケルスセルに代えて、音響光学素子（ＡＯ素子）を用いてもよい。
【００３０】
発振器部１０で発生したＰ偏光のレーザ光は、ＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加しない間に共振器ミラー１１，１２の間を多数回往復し、レーザ媒体のエネルギーを転移して増幅する。増幅器部２０のスラブレーザ筐体部３２の壁には、共振するレーザ光が透過するウインドウ１９が設けられている。
ここで、ＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加すると、発振器部１０で発生したポーラライザ１４の反射面に対してＰ偏光のＣＯ２レーザ光はＥＯポッケルスセル１３を往復する間にＳ偏光となるので、ポーラライザ１４で反射し、高反射（ＨＲ）ミラーであるカップリングミラー１５に入射する。
【００３１】
カップリングミラー１５で反射したＣＯ２レーザ光は、増幅器部２０の入射ミラー２１に導かれ、ここで反射し入射ウインドウ３３を透過して、シード光として増幅器部２０のスラブレーザ筐体部３２に入射する。シードレーザ光は、光学系にとって仮想的な物体位置となる入射ビーム位置(第１定点)３４を通過して、増幅領域となるスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過することにより増幅され、最初の折返しミラー３７となる球面凹面ＨＲミラーにより高反射率で反射されて、再び増幅領域を通過して増幅され、次の折返しミラー３８となる球面凹面ＨＲミラーにより高反射率で反射される。
【００３２】
反射したレーザ光は、折返しミラー３８で反射した後、再び増幅領域を通過しながら増幅され、対向する折返しミラー３７で高反射率反射して増幅領域を通過して増幅し、再度折返しミラー３８で反射し、増幅領域を通過して増幅する。増幅されたレーザ光は、出射ウインドウ３６を透過して増幅器部２０から出力される。
本態様の増幅器部２０における折返しミラー３７，３８からなる光学系システムは、入射ビーム位置(第１定点)３４におけるレーザ光の断面像がレーザ光の光路上であって出射ウインドウ３６近傍の入射ビーム転写位置（第２定点）３５において入射ビーム転写像として結像するように構成される。
【００３３】
この方式のメリットは、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても、出射ビームは入射ビームと同程度しか変動しないので、増幅効率が変動しにくく、安定に増幅することができ、かつ光軸の安定性が向上することである。本態様のスラブ型レーザ装置を利用する場合は、後工程の装置類は出射ウインドウ３６近傍の入射ビーム転写位置（第２定点）３５を基準として組み付ければよい。
【００３４】
＜第２態様＞
図８と図９は、第２実施形態に係る第２態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図８は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図９は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラー光学系でレーザ光がトリプルパスの増幅をするようにしたもので、実質的に同類の構成を有する。
【００３５】
カップリングミラー１５により発振器部１０から出力されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、入射ウインドウ３３を斜めに透過して、増幅領域となるスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過し増幅される。シードレーザ光は、折返しミラー３７となる球面凹面ＨＲミラーに０度より大きな入射角で入射して高反射率で反射されて、再び増幅領域３０で増幅される。次いで、先の折返しミラー３７と対向配置された、球面凹面ＨＲミラーである第２の折返しミラー３８に０度より大きな入射角で入射し高反射率で反射されて、増幅領域３０で増幅され、出射ウインドウ３６を透過して出力される。
【００３６】
本態様の増幅器部２０における折返しミラー３７，３８からなる光学システムも、入射ウインドウ３３の近くに設定された入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、レーザ光の光路上であって出射ウインドウ３６近傍の所定の入射ビーム転写位置（第２定点）３５において入射ビーム転写像として結像するように構成される。
【００３７】
一般に、薄い２個のレンズＭ１及びＭ２の合成焦点距離Ｆと、前側の１個のレンズＭ１の主点とこの合成レンズ系の前側主点間の距離ＺＨは、次式で表現される。
（１） Ｆ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ１＋ｆ２−ｔ）
（２） ＺＨ＝ｆ１・ｔ／（ｆ１＋ｆ２−ｔ）
ここで、ｆ１は前側レンズＭ１の焦点距離，ｆ２は後ろ側レンズＭ２の焦点距離、ｔはレンズ間の距離である。
ここで、物体の位置と前側レンズＭ１の距離がレンズ間距離ｔと等しい場合を想定する場合、この合成レンズ系による物体の転写像の倍率Ｍは、次式で表現される。
（３） Ｍ＝（ＺＨ＋ｔ−Ｆ）／Ｆ
【００３８】
そこで、図９に表すように、２枚の薄型レンズＭ１，Ｍ２間の距離ｔ＝Ｌとし、物体位置に当たる入射ビーム位置（第１定点）３４と最初のレンズＭ１との距離をＬとし、入射ビーム位置（第１定点）３４での断面像の転写像を形成する入射ビーム転写位置（第２定点）３５とレンズＭ２との距離をＬとし、倍率Ｍ＝１で結像するとする。さらに、レンズＭ１とレンズＭ２で表した凹面ＨＲミラー３７，３８が同じ焦点距離ｆ＝Ｒ／２を持つとする。
【００３９】
これらの関係を上記の式に代入すると、
（４） Ｆ＝ｆ２／（２ｆ−Ｌ）
（５） ＺＨ＝ｆ・Ｌ／（２ｆ−Ｌ）
（６） Ｍ＝１＝（ＺＨ＋Ｌ−Ｆ）／Ｆ
【００４０】
（４）（５）（６）式から、ｆ＝Ｒ／２＝Ｌ、すなわち曲率半径Ｒ＝２Ｌの球面凹面ＨＲミラー３７，３８を距離Ｌだけ離して対向させる配置にすることにより、入射ビーム位置（第１定点）３４におけるビームの断面像が出射ビーム光路上の入射ビーム転写位置（第２定点）３５に１：１で結像することになる。
本態様のスラブ型レーザ装置では、出射ビームの転写像は入射ビームと同程度しか変動しないので、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても安定に増幅することができ、かつ出射ビーム光軸の安定性が向上する。
【００４１】
＜第３態様＞
図１０と図１１は、第２実施形態に係る第３態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１０は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１１は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラーからなる光学システムでレーザ光が５パス増幅をするようにしたもので、入射ビームの第１の定点での断面像が折返し光路中にある第３の定点に第１の転写結像させ、この光路途中における第１の転写像をさらに出射レーザ光の光路上の第２の定点に第２の転写像を結像させることに特徴がある。しかし、本態様も、入射ビームの第１定点における入射ビームの断面を出射レーザ光の光路上の第２定点位置に転写することにより光軸を安定化させるものであって、実質的に第1態様などと同類の構成を有する。
【００４２】
以下、増幅器部２０について説明する。
本態様のスラブ型レーザ装置は、入口側の入射ビーム光路の第１定点３４におけるビーム断面像を２回転写結像させて、出口側の出射ビーム光路上の第２の定点３５に結像させるところに特徴がある。特に、本態様の光学システム入射ビームの所定位置（第１定点）３４と最後の転写像としての出射ビームの光路上の入射ビームの第２の転写像位置（第２定点）３５がほぼ一致するように構成している。このような光学システムを構成することによって、レーザ装置全体の光学システムを構成する上で便利となる。
【００４３】
１対の折返しミラー３７，３８が、増幅領域３０を挟んで対向し距離Ｌの間隔で配置されている。折返しミラー３７，３８は、曲率半径Ｒの凹面ＨＲミラーであって、図では両方のの折返し３７、３８が互いに上側に僅かに傾けて、両ミラー３７，３８で挟んだ空間が下方向にわずかにすぼまるように配置されている。
【００４４】
発振器部１０からのシードレーザ光が、増幅器部２０の入射ウインドウ３３を斜めに透過し、増幅領域３０中を通過する間に増幅される。ここで、折返しミラー３７，３８間の距離Ｌを半分する位置（第１定点）３４を、折返しミラー光学システムにおける入射ビーム位置とする。この第１定点を通過して増幅したレーザ光は、図中右側の凹面ＨＲミラー３７において０度入射よりも大きな入反射角度で入反射して、図中斜め左下方向に反射され、再び増幅領域３０を通過してさらに増幅される。レーザ光は、さらに、図中左側の折返しミラー３８において、０度より大きな角度で入反射して、図中ほぼ水平に増幅領域３０を通過して増幅される。ここで、光学システムの構成を調整することにより、折返しミラー３７，３８の間の中間位置第３定点３９に先の第１定点３４における入射ビームの断面像を形成させるようにすることができる。この断面像は、第１定点における入射ビーム断面の第１の転写像である。
【００４５】
レーザ光はさらに、増幅領域３０を透過して増幅され、右側の折返しミラー３７で反射して、今度は、図中左上方向に偏向し増幅領域３０で増幅され、左側の折返しミラー３８で右上方向に反射し増幅領域３０で増幅され、出射ビームとして出射ウインドウ３６を透過して、さらに、別のレーザ増幅器によりさらに増幅高出力化する。そして、例えば、後工程の露光装置、やレーザ加工器などに供給される。このとき、折返しミラー光学システムは、入射ビーム位置（第３定点）３９に結像する第１の転写像を物体として、最後に反射した左側の折返しミラー３７から出射ウインドウ３６に向かうレーザ光の光路中、左右の折返しミラー３７，３８の中間位置（第２定点）３５に第２の入射ビームの転写像を結像させる。なお、第２の入射ビームの転写像を結像する位置（第３定点）３５は、入射ビーム位置（第１定点）３４と重なるようにすることができる。
【００４６】
図１１は、本態様の増幅器部の光学システムを、透過素子に置き換えて説明する光学システム図である。
本態様の光学システムは、図９の態様の光学システムと異なり、（１）式に、ｆ１＝ｆ２＝Ｌ／２、ｔ＝Ｌを代入すると合成焦点距離は無限大となり、（１）、（２）、（３）式は適用することはできなくなる。このような光学システムは一般的にアフォーカル系と呼ばれる。レンズＭ１及びレンズＭ２の焦点距離をそれぞれｆ１とｆ２として、Ｍ１とＭ２のレンズをｆ１＋ｆ２の間隔で配置した場合、物体の位置がＭ１レンズの前側ｆ１の位置とすると、物体の転写結像位置はＭ２レンズの後ろ側ｆ２の位置となる。
そして、アフォーカル系の場合の倍率Ｍは次式で表される。
（７） Ｍ＝ｆ１／ｆ２
本態様のようにｆ１＝ｆ２の場合は、倍率Ｍは１となる。ここで、レンズＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の焦点距離を同じｆとして、互いのレンズ間距離をＬとすると、Ｌ＝２ｆの関係を満たせば、図７のような光学結像システムとなる。凹面ミラー３７及び３８の曲率半径をＲとすると、Ｌ＝Ｒの関係を満たすことによって本光学システムを実現できる。
図１１を参照すると、入射ビーム（シードレーザ光）は、入射ビームの光路上にある入射ビーム位置（第１定点）３４を通って、図中右側の凹面ＨＲミラー３７の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ１に入射する。入射ビーム位置（第１定点）３４はレンズＭ１の前側Ｌ／２の距離にある。図中左側の凹面ＨＲミラー３８の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ２とレンズＭ１の間隔はＬである。入射ビーム位置（第１定点）３４を通ったレーザ光は、レンズＭ１とレンズＭ２を透過して、レンズＭ２に対してＬ／２後側の位置である入射ビーム第１の転写像位置（第３定点）３９に第１の転写像を結像する。
【００４７】
さらに、この第１転写像が結像される第３定点３９に対して距離Ｌ／２下流の位置に図中右側の凹面ＨＲミラー３７の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ３が設けられ、さらにレンズＭ３に対して距離Ｌ下流の位置に図中左側の凹面ＨＲミラー３８の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ４を設けられている。すると、第３定点３９における第１転写像の実像から発生するビームはレンズＭ３及びレンズＭ４を透過した後にレンズＭ４からの距離Ｌ／２のところに、第２の転写像を結像する。
【００４８】
本態様では、転写像を２回転写しているが、この例に限定されることなく、ビームを複数回転写して、入射ビームの光路上における第１定点の像が出射ビームの光路上の第２の定点に転写結像させればよい。
本態様のスラブ型レーザ装置では、出射ビームの光路上の定点における入射ビーム位置（定点）における断面の転写像は入射ビームと同程度しか変動しないので、出射ビームの安定性が向上する。さらに、増幅効率を高く維持できるのでレーザの出力が安定する。
また、本態様では、レーザ増幅器の入射ビームの光路上の第１定点と出射ビーム光路上の第２定点が一致することから、さらに、本態様の光学システムとして、アフォーカル系を採用しているので、入射ビームの光品位特性（ビームサイズ、ビーム広がり角等）を維持した状態で、出射ビームとして、出力される。その結果、多数の増幅器を直列に繋いで大増幅を行う装置を構成する場合に、接続される光学装置同士のアライメントが極めて容易になる特性を有する。
【００４９】
＜第４態様＞
図１２と図１３は、第２実施形態に係る第４態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１２は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１３は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラーの脇に入射ミラーを設けて、発振器部のポーラライザから出力したシードレーザ光を入射ミラーにより入射ビームとして増幅器部の側面から直接的に折返しミラー光学システムに取り込んだところと、折返しミラー光学システム内をレーザ光がマルチパスでジグザグに往復するところが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置で、実質的に同類の構成を有する。
【００５０】
図１２に示した本態様のスラブ型レーザ装置は、図中上部に配された発振器部１０において、１対の高反射率の共振器ミラー１１，１２を発振器の共振器として、共振器中にポッケルスセル１３、ウインドウ１９、ポーラライザ１４、増幅領域３０の順で配置されている。ポーラライザ１４から出力されたパルスレーザ光をシードレーザ光として、増幅器部２０に直接入射し、入射ミラー２１で図中斜め右下方に反射して、対向設置された１対の凹面ＨＲミラーの折返しミラー３７，３８で形成される折返しミラー光学システムに入射する。ここで、入射ミラー２１の位置は、入射ビーム位置（第１定点）３４と略一致させる光学システムを構成している。
【００５１】
入射ミラー２１を介して折返しミラー光学システムに入射したシードレーザ光は、増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、図中右側の折返しミラー３７に０度より大きな角度で入射反射して左側下方に反射する。そして、増幅領域３０を通過増幅して（２パス）、図中左側の折返しミラー３８に０度より大きな角度で入射反射して右側下方に反射する。さらに、増幅領域３０を通過増幅して（４パス）、図中右側の折返しミラー３７に０度より大きな角度で入射反射して左側下方に反射する。５パスと６パスも同様に０度より大きな角度で入射反射して下方に反射することを繰り返して、左側折返しミラー３８で水平方向に反射して増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。
【００５２】
その後は、図中点線で示すように、８パスから１１パスまで、増幅領域３０を通過増幅しながら折返しミラーで０度より大きな角度で上方斜め方向に反射することを繰り返す。１１パスは、増幅領域３０を通過増幅し、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力する光路である。１１パスの図中右側折返しミラー３７の脇の位置である入射ビーム転写像位置（第２定点）３５には、入射ミラー２１、かつ、第１定点における入射ビームの断面像を転写した像が結像される。
【００５３】
図１３に、本態様の光学システムにおいて反射素子を透過素子に置き換えて直列に展開した光学システム図を示す。
図１３に、折返し（凹面ＨＲ）ミラー系の両側に凹面ミラーを配したマルチパス増幅の場合、入射ビームの位置（第一定点）のビーム断面を増幅後の出射ビームの光路上の第２の定点に転写結像させる光学システムは、同じ焦点距離ｆ＝Ｒ／２を持つ複数のレンズが間隔Ｌで並んだ合成レンズにおいて、前側最初のレンズＭ１の距離Ｌだけ手前の位置（第１定点）３４における入射ビームの断面像を、最終レンズＭｎから距離Ｌだけ離れた位置（第２定点）３５に転写像を結像するように、レンズを直列配置した場合と等価である。
【００５４】
ここで、ｋ＋１個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ＋１）の焦点距離を全て同一のｆと仮定する。そして、これらレンズの合成焦点距離Ｆｋ、ｋ個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ）までの合成レンズの前側の主点とｋ＋１個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ＋１）合成レンズ系の主点間距離ＺＨｋ+1と、倍率Ｍは、式（１）（２）（３）から、次式で表現される。
（８） Ｆｋ＋１＝Ｆｋ・ｆ／（Ｆｋ＋ｆ−Ｌ）
（９） ＺＨｋ＋１＝Ｆｋ・Ｌ／（Ｆｋ＋ｆ−Ｌ）＋ＺＨｋ
（１０） Ｍ＝（ＺＨｋ＋１＋Ｌ−Ｆｋ＋１）／Ｆｋ＋１
ｋ＝０の場合（Ｍ１のみの場合）の合成焦点距離Ｆｎの初期値Ｆ１＝ｆである。ここで、式（８）（９）（１０）を用いて、Ｆ１からＦｎまで、逐次計算することにより、ｎ個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）までの、合成レンズの焦点距離Ｆｎと前側主点位置ＺＨｎを求めて、倍率Ｍが約１を満たすような各レンズの焦点距離ｆを求めることができる。
【００５５】
たとえば、１対の折返しミラー間の距離Ｌを１０００ｍｍ、倍率Ｍ＝１及び１１パス増幅の場合を仮定すると、式（８）（９）（１０）からｆが約１１０００ｍｍとなり、曲率半径Ｒ（＝２ｆ）は約２２０００ｍｍとなる。
本態様では、増幅領域３０をジグザグに上から下の方向に斜めに通過した後に、今度は下から上の方向にジグザグに増幅領域３０を通過するようにする光学システムを採用することにより、１１パスという多数のパスを有するマルチパス増幅により高い増幅効率を実現し、かつ入射ミラー２１の位置と同じ入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザビームの断面像を出射ビームの光路上の第２の定点３５の位置に結像させて安定なビーム軌跡を実現することができる。
【００５６】
＜第５態様＞
図１４と図１５は、第２実施形態に係る第５態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１４は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１５は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第４態様に係るスラブ型レーザ装置に対して、折返しミラーの一方を平面ＨＲミラーとして６パス増幅を行うようにしたところが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。
【００５７】
図１４を参照すると、シードレーザ光を出力する発振器部１０は図１２に示した第４態様のスラブ型レーザ装置と同じである。発振器部１０から供給される入射ビーム（シードレーザ光）は、増幅器部２０の入射ミラー２１で反射し折返しミラー光学システムに入射する。折返しミラー光学システムは、平面ＨＲミラーである平面折返しミラー４２と凹面ＨＲミラーである凹面折返しミラー３８で構成される。
【００５８】
入射ミラー２１により入射したシードレーザ光は、増幅領域３０を通過増幅し（１パス）、平面折返しミラー４２で０度より大きな角度で入射し、正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（２パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。
【００５９】
シードレーザ光は、さらに、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（４パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（５パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（６パス）、出射ウインドウ３６を介して出射ビームとして出力される。
【００６０】
本態様においては、入射ミラー２１の反射面の位置と同じ入射ビーム位置（第１定点）３４を物体位置として、この第１定点における入射ビームの断面像を、出口側の出射ビーム光路上の入射ビーム転写位置（第２定点）３５に結像させるように、折返しミラー光学システムを構成する。凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離をＬとし、平行に対向する用に設けて、入射ミラー２１の位置である第１定点３４の入射ビーム断面の転写像を出口側の第２定点３５に結像させる。この第１定点３４と第２定点３５はそれぞれ、凹面折返しミラー３８の脇に並んだ位置に設定する。
【００６１】
図１５に、本態様の光学システムにおいて反射素子を透過素子に置き換えて直列に展開した光学システム図を示す。図１５において、平面折返しミラー４２を示す平面透明板ＨＲ１，ＨＲ２，ＨＲ３は集光力がないので、本態様の光学システムは、実質的に図９に示したものと同じ構成になり、１個の凹面折返しミラー３８に対応する２枚のレンズＭ１，Ｍ２の間の距離が２Ｌで、入射ビーム位置（第１定点）３４がレンズＭ１の前側２Ｌの位置にあり、第１定点における入射ビーム断面の転写像がレンズＭ２の先２Ｌの位置である入射ビーム転写位置（第２定点）３５に結像する位置関係となる。
【００６２】
合成焦点距離Ｆ、主点間距離ＺＨ、倍率Ｍは、式（４）（５）（６）においてＬを２Ｌに置き換えた下式により求めることができる。
（１１） Ｆ＝ｆ２／（２ｆ−２Ｌ）
（１２） ＺＨ＝ｆ・２Ｌ／（２ｆ−２Ｌ）
（１３） Ｍ＝１＝（ＺＨ＋２Ｌ−Ｆ）／Ｆ
【００６３】
凹面折返しミラー３８の焦点距離ｆは曲率半径をＲとすると、図１５から分かるようにｆ＝Ｒ／２＝２Ｌであるから、曲率半径Ｒ＝４Ｌとなる。
本態様のスラブ型レーザ装置は、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても、出射ビームの位置と角度は入射ビームの位置と角度と同程度しか変動しないので、増幅効率が変動しにくく、安定に増幅することができ、かつ光軸の安定性が向上する。さらに、本態様に係るスラブ型レーザ装置の特徴のひとつは、入射ビームと出射ビームが凹面折返しミラー３８を挟んだ両側面に配置されることである。
【００６４】
＜第６態様＞
図１６と図１７は、第２実施形態に係る第６態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１６は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１７は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第５態様に係るスラブ型レーザ装置に対して、凹面折返しミラーを平面ＨＲミラーに対して角度をもって設置したところなどが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。
【００６５】
図１６を参照すると、発振器部１０には発振器部１０から増幅器部２０にレーザ光を入射させるためのカップリングミラー１５が設けられていて、ウインドウ１９を透過し共振器ミラー１１，１２の間を共振するレーザ光はポーラライザ１４およびカップリングミラー１５を介して発振器部１０から出力されてシードレーザ光として増幅器部２０に供給される。増幅器部２０に供給されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、以下の光学システムに入射する。この光学システムは、平面折返しミラー４２と距離Ｌをもって対向配置された凹面折返しミラー３８とで構成されている。ここで、平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８はそれぞれ、平面ＨＲミラーと球面ＨＲミラーである。
【００６６】
平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８は、平行に対向するのではなく、わずかに角度をもって設置されている。図１６では、凹面折返しミラー３８が、図中上方で平面折返しミラー４２により近く、図中下方でより遠くなるように配置されている。このように、平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８が互いにわずかに傾いて配置されたことにより、パス数の多いマルチパス増幅を実現することができる。
【００６７】
また、折返しミラー光学系で入射ビーム位置（第１定点）３４を、発振器ミラー１１，１２の共振器の外部に出力したシードレーザ光を反射させるカップリングミラー１５の反射面と略一致させるようにする。その結果、物体位置となる第１定点３４は非常に安定となる。そこで、折返しミラー光学システムは、入射ビームが最初に凹面折返しミラー３８に当たる位置の前側２Ｌの光路上の位置に入射ビーム位置（第１定点）３４が来るように構成されている。また、出射ウインドウ３６近傍に設定する入射ビーム転写位置（第２定点）３５の位置は、出射ビームが最後に凹面折返しミラー３８を反射した位置から後側に２Ｌの光路上の位置にとなるように構成している。
【００６８】
折返しミラー光学システムに入射した入射ビーム光は、図中上方向に斜めに増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（２パス）、平面折返しミラー４２で正反射して上方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射するが、凹面折返しミラー３８の反射面がより図中下方に向いているため、今度は点線で示すように下方向斜めに出射する。凹面折返しミラー３８で反射した入射ビーム光は、増幅領域３０を通過増幅し（４パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（５パス）。
【００６９】
入射ビーム光は、次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（６パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（８パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅し（９パス）、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力される。
【００７０】
このとき、折返しミラー光学システムの働きにより、カップリングミラー１５の反射面（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、出射ビームの光路上において平面折返しミラー４２からの後側に距離Ｌの位置（第２定点）３５に転写される。
【００７１】
図１７を参照すると、入射ビーム位置（第１定点）３４と最初の凹面折返しミラー３８までの距離が２Ｌで、凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離がそれぞれＬで、最後の平面折返しミラー４２と入射ビーム転写位置（第２定点）３５までの距離がＬとなる。しかし、平面折返しミラー４２は集光力がないので、焦点距離ｆの凹面折返しミラー３８に相当するレンズ（たとえばＭ１とＭ２）同士の距離がそれぞれ２Ｌで、第１定点３４がレンズＭ１の前側２Ｌの位置で、入射ビーム転写位置（第２定点）３５が最終のレンズＭｎの後側に距離２Ｌだけ離れた所に位置する関係となる。
【００７２】
ミラー（レンズ）同士の距離Ｄを使った場合、ｋ個のミラー（レンズ）の合成焦点距離Ｆｋ、主点間距離ＺＨｋ、倍率Ｍは、式（８）（９）（１０）においてＬを２Ｌに置き換えた次式により求めることができる。
（１４） Ｆｋ＋１＝Ｆｋ・ｆ／（Ｆｋ＋ｆ−２Ｌ）
（１５） ＺＨｋ＋１＝Ｆｋ・２Ｌ／（Ｆｋ＋ｆ−２Ｌ）＋ＺＨｋ
（１６） Ｍ＝（ＺＨｋ＋１＋２Ｌ−Ｆｋ＋１）／Ｆｋ＋１
ｋ＝０の場合合成焦点距離Ｆｎの初期値Ｆ１＝ｆである。
ここで、式（１４）（１５）（１６）を用いて、Ｆ１からＦｎまで、逐次計算することにより、ｎ個のミラー（レンズ）（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）までの、合成焦点距離Ｆｎと前側主点位置ＺＨｎを求めて、倍率Ｍが約１を満たすような各ミラー（レンズ）の焦点距離ｆを求めることができる。
【００７３】
たとえば、Ｌ＝６００ｍｍで、９パス増幅する場合は、曲率半径Ｒは約７２００ｍｍとなる。
この方式のメリットは、増幅領域に多数のパスを通すことにより、レーザ媒体のエネルギーをより有効に活用して、高出力のレーザ光を得ることであり、また、発振器部１０のカップリングミラー１５の位置におけるビーム断面像を転写結像させて出力するため、増幅後のレーザ出力ビームの位置及び角度が安定することである。
【００７４】
＜第７態様＞
図１８は、第２実施形態に係る第７態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図である。なお、本態様の増幅器部に関する光学システム図は、本質的に図１７に表されたものと変わらないので、ここでは省略する。
本態様のスラブ型レーザ装置は、図１６に示された第６態様に係るスラブ型レーザ装置とほぼ同じ構成を有するもので、凹面折返しミラーを筐体に対して直交するように配置し、平面ＨＲミラーを凹面折返しミラーに対して角度をもって対向配置した、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。この型式のスラブ型レーザ装置では、折返しミラーの集光力や長さ、挟角、およびシードレーザ光の入射角度などを調整することによりパス数を適宜に変化させることができる。図１８に表した態様では、パス数を１１にしている。
【００７５】
本態様のスラブ型レーザ装置では、共振器ミラー１１，１２の間を共振するレーザ光が、ポーラライザ１４およびカップリングミラー１５を介して発振器部１０から増幅器部２０に供給される。増幅器部２０に供給されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、平面折返しミラー４２とこれと距離Ｌをもって対向配置された凹面折返しミラー３８とで構成された折返しミラー光学システムに入射する。
本態様のスラブ型レーザ装置では、凹面折返しミラー３８がスラブレーザ筐体部３２に対して直交するように配置され、平面ＨＲミラー４２が凹面折返しミラー３８に対して図中上端が近づく方向に傾いくように配置されている。
【００７６】
入射ミラー２１で反射し折返しミラー光学システムに入射した入射ビーム光は、図中上方向に斜めに増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（２パス）、平面折返しミラー４２で正反射して上方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（４パス）、平面折返しミラー４２で正反射して筐体３２の壁にほぼ平行に出射し、増幅領域３０を通過増幅する（５パス）。
【００７７】
入射ビーム光は、さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射するが、入射ビーム光の入射点においては、凹面折返しミラー３８の反射面が図中下方に向いているため、今度は点線で示すように下方向斜めに出射する。凹面折返しミラー３８で反射した入射ビーム光は、増幅領域３０を通過増幅し（６パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。
【００７８】
入射ビーム光は、次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（８パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（９パス）。入射ビーム光は、さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（１０パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅し（１１パス）、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力される。
【００７９】
このとき、折返しミラー光学システムの働きにより、ポーラライザ１４の反射面である入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、出射ビームの光路上平面折返しミラー４２からの距離Ｌの位置である入射ビーム転写位置（第２定点）３５に転写される。
このときの光学システムは、入射ビーム位置（第１定点）３４と初めの凹面折返しミラー３８までの光路長が２Ｌで、凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離がそれぞれＬで、最後の凹面折返しミラー３８と入射ビーム転写位置（第２定点）３５までの距離が２Ｌとなるように構成されている。
【００８０】
合成焦点距離Ｆ、主点間距離ＺＨは、式（１４）（１５）（１６）により求めることができる。たとえば、倍率Ｍ＝１、Ｌ＝１８００ｍｍ及び１１パス増幅する場合は、曲率半径Ｒは約３００００ｍｍとなる。
この方式のメリットは、第６態様におけるものと同じであるが、さらに、位置姿勢の調整が難しい凹面折返しミラー３８を固定して、平面折返しミラー４２の調整により光路の調整を行うため、装置の設計及びアライメントがより簡単になることである。
【００８１】
（実施形態３）
図１９は、本発明の第３の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施形態に係るスラブ型レーザ装置は、１体のＣＯ２レーザ媒体部３０に再生増幅器部５０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有し、マルチラインシーダー６０など外部の励起光発生装置から種レーザを導入し共振器ミラー間で再生増幅した後にレーザ増幅して高出力化したＣＯ２レーザ光をＥＵＶ光源装置に供給するようにしたものである。
【００８２】
再生増幅器部５０は、第１実施形態における発振器部１０に代替するもので、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、第１のＥＯポッケルスセル１３、ポーラライザ１４に加えて、第２のＥＯポッケルスセル１６とλ/４波長板１７を備えることにより構成される。なお、レーザ光を増幅器部２０に偏向するカップリング機能はポーラライザ１４が担うので、カップリングミラー１５は不要である。
【００８３】
再生増幅器部５０は、たとえばＣＯ２レーザや固体レーザなどで形成されるマルチラインシーダー６０からの発振光を入力して、再生増幅器部５０内を何度も往復させる間に増幅して出力する。ここで、マルチラインシーダーの例として、ＣＯ２レーザの増幅ラインの波長で発振するマルチ縦モード半導体レーザや複数のシングル縦モード半導体レーザの光を合波してもよい。
マルチラインシーダー６０からＳ偏光である発振光を入射させると、入射光はポーラライザ１４で反射して再生増幅器部５０内に注入される。注入された光はλ／４波長板１７を往復通過する間にＰ偏光に変化するのでポーラライザ１４を透過し、フロント側の共振器ミラー１２で反射して戻り、再びポーラライザ１４を透過する。
【００８４】
再生増幅器５０の機能をさらに詳しく説明する。マルチラインシーダー６０からポーラライザ１４の反射面に対してＳ偏光のシードレーザ光を入射させる。このシードレーザ光はポーラライザ１４で高反射して再生増幅器部５０の共振器内に注入される。注入されたシードレーザ光は第１のＥＯポケルスセル１３をそのまま透過して、λ／４波長板１７により円偏光に変換される。そして、共振器ミラー１１により折り返され再びλ／４波長板１７を透過するとＰ偏光に変化する。Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポケルスセル１３をそのまま透過してポーラライザ１４を透過する。そして、このＰ偏光のレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅され、第２のＥＯポッケルスセル１６をＰ偏光の状態でそのまま透過し、フロント側の共振器ミラー１２で反射して戻り、再び、第２のＥＯポッケルスセル１６及びＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過する。
【００８５】
ポーラライザ１４を透過したＰ偏光レーザ光がλ／４波長板１７を往復通過するとＳ偏光に変化するので、ポーラライザ１４で反射されることになる。そこで、ＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長電圧を印加することにより、さらに偏光面を回転させＰ偏光にしてポーラライザ１４を透過させる。
上記内容をさらに詳しく説明する。第１のＥＯポッケルスセルに電圧を印加しない場合は、ポーラライザ１４を透過したＰ偏光レーザ光がλ／４波長板１７を往復通過するとＳ偏光に変化するので、ポーラライザ１４で高反射されることになる。そこで、第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加することにより、第１のＥＯポッケルスセル１３とλ／４波長板１７を透過することにより、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。そして、共振器ミラー１１によって、再び、λ／４波長板１７と第１のＥＯポッケルスセル１３を透過することにより、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されポーラライザ１４を透過させる。
第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長電圧を印加した状態では、レーザ光が共振器ミラー１１，１２の間を何度も往復してＣＯ２レーザ媒体により出力増幅をすることができる。いいかえれば、第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加した状態では、レーザ光が共振器ミラー１１，１２の間を何度も往復してＣＯ２レーザ媒体により、マルチラインシーダからのシードレーザ光を増幅することができる。
【００８６】
再生増幅器部５０内のＣＯ２レーザ媒体部３０で十分増幅されたところで、第２のＥＯポッケルスセル１６にλ/４波長電圧を印加すると、再生増幅器部５０内のレーザ光がＳ偏光に変化してポーラライザ１４で反射し、増幅器部２０に入射する。
再生増幅器部５０内のレーザ光を放出した後に、再び第１のＥＯポッケルスセル１３と第２のＥＯポッケルスセル１６の印加電圧を零にすると、マルチラインシーダー６０からの発振光を再生増幅器部５０内に取り込むことができる。
【００８７】
増幅器部２０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、入射ミラー２１、１対の折返しミラー２２，２３で構成される。
増幅器部２０は、第１の実施形態におけるものと同じものなので、折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３は図１に示したようにいずれも平面鏡であってもよいが、一方のミラーを凹面鏡にしたり、両方のミラーを共に凹面鏡としたりしてもよいことはいうまでもない。また、一方を凹面鏡、他方を凸面鏡として、大断面積の放電部を有効に利用するようにしてもよい。また、往復する光路ごとに対になった反射鏡をそれぞれ装備してもよい。
さらに、可飽和吸収体や空間フィルタなどを介挿して、増幅器部２０における寄生発振を抑制するようにしてもよい。
【００８８】
再生増幅器部５０から増幅器部２０に入射したＣＯ２レーザ光は、平行に配設された折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間で多重反射し、最後にスラブ型レーザ装置の出力窓を介してＥＵＶ光生成チャンバや別のＣＯ２レーザ増幅器に供給される。
ＣＯ２レーザ光は、励起されたＣＯ２レーザ媒体中を往復走行する間に出力を増幅し、高出力のレーザ光になる。
【００８９】
本実施形態のスラブ型レーザ装置は、従来のスラブ型レーザ装置と比較すると、ＣＯ２レーザ媒体を増幅器部２０と再生増幅器部５０で共用するので、装置の構成が単純化しかつ小型になった。また、再生増幅器部５０と増幅器部２０を同じＣＯ２レーザ媒体中で任意の回数往復走行させて十分なエネルギー転化を受けることができるので、発振効率が高く高出力のＣＯ２レーザを得ることができる。
すなわち、再生増幅器部５０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させることと、増幅器部２０においてレーザ光をマルチパス増幅させることにより、増幅効率が高くなり高出力のＣＯ２レーザを得ることができると同時に、コンパクトなスラブレーザ装置となる。
このように、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、省スペースで、高出力の短パルスＣＯ２レーザ発振装置になる。
なお、上記では注入するレーザ光がマルチラインシーダーから得られるレーザ光である場合を説明したが、シングルラインシーダーを用いてレーザ光を供給してもよい。
【００９０】
図２０は、本実施形態の別の態様を示す概念図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、図１９に示したレーザ装置に対して、再生増幅器部５０のレーザ光路中に１対のプリズム１８を挿入したところのみが異なり、他は全く同じものである。
再生増幅器部５０に１対のプリズム１８を挿入することにより、共振器ミラー１１，１２間の光学距離を微調整することができるので、たとえば、マルチラインシーダー６０を使用する場合には波長選択が可能になり、またシングルラインシーダーを使用するときは共振調整ができるなど、出力レーザ光の波長選択や波長調整が容易になる。
【００９１】
なお、本実施形態のスラブ型レーザ装置に対して、上記第２実施形態として開示した、増幅器部２０のマルチパス増幅器の光学システムを改良して入射ビーム位置（第１定点）におけるビーム断面像を出口近傍にある入射ビーム転写位置（第２定点）に転写する増幅器部を適用することにより、出力レーザ光の光軸を安定化させることができることは言うまでもない。
【００９２】
（実施形態４）
図２１〜図２５は、本発明に係る第４の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、極端紫外光源装置におけるターゲット物質にレーザビームを供給するＣＯ２レーザ装置である。本実施形態は、平面ミラーをほぼ平行に対向配置した折返しミラー光学システムを備えた増幅器部に対して、光学システムを簡約化した発振器部を適用したものであり、発振器部の他は、図１に例示した、第１実施形態の第１態様に係るスラブ型レーザ装置と実質的に同じ構成を有する。
【００９３】
＜第１態様＞
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る第１の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、１体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。図１に例示する第１実施形態の第１態様のスラブ型レーザ装置と比較すると、スラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０と増幅器部２０の構成は変わらず、発振器部１０の構成が異なる。
【００９４】
本態様のスラブ型レーザ装置では、発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成される。カップリングミラーは使用しない。
発振器部１０は、ポーラライザ１４により発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光のＳ偏光成分を反射して、共振器ミラー１１及び１２で共振させて成長させる。適宜の間隔で、ＥＯポッケルセル１３を駆動してλ／４位相を変化させることにより、共振しているＣＯ２レーザ光をＰ偏光に変換すると、ＣＯ２レーザ光はポーラライザ１４を透過して増幅器部２０に入射する。
【００９５】
増幅器部２０に入射したＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１に入反射させて、増幅ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、ほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３間をマルチパス増幅させて出力する。
本態様のスラブ型レーザ装置では、発振器部１０にカップリングミラー１５を使用せず、光学系が簡約化する。
【００９６】
＜第２態様＞
図２２は、本発明の第４の実施形態に係る第２の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置の発振器部１０は、第１態様のものと同様に、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成される。
【００９７】
ただし、発振器部１０は、第１態様のものと異なり、発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光の偏光成分のうち、ポーラライザ１４を透過するＰ偏光成分を共振器ミラー１１及び１２で共振させる。レーザ光は、平行に対向した１対の共振器ミラー１１，１２の間でほぼ直線的な光路上で共振する。そして、ＥＯポッケルセル１３を駆動してλ／４位相を変化させることにより、ＣＯ２レーザ光のＰ偏光をＳ偏光に変換すると、ＣＯ２レーザ光はポーラライザ１４で反射して増幅器部２０に入射する。
【００９８】
図２２に示した構成では、入射したＣＯ２レーザ光をほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３の間で多重反射させるように導く入射ミラー２１は、ポーラライザ１４に対してＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んだほぼ対角位置に設けられている。したがって、ポーラライザ１４で走行方向を切り替えられたＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１に届くまでＣＯ２レーザ媒体部３０中を走行して増幅作用を受けた上で、ほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３の間に入射させマルチパス増幅させて出力するので、増幅効率がより向上する。
また、発振器部１０にカップリングミラーを使用せず、光学系が簡約化する。
【００９９】
＜第３態様＞
図２３は、本発明の第４の実施形態に係る第３の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置の発振器部１０は、第２態様のものと同様に、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成され、Ｐ偏光成分の共振を使っている。ただし、発振器部１０と増幅器部２０は交差するように配置され、一部のＣＯ２レーザ媒体部３０を共用している。所望のタイミングでＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加して、位相をλ／４ずらすことによって、このＥＯポッケルスセル１３を往復することによって、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。Ｐ偏光で共振しているＣＯ２レーザ光をＳ偏光に切り替えることによって、レーザ光はポーラライザ１４によって高反射されて、そのまま増幅器部２０に入射させる。このため、カップリングミラー１５に加えて入射ミラー２１も設置する必要がない。
【０１００】
（実施形態５）
図２４は、本発明に係る第５の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、発振器部１０においてＥＯポッケルセルとポーラライザの代わりに光音響素子７０を用いることにより、第４実施形態のスラブ型レーザ装置と同様にカップリングミラーを使わず、さらに増幅器部２０における入射ミラーを省いた構成となっている。
本実施形態のスラブ型レーザ装置は、共振器ミラー１１と１２の間でレーザ光を共振させている間に、所定のタイミングで光音響素子７０を動作させると、共振器ミラー間の光軸と異なる方向にレーザ光が出力され、発振器部１０に近い側から増幅器部２０に入射する。入射したレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んでほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３間をマルチパス増幅させて、増幅器部２０の発振器部１０に遠い側から出力する。
【０１０１】
（実施形態６）
図２５は、本発明に係る第６の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、第５実施形態のスラブ型レーザ装置の発振器部１０に代えて、共振器ミラー１１と１２の間の共振光軸中に第２の光音響素子７１を設け、シードレーザ光を導入して増幅する再生増幅器５０を備えたものである。
【０１０２】
本実施形態においては、再生増幅器５０の第２の光音響素子７１をオンにすると、パルス状のシードレーザ光が共振器ミラー１１及び１２の共振器中に導入される。その後、第２の光音響素子７１をオフにすると、シードレーザ光は共振器ミラー１２により折り返され、オフされた第２の光音響素子７１をそのまま透過して、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、オフされた第１の光音響素子７０を透過し、共振器ミラー１１により、折り返され、オフになっている第１の光音響素子７０をそのまま通過し、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射して透過増幅する。
【０１０３】
これを繰り返すことによりシードレーザ光が再生増幅される。所望のエネルギーになった時点で、第１の光音響素子７０を動作させて、再生増幅されたレーザ光が増幅部２０に出力される。この再生増幅器５０から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、高反射ミラー２２に入反射する。そして、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、高反射ミラー２３及び高反射ミラー２２の間でマルチパス増幅して、増幅部２０から出力される。
【０１０４】
（実施形態７）
図２６と図２７は、本発明に係る第７の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、たとえば図２２に示す第４実施形態のスラブ型レーザ装置における発振器部の代わりに、シードレーザ光を導入して再生増幅する再生増幅器部を備えたものである。
【０１０５】
＜第１態様＞
図２６は、第７実施形態に係る第１の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、再生増幅器部５０において、共振器ミラー１１，１２の間にＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４と光音響素子７１とを備え、光音響素子７１でシードレーザ光を導入して再生増幅し、増幅器部２０に供給するようにしたものである。
【０１０６】
本態様のスラブ型レーザ装置では、再生増幅器５０の光音響素子７１をオンにすると、Ｐ偏光のパルス状のシードレーザ光が共振器ミラー１１及び１２で構成される共振器中に導入される。その後、光音響素子７１をオフにすると、シードレーザ光は共振器ミラー１２により折り返され、オフされた光音響素子７１をそのまま透過して、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過し、オフされたＥＯポッケルセル１３を透過して、共振器ミラー１１により折り返され、ＥＯポッケルセル１３をそのまま通過し、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過し、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射して透過増幅する。これを繰り返すことによりシードレーザ光が再生増幅される。
【０１０７】
所望のエネルギーになった時点で、ＥＯポッケルセル１３を動作させてＳ偏光に変換され、ポーラライザ１４において高反射され、再生増幅されたレーザ光が増幅部２０に出力される。この再生増幅器５０から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、高反射ミラー２１に入反射する。そして、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、高反射ミラー２３及び高反射ミラー２２の間でマルチパス増幅して、増幅部２０から出力される。
【０１０８】
＜第２態様＞
図２７は、第７実施形態に係る第２の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、再生増幅器部５０において、共振器ミラー１１，１２の間に第１のＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４と第２のＥＯポッケルセル１６と、λ／４位相を変化させる素子としての高反射膜ミラー１７−２とを備え、ポーラライザ１４でＳ偏光のシードレーザ光を導入して共振器ミラー１１，１２間で再生増幅し、増幅器部２０に供給するようにしたものである。再生増幅器部５０と増幅器部２０の間にカップリングミラーを設ける必要がない。
【０１０９】
本態様のスラブ型レーザ装置は、Ｓ偏光のパルス状のシードレーザ光をポーラライザ１４の偏光膜面に入反射させて、共振器ミラー１１及び１２の間で構成される共振器中に導入する。共振器中に導入されたシードレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、第２のＥＯポッケルセル１６をそのまま通過し、λ／４位相だけ変化させる高反射膜をコートした高反射膜ミラー１７−２で反射して円偏光に変換され、共振器ミラー１２により反射し、再び、λ／４位相変化させる高反射膜ミラー１７−２で反射してＰ偏光に変換される。そして、第２のＥＯポッケルセル１６をそのまま透過し、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅し、ポーラライザ１４を透過する。そして、第１のＥＯポッケルセル１３を通過し共振器ミラー１１により折り返され、Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４を通過する。
【０１１０】
シードレーザ光は、さらに、Ｐ偏光の状態でＣＯ２レーザ媒体部３０を透過して増幅した後、第２のＥＯポッケルセル１６を動作させて位相をλ／４ずらし円偏光に変換され、λ／４位相変化させる高反射膜ミラー１７−２で反射してＳ偏光に変換される。このＳ偏光は共振器ミラー１２により反射され、λ／４位相を変化させる高反射膜ミラー１７−２により円偏光に変換され、第２のＥＯポッケルセル１６により、さらにλ／４位相が変化してＰ偏光に変換される。そして、このＰ偏光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、ポーラライザ１４を透過する。そして第１のＥＯポッケルセル１３を透過して、共振器ミラー１１で反射して、Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポッケルセル１３及びポーラライザ１４を透過して、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射し、これを繰り返す。
【０１１１】
そして、共振器ミラー１１及び１２間で共振することにより再生増幅されたシードレーザ光が所望のエネルギーになった時点で、第１のＥＯポッケルセル１３を動作させて、Ｐ偏光を円偏光に変換し、共振器ミラー１１により高反射させて、第１のＥＯポッケルセルによりＳ偏光に変換して、ポーラライザ１４を高反射して、シードレーザ光が再生増幅されたレーザ光が出力される。この再生増幅器から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過して増幅し、高反射ミラー２１に入反射する。そして、ミラー２３及び２２間で往復する間に、ＣＯ２レーザ媒体部３０で増幅して、出力される。
【０１１２】
図２８は、シードレーザ光を発生する半導体レーザの縦モードがシングルモードである場合のＣＯ２レーザの各ラインの波長のゲイン領域との関係を模式的に示す図面である。図２８のグラフは、横軸に波長、縦軸に増幅ゲインを模式的にプロットしている。点線は、ＣＯ２レーザにおける、Ｐ（１８），Ｐ（２０），Ｐ（２２），Ｐ（２４），Ｐ（２６），Ｐ（２８），Ｐ（３０）の増幅波長領域を示しており、この各々のラインに対して、所定の波長幅のゲイン領域が存在する。このゲイン波長幅Δνは、回転ゲインバンド幅の圧力広がりにより発生し、
（１７） Δν＝７．５８（ΦＣＯ２＋０．７３ΦＮ２＋０．６４ΦＨｅ）×Ｐ（３００／Ｔ）１／２
となる。ここで、Φは分圧、Ｐは圧力（ｔｏｒｒ）、Ｔは温度（Ｋ）である。典型的な条件として、ＣＯ２：Ｎ２：Ｈｅ＝１：１：８で、圧力が１００ｔｏｒｒ、温度が４５０Ｋとすれば、各ラインのゲイン幅Δν＝４２４ＭＨｚ、すなわち波長幅が約０．００１５８８μｍとなる。
【０１１３】
したがって、シングル縦モード発振の場合は、例えば半導体レーザの発振波長をＣＯ２レーザ増幅ラインＰ（２０）１０．５９１２μｍの少なくともゲイン幅約０．００１５８８μｍの範囲となるように、１０．５９１２±０．０００７９４μｍに安定化すれば、増幅されることになる。ただし、レーザの出力を安定に維持するためには、増幅ゲインのピーク付近に半導体レーザの発振波長を安定化させる必要がある。なお、半導体レーザの発振波長は、この増幅ラインＰ（２０）に限定されることなく、各増幅ラインの波長を中心に±０．０００７９４μｍの範囲で安定化させることにより増幅することができる。ただし、レーザの出力を安定に維持するためには、各増幅ゲインのピーク付近にそれぞれの半導体レーザの発振波長を安定化させる必要がある。
【０１１４】
図２９は、シードレーザとして使用される半導体レーザがシングル縦モードの場合の共振器の例を示す概念図である。半導体デバイス６１のフロント側に出力結合ミラー（Output Coupler、ＯＣ）６２、リア側にリア光学モジュール６３が設置されている。ＯＣ６２とリア光学モジュール６３は、光共振器を構成している。ＯＣ６２は、部分反射ミラーコートがされたミラーで、一部のレーザ光を出力する一方、一部のレーザ光を共振器内に戻して共振させている。リア光学モジュール６３は、コリメータレンズ６４と、グレーティング６５とが配置される。グレーティング６５は、入射角度と回折角度が同じとなるリトロー配置されている。この入射回折角度を変化させることにより選択する波長を制御することができる。
【０１１５】
このようにして、グレーティング６５によってマルチ縦モードのうち１本の光のみを選択して共振器に戻すことにより、シングル縦モード発振が可能となる。そして、このグレーティング６５を回転させて波長選択する機構と、共振器長を制御安定化する図示しない機構とを用いて、シングル縦モードの波長をＰ（２０）１０．５９１２μｍに固定させることにより、ＣＯ２ガスレーザ増幅器によるパルス増幅が可能となる。
【０１１６】
この実施形態では、半導体レーザの波長をＰ（２０）に一致させたが、この例に限定されることなく、各増幅ラインのゲイン領域に一致させればよい。また、この半導体レーザのシングル縦モードの例として、グレーティングのリトロー配置の例を示したが、この例に限定されることなく、例えば、エタロンなど、シングル縦モードを選択可能な各種の波長選択技術を使用することができる。さらに、この実施形態では、外部共振器によるシングル縦モード発振する半導体レーザの例を示したが、この例に限定されることなく、例えば、半導体デバイス中にグレーティング等の波長選択素子が組み込まれた分布帰還型の半導体レーザを使用してもよい。
【０１１７】
図３０は、本発明の実施形態のスラブ型レーザ装置におけるシードレーザとして用いられる半導体レーザの構成を示す模式図である。図２９の例に対して異なる点は、シングル縦モードの半導体レーザを複数台の出力光を合波して、マルチラインシーダとして本発明の再生増幅器部の共振器中に注入してもよい。合波部の機能を果たす光学素子として合波用グレーティングを使用している。
【０１１８】
グレーティングにおける分光では、入射角度αと回折角度βの間に下の式が成立する
（１８） ｍλ＝ａ(sinα±sinβ)
ここで、ｍは次数、λは波長、ａは格子間距離である。したがって、下の式が成立するような入射角度α１、α２、・・・αｎと回折角度βを設定することによって合波することが可能となる。
（１９） ｍλ１＝ａ(sinα１±sinβ)
（２０） ｍλ２＝ａ(sinα２±sinβ)
・
・
（２１） ｍλｎ＝ａ(sinαｎ±sinβ)
ここで、半導体レーザの発振波長λ１、λ２・・・λｎは、図２８に示したようなＣＯ２レーザの増幅ラインの波長であればどれでもよい。
【０１１９】
図３０において、複数の半導体レーザ６７−１〜６７−ｎ（６７）は、各々シングル縦モードであって再生増幅器部５０および増幅器部２０の増幅波長領域の波長光を発振する。各半導体レーザ６７−１〜６７−ｎ（６７）は、それぞれ、合波用グレーティング６６へ入射角度α１、α２、・・・αｎで入力される。そして、各半導体レーザは合波用グレーティング６６から同じ回折角度βで出力され、合波されることになる。合波部の例としては、この実施形態に限定されることなく、機能としては、複数のシングル縦モード半導体レーザ光を同じ光軸に合波する機能を有していればよい。
【０１２０】
各半導体レーザ６７は、それぞれ再生増幅器部５０および増幅器部２０の増幅波長領域の波長にほぼ合わせられているが、温度変化などによって屈折率が変化することによって波長が変化するため、各半導体レーザ６７−１〜ｎに搭載されている図示しない各々の縦モードコントローラにより、温度調整や共振器長とグレーティングの選択波長を制御するによって各々の波長制御を行う。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外光源装置における発光プラズマを生成するレーザ光源などに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２】第１実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図３】第１実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図４】第１実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図５】第１実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図６】第２実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図７】第２実施形態第１態様に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図８】第２実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図９】第２実施形態第２態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１０】第２実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１１】第２実施形態第３態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１２】第２実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１３】第２実施形態第４態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１４】第２実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１５】第２実施形態第５態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１６】第２実施形態の第６の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１７】第２実施形態第６態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１８】第２実施形態の第７の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２０】第３実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２１】第４実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２２】第４実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２３】第４実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２４】第４実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２５】第４実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２６】第５実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２７】第５実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２８】第６実施形態のスラブ型レーザ装置における炭酸ガスレーザのゲイン領域を示す模式図である。
【図２９】第６実施形態のスラブ型レーザ装置のシーダとして使う半導体レーザ装置の構成概念図である。
【図３０】第６実施形態の第２の態様に使う半導体レーザ装置の構成概念図である。
【図３１】本発明を適用する極端紫外光源装置の構成図である。
【図３２】従来技術のスラブ型レーザ装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０・・・発振器部、１１，１２・・・共振器ミラー、１３・・・（第１）ＥＯポッケルスセル、１４・・・ポーラライザ、１５・・・カップリングミラー、１６・・・第２ＥＯポッケルスセル、１７・・・λ/４波長板、１７−２・・・λ/４波長高反射ミラー、１８・・・プリズム、１９・・・ウインドウ、２０・・・増幅器部、２１・・・入射ミラー、２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８・・・折返しミラー、３０・・・ＣＯ２レーザ媒体部、３１・・・可飽和吸収体、３２・・・スラブレーザ筐体部、３３・・・入射ウインドウ、３４・・・入射ビーム位置（第１定点）、３５・・・入射ビーム転写位置（第２定点）、３６・・・出射ウインドウ、３７，３８・・・折返しミラー、３９・・・入射ビーム第1の転写位置（第３定点）、４０，４１・・・電極、４２・・・平面折返しミラー、５０・・・再生増幅器部、６０・・・マルチラインシーダー、６１・・・半導体デバイス、６２・・・出力結合ミラー、６３・・・リア光学モジュール、６４・・・グレーティング、６５・・・コリメータレンズ、６６・・・合波用グレーティング、６７−１〜ｎ・・・半導体レーザ、７０，７１・・・光音響素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザを放射するスラブ型レーザ装置に関し、特に極端紫外（ＥＵＶ）光源装置においてターゲット物質に照射してプラズマ化し極端紫外光を放射させるドライバレーザを出力するスラブ型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィも微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、さらには５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（reduced projection reflective optics）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
最近では、ＡｒＦレーザの液浸方式により、４５ｎｍの微細加工までできるようになり、ＥＵＶ光は３２〜２２ｎｍ以下の微細加工がＥＵＶリソグラフィにより行われようとしている。
【０００３】
ＥＵＶ光源として、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ生成プラズマ）光源がある。ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πステラジアンという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力である。最近は、約４πステラジアンまでの集光ミラーが製造可能となり、１００Ｗ程度のＥＵＶ光の出力が必要となってきている。
【０００４】
図３１は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源のシステム構成を示す。
ＥＵＶ光源は、真空チャンバ内に存在するターゲットたとえばスズ（Ｓｎ）にドライバレーザを集光することによりプラズマを生成する。生成したプラズマからは、極端紫外光（ＥＵＶ）を含む様々な波長成分が放射されるので、その内の所望のＥＵＶ成分を、集光ミラー（ＥＵＶ集光ミラー）を用いて選択的に反射集光し、ＥＵＶ光を利用する露光機などの機器に出力する。
ＥＵＶ光源には１００Ｗを超える出力が要求されており、比較的高効率にＥＵＶを発生する、たとえば炭酸ガス（ＣＯ２）レーザスズ（Ｓｎ）プラズマであっても、産業用途に用いるためには、プラズマ生成用ドライバレーザを放射するＣＯ２レーザ装置の高効率化、省スペース化が要求される。
【０００５】
図３２は、ドライバレーザとして用いられる発振増幅型レーザの構成を示す概略図である。
プラズマ生成にはパルスレーザが使われるので、図に示す発振増幅型レーザは、短パルスＣＯ２レーザ発生器であるレーザ発振器と、短パルスＣＯ２レーザ光を増幅するレーザ増幅器とから構成される。レーザ増幅器は、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、さらに、必要に応じて、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、キセノン（Ｘｅ）等を含むＣＯ２レーザガスを放電によって励起する放電装置を有している。
【０００６】
レーザ発振器から出射したエネルギーＡを有するレーザ光（シードレーザ光）は、レーザ増幅器において所望のエネルギーＢを有するレーザ光に増幅される。このエネルギーＢを有するレーザ光は、レーザ光伝播系を通して、又は、レンズによって集光されて、錫（Ｓｎ）やキセノン（Ｘｅ）等から選択されるＥＵＶ発光ターゲット物質に照射される。
【０００７】
出願人らは、既に特願２００７−１８６７９８により、レーザエネルギーＡをレーザエネルギーＢまで増幅するレーザ増幅器として、第１のウインドウから入射するレーザ光を多重反射することにより放電領域内を伝播させて第２のウインドウから出射させる複数のミラーを有する光学系を含むスラブ型レーザ増幅器を採用した極端紫外光源装置用ドライバレーザを開示している。
【０００８】
開示したドライバレーザ装置によれば、入射したレーザがレーザ媒体中を複数回往復するようにしたマルチパス方式を採用するためドライバレーザの小型化が可能で、レーザ光の増幅を効率良く行うことができる。
しかし、上記構成を有する発振増幅型レーザ装置では、発振器と増幅器の最低２台のレーザモジュールで構成されるため、広い設置面積が必要とされるという問題がある。
【０００９】
なお、出願人の調査によっては、本願発明に対する的確な先行技術文献が検出できなかったが、関連する技術として、非特許文献１が、高速軸流ＣＯ２レーザ増幅器について開示する。
【非特許文献１】有我達也、遠藤彰，「極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ光源用ＣＯ２レーザ」，Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，新技術コミュニケーションズ，平成１６年１２月，第２８巻，第１２号，ｐ．１２６３−１２６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、パルスレーザを放射するスラブ型レーザ装置、特に極端紫外（ＥＵＶ）光源装置においてターゲット物質に照射してプラズマ化し極端紫外光を放射させるドライバレーザ光を出力するスラブ型炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ装置について、より効率の高い、設置面積を縮小できるレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のスラブ型レーザ装置は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、その電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起されるスラブ型ガスレーザ媒体部と、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、内部で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にそのカップリング装置を駆動してレーザ光を増幅器部に入射させる発振器部と、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力する増幅器部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のスラブレーザ装置は、発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置からなり、スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起される。そして、発振器部は、スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後にカップリング装置を駆動して出力されたレーザ光を増幅器部に入射させる。そして、増幅器部は、入射したレーザ光がスラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明のスラブ型レーザ装置は、たとえば、ポッケルスセルとポーラライザとカップリングミラーで構成されるカップリング装置を用いて発振器部から増幅器部にレーザ光を伝送するので、発振器部と増幅器部で1個のガスレーザ媒体部を共用することができるようになり、設置面積を縮小してより高い効率でパルスレーザを出力することができる。
なお、カップリング装置は、共振器中で共振した光を必要な時に外部にレーザ光を出力するための装置あり、必ずしもカップリングミラーで構成しなくてもよい。例えば、少なくとも、ポケルスセルとポーラライザの組合せ、または、光音響素子からなってもよい。
【００１４】
また、発振器部を、シングルラインシーダーあるいは炭酸ガスレーザ装置や固体レーザ装置から得られるマルチラインシーダーなどの種レーザ光を取り込んで共振器ミラー間で増幅する再生増幅器部に代えた構成とすることもできる。種レーザ光を使用する場合は、共振器ミラーの間にλ／４波長板と２個のポッケルスセルとポーラライザを配置して、２個のポッケルスセルを制御することにより種レーザ光の取り込みと再生増幅器における共振増幅と増幅器部への出力を支配して、パルスレーザ光を出力することができる。
さらに、シングルラインシーダーの例としては、炭酸ガスレーザの増幅ラインの波長で発振するシングル縦モードの半導体レーザであってもよい。また、マルチラインシーダーの例としては、複数の炭酸ガスレーザの増幅ラインのレーザ光を出す半導体レーザもしくは、複数台のシングル縦モードの半導体レーザを合波したレーザ光であってもよい。
また、再生増幅器部の共振器には種レーザ光を共振器内に注入するための第１のカップリング装置と共振して増幅されたレーザ光を共振器の外部に出力するための第２のカップリング装置で構成してもよい。
【００１５】
レーザ媒体として炭酸ガスを含むＣＯ２レーザ媒体を使用する場合は、出力されるパルスレーザ光は、スズ粒子などをターゲットとしてプラズマ化し極端紫外光を放射させるためのドライバレーザ光として利用することができる。
なお、増幅器部の折返しミラーは、平面鏡同士、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡など、目的に適合する各種の組合せが可能である。
また、増幅器における寄生発振を防ぐために、折返しミラーの間に６フッ化イオウなどの可飽和吸収体を配置してもよい。
さらに、増幅器部のマルチパス増幅器は、入射するレーザ光が増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１の定点を通過して、最後のレーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、第１の定点における入射ビームの断面の像を、第２の定点において、転写結像させる光学システムで構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記のようなスラブ型ＣＯ２レーザ増幅器を用いてドライバレーザを構成するので、ドライバレーザを小型化し、レーザ光の増幅を効率良く行うことができ、ビームの広がりを抑制して集光性に優れたレーザ光を得ることができる。
したがって、本発明のレーザ装置を極端紫外光源装置のドライバレーザ発生装置として利用すれば、省スペースの効率の良いＥＵＶ発生装置を得ることができる。
また、同一のスラブレーザ装置において、マルチラインシーダーの光を再生増幅器で増幅した後に、同一のスラブレーザ内のマルチパス増幅器でさらに増幅することができるため、コンパクトでしかも増幅効率が向上する。
【００１７】
特に、発振器部または再生増幅器部から出力されたレーザ光がマルチパス増幅器に入射するレーザ光が増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１定点を通過して、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、前記第１の定点における入射ビームの断面の像を、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムで構成することにより、増幅部の光軸が安定するので、全体装置の光軸調整および組立が極めて容易になると同時に、増幅効率高く維持されるため、レーザが高出力で出力の安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、各図面において若い番号の図面に記載されたものと同一の機能を有する構成要素には同一の参照番号を付して、説明の重複を回避した。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施形態に係るスラブ型レーザ装置は、露光装置に極端紫外光（ＥＵＶ）を供給する極端紫外光源装置におけるターゲット物質に照射してプラズマ化するレーザビームを供給するＣＯ２レーザ装置である。
【００２０】
スラブ型レーザ装置は、１体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。
ＣＯ２レーザ媒体部３０は、高周波電源（図示せず）に接続された１対の電極が対向して設置された領域で、電極に高周波電圧を印加することにより電極で挟んだ炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体を励起して電極の間にスラブ型の放電領域が形成される。
【００２１】
発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４、カップリングミラー１５で構成される。
発振器部１０では、偏光方向を高速でスイッチするＱスイッチを構成するＥＯポッケルスセル１３を使って１０ｎｓ程度の短パルスＣＯ２レーザ光を発生させる。なお、パルス幅が１００ｎｓ程度のレーザ光が欲しいときは、ＥＯポッケルスセル１３に代えて音響光学素子（ＡＯ素子）にすることができる。
【００２２】
ポーラライザ１４はＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する光学素子である。また、ＥＯポッケルスセル１３は高電圧を印加したときにのみ偏光が回転する光学素子である。
ＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加しないときは偏光状態が変化しないので、発振器部１で発生したＰ偏光のレーザ光は、共振器ミラー１１，１２の間を多数回往復しレーザ媒体のエネルギーを転移して増強することができる。すなわち、レーザ光がレーザ媒体を通過することによって誘導放出が発生し、レーザ光は増幅される。
発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光は、λ/４波長電圧を印加したＥＯポッケルスセル１３を往復する間にＳ偏光となり、ポーラライザ１４で反射してカップリングミラー１５に入射し、カップリングミラー１５で反射して増幅器部２０に入射する。
このように、所望のタイミングで共振器で共振した光を共振器の外部へ出力する、または、共振器中に導入する機構をカップリング装置と呼ぶ。
【００２３】
増幅器部２０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、入射ミラー２１、１対の折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３で構成される。
折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３は平面鏡で、ＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んで平行に対向して配置される。発振器部１０から入射したＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１で偏向して、平行に配設された折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間に入射して、折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間を多重反射しながら反射位置をずらせていって、最後に折返しミラー２２の端から射出し、スラブ型レーザ装置の出力窓を介してＥＵＶ光生成チャンバや別のＣＯ２レーザ増幅器に供給される。
ＣＯ２レーザ光は、励起されたＣＯ２レーザ媒体中を往復走行する間に出力を増幅し、高出力のレーザ光になる。
【００２４】
共振器と増幅器を直列に接続した従来のスラブ型レーザ装置と比較すると、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、ＣＯ２レーザ媒体を増幅器部２０と共用してレーザ発振器部１０を形成するので、従来２個あった構成部品が一つに纏まり、装置の構成が単純化しかつ小型になった。また、発振器部１０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させる上、増幅器部２０においてレーザ光がマルチパスになり十分なエネルギー転化を受けることができるので、高出力のＣＯ２レーザを得ることができ、また、ＣＯ２レーザ当たりの発振効率が向上することになる。レーザ光がマルチパスになり十分なエネルギー転化を受けることができるので、高出力のＣＯ２レーザを得ることができ、また、ＣＯ２レーザ当たりの発振効率が向上することになる。すなわち、発振器部１０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させることと、増幅器部２０においてレーザ光をマルチパス増幅させることにより、増幅効率が高くなり高出力のＣＯ２レーザを得ることができると同時に、コンパクトなスラブレーザ装置となる。
このように、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、省スペースで、高出力の短パルスＣＯ２レーザ発振装置になる。
また、パルス幅を長くすることにより、さらに高出力、高効率のレーザ装置になる。
【００２５】
図２〜図５は、本実施形態の別の態様を示す概念図である。
図１の実施形態では、増幅器部２０の折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３はいずれも平面鏡であったが、図２に示すように一方のミラーを凹面鏡２４にしたり、図３に示すように両方のミラー２５，２６を共に凹面鏡としたりしてもよいことはいうまでもない。また、一方を凹面鏡、他方を凸面鏡として、不安定共振器と同様に大断面積の放電部を有効に利用するようにしてもよい。
【００２６】
さらに、図４に示すように、往復する光路ごとに対になった反射鏡２７，２８を装備するようにしてもよい。これら反射鏡は個々に設置することもできるが、折返しミラー２７と対向する折返しミラー２８のそれぞれについて一体に形成することができる。一体で形成したものを使用するとアラインメントが容易である。
図５は、増幅器部２０の往復光路中に６フッ化イオウ（ＳＦ６）などの可飽和吸収体３１を介挿したものである。増幅器部２０において寄生発振が見られた場合は、可飽和吸収体を用いて抑制することができる。
ここで、折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の機能としては、発振部１０から出力されたレーザ光を増幅器部２０は、入射したレーザ光がスラブ型ガスレーザ媒体部３０を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力する機能をはたしている。
【００２７】
（第２実施形態）
さらに、図６〜図１８は、本発明に係る第２の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、第１実施形態に係るスラブ型レーザ装置に対して、光学システム（折返しミラー光学系）を改良することにより光軸を安定化させた増幅器部を適用したものであり、増幅器部の他は実質的に同じ構成を有する。
【００２８】
＜第１態様＞
図６と図７は、第２実施形態の第１態様に係るスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図６は第１態様のスラブ型レーザ装置の構成概念を示す平面図、図７は本態様のスラブ型レーザ装置の一部を断面で示す側面図である。
図６と図７に示す通り、本態様のスラブ型レーザ装置も、1体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。スラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０は、高周波電源（図示せず）に接続された１対の平板電極４０，４１が対向して設置された領域で、電極に高周波電圧を印加することにより、電極で挟んだ炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体を励起して電極の間にスラブ型の放電領域を形成する。電極ギャップは約０．５〜５ｍｍ程度であり、放電断面は薄型の長方形の形状となっている。
【００２９】
発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４、カップリングミラー１５で構成される。発振器部１０では、偏向方向を高速でスイッチするＱスイッチを構成するＥＯポッケルスセル１３を使って、１０から１００ｎｓ程度の短パルスＣＯ２レーザ光を発生させる。なお、パルス幅が１００ｎｓ程度のレーザ光でよければ、ＥＯポッケルスセルに代えて、音響光学素子（ＡＯ素子）を用いてもよい。
【００３０】
発振器部１０で発生したＰ偏光のレーザ光は、ＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加しない間に共振器ミラー１１，１２の間を多数回往復し、レーザ媒体のエネルギーを転移して増幅する。増幅器部２０のスラブレーザ筐体部３２の壁には、共振するレーザ光が透過するウインドウ１９が設けられている。
ここで、ＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加すると、発振器部１０で発生したポーラライザ１４の反射面に対してＰ偏光のＣＯ２レーザ光はＥＯポッケルスセル１３を往復する間にＳ偏光となるので、ポーラライザ１４で反射し、高反射（ＨＲ）ミラーであるカップリングミラー１５に入射する。
【００３１】
カップリングミラー１５で反射したＣＯ２レーザ光は、増幅器部２０の入射ミラー２１に導かれ、ここで反射し入射ウインドウ３３を透過して、シード光として増幅器部２０のスラブレーザ筐体部３２に入射する。シードレーザ光は、光学系にとって仮想的な物体位置となる入射ビーム位置(第１定点)３４を通過して、増幅領域となるスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過することにより増幅され、最初の折返しミラー３７となる球面凹面ＨＲミラーにより高反射率で反射されて、再び増幅領域を通過して増幅され、次の折返しミラー３８となる球面凹面ＨＲミラーにより高反射率で反射される。
【００３２】
反射したレーザ光は、折返しミラー３８で反射した後、再び増幅領域を通過しながら増幅され、対向する折返しミラー３７で高反射率反射して増幅領域を通過して増幅し、再度折返しミラー３８で反射し、増幅領域を通過して増幅する。増幅されたレーザ光は、出射ウインドウ３６を透過して増幅器部２０から出力される。
本態様の増幅器部２０における折返しミラー３７，３８からなる光学系システムは、入射ビーム位置(第１定点)３４におけるレーザ光の断面像がレーザ光の光路上であって出射ウインドウ３６近傍の入射ビーム転写位置（第２定点）３５において入射ビーム転写像として結像するように構成される。
【００３３】
この方式のメリットは、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても、出射ビームは入射ビームと同程度しか変動しないので、増幅効率が変動しにくく、安定に増幅することができ、かつ光軸の安定性が向上することである。本態様のスラブ型レーザ装置を利用する場合は、後工程の装置類は出射ウインドウ３６近傍の入射ビーム転写位置（第２定点）３５を基準として組み付ければよい。
【００３４】
＜第２態様＞
図８と図９は、第２実施形態に係る第２態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図８は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図９は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラー光学系でレーザ光がトリプルパスの増幅をするようにしたもので、実質的に同類の構成を有する。
【００３５】
カップリングミラー１５により発振器部１０から出力されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、入射ウインドウ３３を斜めに透過して、増幅領域となるスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過し増幅される。シードレーザ光は、折返しミラー３７となる球面凹面ＨＲミラーに０度より大きな入射角で入射して高反射率で反射されて、再び増幅領域３０で増幅される。次いで、先の折返しミラー３７と対向配置された、球面凹面ＨＲミラーである第２の折返しミラー３８に０度より大きな入射角で入射し高反射率で反射されて、増幅領域３０で増幅され、出射ウインドウ３６を透過して出力される。
【００３６】
本態様の増幅器部２０における折返しミラー３７，３８からなる光学システムも、入射ウインドウ３３の近くに設定された入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、レーザ光の光路上であって出射ウインドウ３６近傍の所定の入射ビーム転写位置（第２定点）３５において入射ビーム転写像として結像するように構成される。
【００３７】
一般に、薄い２個のレンズＭ１及びＭ２の合成焦点距離Ｆと、前側の１個のレンズＭ１の主点とこの合成レンズ系の前側主点間の距離ＺＨは、次式で表現される。
（１） Ｆ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ１＋ｆ２−ｔ）
（２） ＺＨ＝ｆ１・ｔ／（ｆ１＋ｆ２−ｔ）
ここで、ｆ１は前側レンズＭ１の焦点距離，ｆ２は後ろ側レンズＭ２の焦点距離、ｔはレンズ間の距離である。
ここで、物体の位置と前側レンズＭ１の距離がレンズ間距離ｔと等しい場合を想定する場合、この合成レンズ系による物体の転写像の倍率Ｍは、次式で表現される。
（３） Ｍ＝（ＺＨ＋ｔ−Ｆ）／Ｆ
【００３８】
そこで、図９に表すように、２枚の薄型レンズＭ１，Ｍ２間の距離ｔ＝Ｌとし、物体位置に当たる入射ビーム位置（第１定点）３４と最初のレンズＭ１との距離をＬとし、入射ビーム位置（第１定点）３４での断面像の転写像を形成する入射ビーム転写位置（第２定点）３５とレンズＭ２との距離をＬとし、倍率Ｍ＝１で結像するとする。さらに、レンズＭ１とレンズＭ２で表した凹面ＨＲミラー３７，３８が同じ焦点距離ｆ＝Ｒ／２を持つとする。
【００３９】
これらの関係を上記の式に代入すると、
（４） Ｆ＝ｆ２／（２ｆ−Ｌ）
（５） ＺＨ＝ｆ・Ｌ／（２ｆ−Ｌ）
（６） Ｍ＝１＝（ＺＨ＋Ｌ−Ｆ）／Ｆ
【００４０】
（４）（５）（６）式から、ｆ＝Ｒ／２＝Ｌ、すなわち曲率半径Ｒ＝２Ｌの球面凹面ＨＲミラー３７，３８を距離Ｌだけ離して対向させる配置にすることにより、入射ビーム位置（第１定点）３４におけるビームの断面像が出射ビーム光路上の入射ビーム転写位置（第２定点）３５に１：１で結像することになる。
本態様のスラブ型レーザ装置では、出射ビームの転写像は入射ビームと同程度しか変動しないので、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても安定に増幅することができ、かつ出射ビーム光軸の安定性が向上する。
【００４１】
＜第３態様＞
図１０と図１１は、第２実施形態に係る第３態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１０は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１１は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラーからなる光学システムでレーザ光が５パス増幅をするようにしたもので、入射ビームの第１の定点での断面像が折返し光路中にある第３の定点に第１の転写結像させ、この光路途中における第１の転写像をさらに出射レーザ光の光路上の第２の定点に第２の転写像を結像させることに特徴がある。しかし、本態様も、入射ビームの第１定点における入射ビームの断面を出射レーザ光の光路上の第２定点位置に転写することにより光軸を安定化させるものであって、実質的に第1態様などと同類の構成を有する。
【００４２】
以下、増幅器部２０について説明する。
本態様のスラブ型レーザ装置は、入口側の入射ビーム光路の第１定点３４におけるビーム断面像を２回転写結像させて、出口側の出射ビーム光路上の第２の定点３５に結像させるところに特徴がある。特に、本態様の光学システム入射ビームの所定位置（第１定点）３４と最後の転写像としての出射ビームの光路上の入射ビームの第２の転写像位置（第２定点）３５がほぼ一致するように構成している。このような光学システムを構成することによって、レーザ装置全体の光学システムを構成する上で便利となる。
【００４３】
１対の折返しミラー３７，３８が、増幅領域３０を挟んで対向し距離Ｌの間隔で配置されている。折返しミラー３７，３８は、曲率半径Ｒの凹面ＨＲミラーであって、図では両方のの折返し３７、３８が互いに上側に僅かに傾けて、両ミラー３７，３８で挟んだ空間が下方向にわずかにすぼまるように配置されている。
【００４４】
発振器部１０からのシードレーザ光が、増幅器部２０の入射ウインドウ３３を斜めに透過し、増幅領域３０中を通過する間に増幅される。ここで、折返しミラー３７，３８間の距離Ｌを半分する位置（第１定点）３４を、折返しミラー光学システムにおける入射ビーム位置とする。この第１定点を通過して増幅したレーザ光は、図中右側の凹面ＨＲミラー３７において０度入射よりも大きな入反射角度で入反射して、図中斜め左下方向に反射され、再び増幅領域３０を通過してさらに増幅される。レーザ光は、さらに、図中左側の折返しミラー３８において、０度より大きな角度で入反射して、図中ほぼ水平に増幅領域３０を通過して増幅される。ここで、光学システムの構成を調整することにより、折返しミラー３７，３８の間の中間位置第３定点３９に先の第１定点３４における入射ビームの断面像を形成させるようにすることができる。この断面像は、第１定点における入射ビーム断面の第１の転写像である。
【００４５】
レーザ光はさらに、増幅領域３０を透過して増幅され、右側の折返しミラー３７で反射して、今度は、図中左上方向に偏向し増幅領域３０で増幅され、左側の折返しミラー３８で右上方向に反射し増幅領域３０で増幅され、出射ビームとして出射ウインドウ３６を透過して、さらに、別のレーザ増幅器によりさらに増幅高出力化する。そして、例えば、後工程の露光装置、やレーザ加工器などに供給される。このとき、折返しミラー光学システムは、入射ビーム位置（第３定点）３９に結像する第１の転写像を物体として、最後に反射した左側の折返しミラー３７から出射ウインドウ３６に向かうレーザ光の光路中、左右の折返しミラー３７，３８の中間位置（第２定点）３５に第２の入射ビームの転写像を結像させる。なお、第２の入射ビームの転写像を結像する位置（第３定点）３５は、入射ビーム位置（第１定点）３４と重なるようにすることができる。
【００４６】
図１１は、本態様の増幅器部の光学システムを、透過素子に置き換えて説明する光学システム図である。
本態様の光学システムは、図９の態様の光学システムと異なり、（１）式に、ｆ１＝ｆ２＝Ｌ／２、ｔ＝Ｌを代入すると合成焦点距離は無限大となり、（１）、（２）、（３）式は適用することはできなくなる。このような光学システムは一般的にアフォーカル系と呼ばれる。レンズＭ１及びレンズＭ２の焦点距離をそれぞれｆ１とｆ２として、Ｍ１とＭ２のレンズをｆ１＋ｆ２の間隔で配置した場合、物体の位置がＭ１レンズの前側ｆ１の位置とすると、物体の転写結像位置はＭ２レンズの後ろ側ｆ２の位置となる。
そして、アフォーカル系の場合の倍率Ｍは次式で表される。
（７） Ｍ＝ｆ１／ｆ２
本態様のようにｆ１＝ｆ２の場合は、倍率Ｍは１となる。ここで、レンズＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の焦点距離を同じｆとして、互いのレンズ間距離をＬとすると、Ｌ＝２ｆの関係を満たせば、図７のような光学結像システムとなる。凹面ミラー３７及び３８の曲率半径をＲとすると、Ｌ＝Ｒの関係を満たすことによって本光学システムを実現できる。
図１１を参照すると、入射ビーム（シードレーザ光）は、入射ビームの光路上にある入射ビーム位置（第１定点）３４を通って、図中右側の凹面ＨＲミラー３７の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ１に入射する。入射ビーム位置（第１定点）３４はレンズＭ１の前側Ｌ／２の距離にある。図中左側の凹面ＨＲミラー３８の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ２とレンズＭ１の間隔はＬである。入射ビーム位置（第１定点）３４を通ったレーザ光は、レンズＭ１とレンズＭ２を透過して、レンズＭ２に対してＬ／２後側の位置である入射ビーム第１の転写像位置（第３定点）３９に第１の転写像を結像する。
【００４７】
さらに、この第１転写像が結像される第３定点３９に対して距離Ｌ／２下流の位置に図中右側の凹面ＨＲミラー３７の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ３が設けられ、さらにレンズＭ３に対して距離Ｌ下流の位置に図中左側の凹面ＨＲミラー３８の集光力を持った焦点距離ｆのレンズＭ４を設けられている。すると、第３定点３９における第１転写像の実像から発生するビームはレンズＭ３及びレンズＭ４を透過した後にレンズＭ４からの距離Ｌ／２のところに、第２の転写像を結像する。
【００４８】
本態様では、転写像を２回転写しているが、この例に限定されることなく、ビームを複数回転写して、入射ビームの光路上における第１定点の像が出射ビームの光路上の第２の定点に転写結像させればよい。
本態様のスラブ型レーザ装置では、出射ビームの光路上の定点における入射ビーム位置（定点）における断面の転写像は入射ビームと同程度しか変動しないので、出射ビームの安定性が向上する。さらに、増幅効率を高く維持できるのでレーザの出力が安定する。
また、本態様では、レーザ増幅器の入射ビームの光路上の第１定点と出射ビーム光路上の第２定点が一致することから、さらに、本態様の光学システムとして、アフォーカル系を採用しているので、入射ビームの光品位特性（ビームサイズ、ビーム広がり角等）を維持した状態で、出射ビームとして、出力される。その結果、多数の増幅器を直列に繋いで大増幅を行う装置を構成する場合に、接続される光学装置同士のアライメントが極めて容易になる特性を有する。
【００４９】
＜第４態様＞
図１２と図１３は、第２実施形態に係る第４態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１２は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１３は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第１態様に係るスラブ型レーザ装置において、増幅器部の折返しミラーの脇に入射ミラーを設けて、発振器部のポーラライザから出力したシードレーザ光を入射ミラーにより入射ビームとして増幅器部の側面から直接的に折返しミラー光学システムに取り込んだところと、折返しミラー光学システム内をレーザ光がマルチパスでジグザグに往復するところが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置で、実質的に同類の構成を有する。
【００５０】
図１２に示した本態様のスラブ型レーザ装置は、図中上部に配された発振器部１０において、１対の高反射率の共振器ミラー１１，１２を発振器の共振器として、共振器中にポッケルスセル１３、ウインドウ１９、ポーラライザ１４、増幅領域３０の順で配置されている。ポーラライザ１４から出力されたパルスレーザ光をシードレーザ光として、増幅器部２０に直接入射し、入射ミラー２１で図中斜め右下方に反射して、対向設置された１対の凹面ＨＲミラーの折返しミラー３７，３８で形成される折返しミラー光学システムに入射する。ここで、入射ミラー２１の位置は、入射ビーム位置（第１定点）３４と略一致させる光学システムを構成している。
【００５１】
入射ミラー２１を介して折返しミラー光学システムに入射したシードレーザ光は、増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、図中右側の折返しミラー３７に０度より大きな角度で入射反射して左側下方に反射する。そして、増幅領域３０を通過増幅して（２パス）、図中左側の折返しミラー３８に０度より大きな角度で入射反射して右側下方に反射する。さらに、増幅領域３０を通過増幅して（４パス）、図中右側の折返しミラー３７に０度より大きな角度で入射反射して左側下方に反射する。５パスと６パスも同様に０度より大きな角度で入射反射して下方に反射することを繰り返して、左側折返しミラー３８で水平方向に反射して増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。
【００５２】
その後は、図中点線で示すように、８パスから１１パスまで、増幅領域３０を通過増幅しながら折返しミラーで０度より大きな角度で上方斜め方向に反射することを繰り返す。１１パスは、増幅領域３０を通過増幅し、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力する光路である。１１パスの図中右側折返しミラー３７の脇の位置である入射ビーム転写像位置（第２定点）３５には、入射ミラー２１、かつ、第１定点における入射ビームの断面像を転写した像が結像される。
【００５３】
図１３に、本態様の光学システムにおいて反射素子を透過素子に置き換えて直列に展開した光学システム図を示す。
図１３に、折返し（凹面ＨＲ）ミラー系の両側に凹面ミラーを配したマルチパス増幅の場合、入射ビームの位置（第一定点）のビーム断面を増幅後の出射ビームの光路上の第２の定点に転写結像させる光学システムは、同じ焦点距離ｆ＝Ｒ／２を持つ複数のレンズが間隔Ｌで並んだ合成レンズにおいて、前側最初のレンズＭ１の距離Ｌだけ手前の位置（第１定点）３４における入射ビームの断面像を、最終レンズＭｎから距離Ｌだけ離れた位置（第２定点）３５に転写像を結像するように、レンズを直列配置した場合と等価である。
【００５４】
ここで、ｋ＋１個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ＋１）の焦点距離を全て同一のｆと仮定する。そして、これらレンズの合成焦点距離Ｆｋ、ｋ個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ）までの合成レンズの前側の主点とｋ＋１個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｋ＋１）合成レンズ系の主点間距離ＺＨｋ+1と、倍率Ｍは、式（１）（２）（３）から、次式で表現される。
（８） Ｆｋ＋１＝Ｆｋ・ｆ／（Ｆｋ＋ｆ−Ｌ）
（９） ＺＨｋ＋１＝Ｆｋ・Ｌ／（Ｆｋ＋ｆ−Ｌ）＋ＺＨｋ
（１０） Ｍ＝（ＺＨｋ＋１＋Ｌ−Ｆｋ＋１）／Ｆｋ＋１
ｋ＝０の場合（Ｍ１のみの場合）の合成焦点距離Ｆｎの初期値Ｆ１＝ｆである。ここで、式（８）（９）（１０）を用いて、Ｆ１からＦｎまで、逐次計算することにより、ｎ個のレンズ（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）までの、合成レンズの焦点距離Ｆｎと前側主点位置ＺＨｎを求めて、倍率Ｍが約１を満たすような各レンズの焦点距離ｆを求めることができる。
【００５５】
たとえば、１対の折返しミラー間の距離Ｌを１０００ｍｍ、倍率Ｍ＝１及び１１パス増幅の場合を仮定すると、式（８）（９）（１０）からｆが約１１０００ｍｍとなり、曲率半径Ｒ（＝２ｆ）は約２２０００ｍｍとなる。
本態様では、増幅領域３０をジグザグに上から下の方向に斜めに通過した後に、今度は下から上の方向にジグザグに増幅領域３０を通過するようにする光学システムを採用することにより、１１パスという多数のパスを有するマルチパス増幅により高い増幅効率を実現し、かつ入射ミラー２１の位置と同じ入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザビームの断面像を出射ビームの光路上の第２の定点３５の位置に結像させて安定なビーム軌跡を実現することができる。
【００５６】
＜第５態様＞
図１４と図１５は、第２実施形態に係る第５態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１４は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１５は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第４態様に係るスラブ型レーザ装置に対して、折返しミラーの一方を平面ＨＲミラーとして６パス増幅を行うようにしたところが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。
【００５７】
図１４を参照すると、シードレーザ光を出力する発振器部１０は図１２に示した第４態様のスラブ型レーザ装置と同じである。発振器部１０から供給される入射ビーム（シードレーザ光）は、増幅器部２０の入射ミラー２１で反射し折返しミラー光学システムに入射する。折返しミラー光学システムは、平面ＨＲミラーである平面折返しミラー４２と凹面ＨＲミラーである凹面折返しミラー３８で構成される。
【００５８】
入射ミラー２１により入射したシードレーザ光は、増幅領域３０を通過増幅し（１パス）、平面折返しミラー４２で０度より大きな角度で入射し、正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（２パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。
【００５９】
シードレーザ光は、さらに、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（４パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（５パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅して（６パス）、出射ウインドウ３６を介して出射ビームとして出力される。
【００６０】
本態様においては、入射ミラー２１の反射面の位置と同じ入射ビーム位置（第１定点）３４を物体位置として、この第１定点における入射ビームの断面像を、出口側の出射ビーム光路上の入射ビーム転写位置（第２定点）３５に結像させるように、折返しミラー光学システムを構成する。凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離をＬとし、平行に対向する用に設けて、入射ミラー２１の位置である第１定点３４の入射ビーム断面の転写像を出口側の第２定点３５に結像させる。この第１定点３４と第２定点３５はそれぞれ、凹面折返しミラー３８の脇に並んだ位置に設定する。
【００６１】
図１５に、本態様の光学システムにおいて反射素子を透過素子に置き換えて直列に展開した光学システム図を示す。図１５において、平面折返しミラー４２を示す平面透明板ＨＲ１，ＨＲ２，ＨＲ３は集光力がないので、本態様の光学システムは、実質的に図９に示したものと同じ構成になり、１個の凹面折返しミラー３８に対応する２枚のレンズＭ１，Ｍ２の間の距離が２Ｌで、入射ビーム位置（第１定点）３４がレンズＭ１の前側２Ｌの位置にあり、第１定点における入射ビーム断面の転写像がレンズＭ２の先２Ｌの位置である入射ビーム転写位置（第２定点）３５に結像する位置関係となる。
【００６２】
合成焦点距離Ｆ、主点間距離ＺＨ、倍率Ｍは、式（４）（５）（６）においてＬを２Ｌに置き換えた下式により求めることができる。
（１１） Ｆ＝ｆ２／（２ｆ−２Ｌ）
（１２） ＺＨ＝ｆ・２Ｌ／（２ｆ−２Ｌ）
（１３） Ｍ＝１＝（ＺＨ＋２Ｌ−Ｆ）／Ｆ
【００６３】
凹面折返しミラー３８の焦点距離ｆは曲率半径をＲとすると、図１５から分かるようにｆ＝Ｒ／２＝２Ｌであるから、曲率半径Ｒ＝４Ｌとなる。
本態様のスラブ型レーザ装置は、増幅部の入射ビームの光軸が多少ずれても、出射ビームの位置と角度は入射ビームの位置と角度と同程度しか変動しないので、増幅効率が変動しにくく、安定に増幅することができ、かつ光軸の安定性が向上する。さらに、本態様に係るスラブ型レーザ装置の特徴のひとつは、入射ビームと出射ビームが凹面折返しミラー３８を挟んだ両側面に配置されることである。
【００６４】
＜第６態様＞
図１６と図１７は、第２実施形態に係る第６態様のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。図１６は本態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図、図１７は本態様の増幅器部に関する光学システム図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、第５態様に係るスラブ型レーザ装置に対して、凹面折返しミラーを平面ＨＲミラーに対して角度をもって設置したところなどが異なる、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。
【００６５】
図１６を参照すると、発振器部１０には発振器部１０から増幅器部２０にレーザ光を入射させるためのカップリングミラー１５が設けられていて、ウインドウ１９を透過し共振器ミラー１１，１２の間を共振するレーザ光はポーラライザ１４およびカップリングミラー１５を介して発振器部１０から出力されてシードレーザ光として増幅器部２０に供給される。増幅器部２０に供給されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、以下の光学システムに入射する。この光学システムは、平面折返しミラー４２と距離Ｌをもって対向配置された凹面折返しミラー３８とで構成されている。ここで、平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８はそれぞれ、平面ＨＲミラーと球面ＨＲミラーである。
【００６６】
平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８は、平行に対向するのではなく、わずかに角度をもって設置されている。図１６では、凹面折返しミラー３８が、図中上方で平面折返しミラー４２により近く、図中下方でより遠くなるように配置されている。このように、平面折返しミラー４２と凹面折返しミラー３８が互いにわずかに傾いて配置されたことにより、パス数の多いマルチパス増幅を実現することができる。
【００６７】
また、折返しミラー光学系で入射ビーム位置（第１定点）３４を、発振器ミラー１１，１２の共振器の外部に出力したシードレーザ光を反射させるカップリングミラー１５の反射面と略一致させるようにする。その結果、物体位置となる第１定点３４は非常に安定となる。そこで、折返しミラー光学システムは、入射ビームが最初に凹面折返しミラー３８に当たる位置の前側２Ｌの光路上の位置に入射ビーム位置（第１定点）３４が来るように構成されている。また、出射ウインドウ３６近傍に設定する入射ビーム転写位置（第２定点）３５の位置は、出射ビームが最後に凹面折返しミラー３８を反射した位置から後側に２Ｌの光路上の位置にとなるように構成している。
【００６８】
折返しミラー光学システムに入射した入射ビーム光は、図中上方向に斜めに増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（２パス）、平面折返しミラー４２で正反射して上方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射するが、凹面折返しミラー３８の反射面がより図中下方に向いているため、今度は点線で示すように下方向斜めに出射する。凹面折返しミラー３８で反射した入射ビーム光は、増幅領域３０を通過増幅し（４パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（５パス）。
【００６９】
入射ビーム光は、次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（６パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（８パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅し（９パス）、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力される。
【００７０】
このとき、折返しミラー光学システムの働きにより、カップリングミラー１５の反射面（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、出射ビームの光路上において平面折返しミラー４２からの後側に距離Ｌの位置（第２定点）３５に転写される。
【００７１】
図１７を参照すると、入射ビーム位置（第１定点）３４と最初の凹面折返しミラー３８までの距離が２Ｌで、凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離がそれぞれＬで、最後の平面折返しミラー４２と入射ビーム転写位置（第２定点）３５までの距離がＬとなる。しかし、平面折返しミラー４２は集光力がないので、焦点距離ｆの凹面折返しミラー３８に相当するレンズ（たとえばＭ１とＭ２）同士の距離がそれぞれ２Ｌで、第１定点３４がレンズＭ１の前側２Ｌの位置で、入射ビーム転写位置（第２定点）３５が最終のレンズＭｎの後側に距離２Ｌだけ離れた所に位置する関係となる。
【００７２】
ミラー（レンズ）同士の距離Ｄを使った場合、ｋ個のミラー（レンズ）の合成焦点距離Ｆｋ、主点間距離ＺＨｋ、倍率Ｍは、式（８）（９）（１０）においてＬを２Ｌに置き換えた次式により求めることができる。
（１４） Ｆｋ＋１＝Ｆｋ・ｆ／（Ｆｋ＋ｆ−２Ｌ）
（１５） ＺＨｋ＋１＝Ｆｋ・２Ｌ／（Ｆｋ＋ｆ−２Ｌ）＋ＺＨｋ
（１６） Ｍ＝（ＺＨｋ＋１＋２Ｌ−Ｆｋ＋１）／Ｆｋ＋１
ｋ＝０の場合合成焦点距離Ｆｎの初期値Ｆ１＝ｆである。
ここで、式（１４）（１５）（１６）を用いて、Ｆ１からＦｎまで、逐次計算することにより、ｎ個のミラー（レンズ）（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）までの、合成焦点距離Ｆｎと前側主点位置ＺＨｎを求めて、倍率Ｍが約１を満たすような各ミラー（レンズ）の焦点距離ｆを求めることができる。
【００７３】
たとえば、Ｌ＝６００ｍｍで、９パス増幅する場合は、曲率半径Ｒは約７２００ｍｍとなる。
この方式のメリットは、増幅領域に多数のパスを通すことにより、レーザ媒体のエネルギーをより有効に活用して、高出力のレーザ光を得ることであり、また、発振器部１０のカップリングミラー１５の位置におけるビーム断面像を転写結像させて出力するため、増幅後のレーザ出力ビームの位置及び角度が安定することである。
【００７４】
＜第７態様＞
図１８は、第２実施形態に係る第７態様のスラブ型レーザ装置における発振器部と増幅器部の平面断面図である。なお、本態様の増幅器部に関する光学システム図は、本質的に図１７に表されたものと変わらないので、ここでは省略する。
本態様のスラブ型レーザ装置は、図１６に示された第６態様に係るスラブ型レーザ装置とほぼ同じ構成を有するもので、凹面折返しミラーを筐体に対して直交するように配置し、平面ＨＲミラーを凹面折返しミラーに対して角度をもって対向配置した、マルチパス増幅式スラブ型レーザ装置である。この型式のスラブ型レーザ装置では、折返しミラーの集光力や長さ、挟角、およびシードレーザ光の入射角度などを調整することによりパス数を適宜に変化させることができる。図１８に表した態様では、パス数を１１にしている。
【００７５】
本態様のスラブ型レーザ装置では、共振器ミラー１１，１２の間を共振するレーザ光が、ポーラライザ１４およびカップリングミラー１５を介して発振器部１０から増幅器部２０に供給される。増幅器部２０に供給されたシードレーザ光は、入射ミラー２１で反射し、平面折返しミラー４２とこれと距離Ｌをもって対向配置された凹面折返しミラー３８とで構成された折返しミラー光学システムに入射する。
本態様のスラブ型レーザ装置では、凹面折返しミラー３８がスラブレーザ筐体部３２に対して直交するように配置され、平面ＨＲミラー４２が凹面折返しミラー３８に対して図中上端が近づく方向に傾いくように配置されている。
【００７６】
入射ミラー２１で反射し折返しミラー光学システムに入射した入射ビーム光は、図中上方向に斜めに増幅領域３０を通過増幅して（１パス）、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（２パス）、平面折返しミラー４２で正反射して上方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（３パス）。次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射して、上方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（４パス）、平面折返しミラー４２で正反射して筐体３２の壁にほぼ平行に出射し、増幅領域３０を通過増幅する（５パス）。
【００７７】
入射ビーム光は、さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射するが、入射ビーム光の入射点においては、凹面折返しミラー３８の反射面が図中下方に向いているため、今度は点線で示すように下方向斜めに出射する。凹面折返しミラー３８で反射した入射ビーム光は、増幅領域３０を通過増幅し（６パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（７パス）。
【００７８】
入射ビーム光は、次いで、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（８パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅する（９パス）。入射ビーム光は、さらに、凹面折返しミラー３８に対して０度より大きな角度で入反射し、下方向に斜めに出射し増幅領域３０を通過増幅し（１０パス）、平面折返しミラー４２で正反射して下方向に斜めに出射し、増幅領域３０を通過増幅し（１１パス）、出射ウインドウ３６を透過して出射ビームとして出力される。
【００７９】
このとき、折返しミラー光学システムの働きにより、ポーラライザ１４の反射面である入射ビーム位置（第１定点）３４におけるレーザ光の断面像が、出射ビームの光路上平面折返しミラー４２からの距離Ｌの位置である入射ビーム転写位置（第２定点）３５に転写される。
このときの光学システムは、入射ビーム位置（第１定点）３４と初めの凹面折返しミラー３８までの光路長が２Ｌで、凹面折返しミラー３８と平面折返しミラー４２との距離がそれぞれＬで、最後の凹面折返しミラー３８と入射ビーム転写位置（第２定点）３５までの距離が２Ｌとなるように構成されている。
【００８０】
合成焦点距離Ｆ、主点間距離ＺＨは、式（１４）（１５）（１６）により求めることができる。たとえば、倍率Ｍ＝１、Ｌ＝１８００ｍｍ及び１１パス増幅する場合は、曲率半径Ｒは約３００００ｍｍとなる。
この方式のメリットは、第６態様におけるものと同じであるが、さらに、位置姿勢の調整が難しい凹面折返しミラー３８を固定して、平面折返しミラー４２の調整により光路の調整を行うため、装置の設計及びアライメントがより簡単になることである。
【００８１】
（実施形態３）
図１９は、本発明の第３の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す概念図である。
本実施形態に係るスラブ型レーザ装置は、１体のＣＯ２レーザ媒体部３０に再生増幅器部５０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有し、マルチラインシーダー６０など外部の励起光発生装置から種レーザを導入し共振器ミラー間で再生増幅した後にレーザ増幅して高出力化したＣＯ２レーザ光をＥＵＶ光源装置に供給するようにしたものである。
【００８２】
再生増幅器部５０は、第１実施形態における発振器部１０に代替するもので、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、第１のＥＯポッケルスセル１３、ポーラライザ１４に加えて、第２のＥＯポッケルスセル１６とλ/４波長板１７を備えることにより構成される。なお、レーザ光を増幅器部２０に偏向するカップリング機能はポーラライザ１４が担うので、カップリングミラー１５は不要である。
【００８３】
再生増幅器部５０は、たとえばＣＯ２レーザや固体レーザなどで形成されるマルチラインシーダー６０からの発振光を入力して、再生増幅器部５０内を何度も往復させる間に増幅して出力する。ここで、マルチラインシーダーの例として、ＣＯ２レーザの増幅ラインの波長で発振するマルチ縦モード半導体レーザや複数のシングル縦モード半導体レーザの光を合波してもよい。
マルチラインシーダー６０からＳ偏光である発振光を入射させると、入射光はポーラライザ１４で反射して再生増幅器部５０内に注入される。注入された光はλ／４波長板１７を往復通過する間にＰ偏光に変化するのでポーラライザ１４を透過し、フロント側の共振器ミラー１２で反射して戻り、再びポーラライザ１４を透過する。
【００８４】
再生増幅器５０の機能をさらに詳しく説明する。マルチラインシーダー６０からポーラライザ１４の反射面に対してＳ偏光のシードレーザ光を入射させる。このシードレーザ光はポーラライザ１４で高反射して再生増幅器部５０の共振器内に注入される。注入されたシードレーザ光は第１のＥＯポケルスセル１３をそのまま透過して、λ／４波長板１７により円偏光に変換される。そして、共振器ミラー１１により折り返され再びλ／４波長板１７を透過するとＰ偏光に変化する。Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポケルスセル１３をそのまま透過してポーラライザ１４を透過する。そして、このＰ偏光のレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅され、第２のＥＯポッケルスセル１６をＰ偏光の状態でそのまま透過し、フロント側の共振器ミラー１２で反射して戻り、再び、第２のＥＯポッケルスセル１６及びＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過する。
【００８５】
ポーラライザ１４を透過したＰ偏光レーザ光がλ／４波長板１７を往復通過するとＳ偏光に変化するので、ポーラライザ１４で反射されることになる。そこで、ＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長電圧を印加することにより、さらに偏光面を回転させＰ偏光にしてポーラライザ１４を透過させる。
上記内容をさらに詳しく説明する。第１のＥＯポッケルスセルに電圧を印加しない場合は、ポーラライザ１４を透過したＰ偏光レーザ光がλ／４波長板１７を往復通過するとＳ偏光に変化するので、ポーラライザ１４で高反射されることになる。そこで、第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加することにより、第１のＥＯポッケルスセル１３とλ／４波長板１７を透過することにより、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。そして、共振器ミラー１１によって、再び、λ／４波長板１７と第１のＥＯポッケルスセル１３を透過することにより、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されポーラライザ１４を透過させる。
第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長電圧を印加した状態では、レーザ光が共振器ミラー１１，１２の間を何度も往復してＣＯ２レーザ媒体により出力増幅をすることができる。いいかえれば、第１のＥＯポッケルスセル１３にλ/４波長位相がずれるように電圧を印加した状態では、レーザ光が共振器ミラー１１，１２の間を何度も往復してＣＯ２レーザ媒体により、マルチラインシーダからのシードレーザ光を増幅することができる。
【００８６】
再生増幅器部５０内のＣＯ２レーザ媒体部３０で十分増幅されたところで、第２のＥＯポッケルスセル１６にλ/４波長電圧を印加すると、再生増幅器部５０内のレーザ光がＳ偏光に変化してポーラライザ１４で反射し、増幅器部２０に入射する。
再生増幅器部５０内のレーザ光を放出した後に、再び第１のＥＯポッケルスセル１３と第２のＥＯポッケルスセル１６の印加電圧を零にすると、マルチラインシーダー６０からの発振光を再生増幅器部５０内に取り込むことができる。
【００８７】
増幅器部２０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、入射ミラー２１、１対の折返しミラー２２，２３で構成される。
増幅器部２０は、第１の実施形態におけるものと同じものなので、折返しミラー２２とこれに対向する折返しミラー２３は図１に示したようにいずれも平面鏡であってもよいが、一方のミラーを凹面鏡にしたり、両方のミラーを共に凹面鏡としたりしてもよいことはいうまでもない。また、一方を凹面鏡、他方を凸面鏡として、大断面積の放電部を有効に利用するようにしてもよい。また、往復する光路ごとに対になった反射鏡をそれぞれ装備してもよい。
さらに、可飽和吸収体や空間フィルタなどを介挿して、増幅器部２０における寄生発振を抑制するようにしてもよい。
【００８８】
再生増幅器部５０から増幅器部２０に入射したＣＯ２レーザ光は、平行に配設された折返しミラー２２と対向する折返しミラー２３の間で多重反射し、最後にスラブ型レーザ装置の出力窓を介してＥＵＶ光生成チャンバや別のＣＯ２レーザ増幅器に供給される。
ＣＯ２レーザ光は、励起されたＣＯ２レーザ媒体中を往復走行する間に出力を増幅し、高出力のレーザ光になる。
【００８９】
本実施形態のスラブ型レーザ装置は、従来のスラブ型レーザ装置と比較すると、ＣＯ２レーザ媒体を増幅器部２０と再生増幅器部５０で共用するので、装置の構成が単純化しかつ小型になった。また、再生増幅器部５０と増幅器部２０を同じＣＯ２レーザ媒体中で任意の回数往復走行させて十分なエネルギー転化を受けることができるので、発振効率が高く高出力のＣＯ２レーザを得ることができる。
すなわち、再生増幅器部５０を増幅器部２０と同じＣＯ２レーザ媒体中で作動させることと、増幅器部２０においてレーザ光をマルチパス増幅させることにより、増幅効率が高くなり高出力のＣＯ２レーザを得ることができると同時に、コンパクトなスラブレーザ装置となる。
このように、本実施形態のスラブ型レーザ装置は、省スペースで、高出力の短パルスＣＯ２レーザ発振装置になる。
なお、上記では注入するレーザ光がマルチラインシーダーから得られるレーザ光である場合を説明したが、シングルラインシーダーを用いてレーザ光を供給してもよい。
【００９０】
図２０は、本実施形態の別の態様を示す概念図である。
本態様のスラブ型レーザ装置は、図１９に示したレーザ装置に対して、再生増幅器部５０のレーザ光路中に１対のプリズム１８を挿入したところのみが異なり、他は全く同じものである。
再生増幅器部５０に１対のプリズム１８を挿入することにより、共振器ミラー１１，１２間の光学距離を微調整することができるので、たとえば、マルチラインシーダー６０を使用する場合には波長選択が可能になり、またシングルラインシーダーを使用するときは共振調整ができるなど、出力レーザ光の波長選択や波長調整が容易になる。
【００９１】
なお、本実施形態のスラブ型レーザ装置に対して、上記第２実施形態として開示した、増幅器部２０のマルチパス増幅器の光学システムを改良して入射ビーム位置（第１定点）におけるビーム断面像を出口近傍にある入射ビーム転写位置（第２定点）に転写する増幅器部を適用することにより、出力レーザ光の光軸を安定化させることができることは言うまでもない。
【００９２】
（実施形態４）
図２１〜図２５は、本発明に係る第４の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、極端紫外光源装置におけるターゲット物質にレーザビームを供給するＣＯ２レーザ装置である。本実施形態は、平面ミラーをほぼ平行に対向配置した折返しミラー光学システムを備えた増幅器部に対して、光学システムを簡約化した発振器部を適用したものであり、発振器部の他は、図１に例示した、第１実施形態の第１態様に係るスラブ型レーザ装置と実質的に同じ構成を有する。
【００９３】
＜第１態様＞
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る第１の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、１体のスラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０に発振器部１０と増幅器部２０を一緒に組み込んだ構成を有する。図１に例示する第１実施形態の第１態様のスラブ型レーザ装置と比較すると、スラブ型ＣＯ２レーザ媒体部３０と増幅器部２０の構成は変わらず、発振器部１０の構成が異なる。
【００９４】
本態様のスラブ型レーザ装置では、発振器部１０は、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成される。カップリングミラーは使用しない。
発振器部１０は、ポーラライザ１４により発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光のＳ偏光成分を反射して、共振器ミラー１１及び１２で共振させて成長させる。適宜の間隔で、ＥＯポッケルセル１３を駆動してλ／４位相を変化させることにより、共振しているＣＯ２レーザ光をＰ偏光に変換すると、ＣＯ２レーザ光はポーラライザ１４を透過して増幅器部２０に入射する。
【００９５】
増幅器部２０に入射したＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１に入反射させて、増幅ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、ほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３間をマルチパス増幅させて出力する。
本態様のスラブ型レーザ装置では、発振器部１０にカップリングミラー１５を使用せず、光学系が簡約化する。
【００９６】
＜第２態様＞
図２２は、本発明の第４の実施形態に係る第２の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置の発振器部１０は、第１態様のものと同様に、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成される。
【００９７】
ただし、発振器部１０は、第１態様のものと異なり、発振器部１０で発生したＣＯ２レーザ光の偏光成分のうち、ポーラライザ１４を透過するＰ偏光成分を共振器ミラー１１及び１２で共振させる。レーザ光は、平行に対向した１対の共振器ミラー１１，１２の間でほぼ直線的な光路上で共振する。そして、ＥＯポッケルセル１３を駆動してλ／４位相を変化させることにより、ＣＯ２レーザ光のＰ偏光をＳ偏光に変換すると、ＣＯ２レーザ光はポーラライザ１４で反射して増幅器部２０に入射する。
【００９８】
図２２に示した構成では、入射したＣＯ２レーザ光をほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３の間で多重反射させるように導く入射ミラー２１は、ポーラライザ１４に対してＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んだほぼ対角位置に設けられている。したがって、ポーラライザ１４で走行方向を切り替えられたＣＯ２レーザ光は、入射ミラー２１に届くまでＣＯ２レーザ媒体部３０中を走行して増幅作用を受けた上で、ほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３の間に入射させマルチパス増幅させて出力するので、増幅効率がより向上する。
また、発振器部１０にカップリングミラーを使用せず、光学系が簡約化する。
【００９９】
＜第３態様＞
図２３は、本発明の第４の実施形態に係る第３の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置の発振器部１０は、第２態様のものと同様に、ＣＯ２レーザ媒体部３０の一部を含み、１対の共振器ミラー１１，１２、電気光学（ＥＯ）ポッケルスセル１３、ポーラライザ１４で構成され、Ｐ偏光成分の共振を使っている。ただし、発振器部１０と増幅器部２０は交差するように配置され、一部のＣＯ２レーザ媒体部３０を共用している。所望のタイミングでＥＯポッケルスセル１３に電圧を印加して、位相をλ／４ずらすことによって、このＥＯポッケルスセル１３を往復することによって、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。Ｐ偏光で共振しているＣＯ２レーザ光をＳ偏光に切り替えることによって、レーザ光はポーラライザ１４によって高反射されて、そのまま増幅器部２０に入射させる。このため、カップリングミラー１５に加えて入射ミラー２１も設置する必要がない。
【０１００】
（実施形態５）
図２４は、本発明に係る第５の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、発振器部１０においてＥＯポッケルセルとポーラライザの代わりに光音響素子７０を用いることにより、第４実施形態のスラブ型レーザ装置と同様にカップリングミラーを使わず、さらに増幅器部２０における入射ミラーを省いた構成となっている。
本実施形態のスラブ型レーザ装置は、共振器ミラー１１と１２の間でレーザ光を共振させている間に、所定のタイミングで光音響素子７０を動作させると、共振器ミラー間の光軸と異なる方向にレーザ光が出力され、発振器部１０に近い側から増幅器部２０に入射する。入射したレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を挟んでほぼ平行に配置された折返しミラー２２と２３間をマルチパス増幅させて、増幅器部２０の発振器部１０に遠い側から出力する。
【０１０１】
（実施形態６）
図２５は、本発明に係る第６の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、第５実施形態のスラブ型レーザ装置の発振器部１０に代えて、共振器ミラー１１と１２の間の共振光軸中に第２の光音響素子７１を設け、シードレーザ光を導入して増幅する再生増幅器５０を備えたものである。
【０１０２】
本実施形態においては、再生増幅器５０の第２の光音響素子７１をオンにすると、パルス状のシードレーザ光が共振器ミラー１１及び１２の共振器中に導入される。その後、第２の光音響素子７１をオフにすると、シードレーザ光は共振器ミラー１２により折り返され、オフされた第２の光音響素子７１をそのまま透過して、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、オフされた第１の光音響素子７０を透過し、共振器ミラー１１により、折り返され、オフになっている第１の光音響素子７０をそのまま通過し、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射して透過増幅する。
【０１０３】
これを繰り返すことによりシードレーザ光が再生増幅される。所望のエネルギーになった時点で、第１の光音響素子７０を動作させて、再生増幅されたレーザ光が増幅部２０に出力される。この再生増幅器５０から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、高反射ミラー２２に入反射する。そして、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、高反射ミラー２３及び高反射ミラー２２の間でマルチパス増幅して、増幅部２０から出力される。
【０１０４】
（実施形態７）
図２６と図２７は、本発明に係る第７の実施形態のスラブ型レーザ装置を説明する図面である。本実施形態のスラブ型レーザ装置は、たとえば図２２に示す第４実施形態のスラブ型レーザ装置における発振器部の代わりに、シードレーザ光を導入して再生増幅する再生増幅器部を備えたものである。
【０１０５】
＜第１態様＞
図２６は、第７実施形態に係る第１の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、再生増幅器部５０において、共振器ミラー１１，１２の間にＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４と光音響素子７１とを備え、光音響素子７１でシードレーザ光を導入して再生増幅し、増幅器部２０に供給するようにしたものである。
【０１０６】
本態様のスラブ型レーザ装置では、再生増幅器５０の光音響素子７１をオンにすると、Ｐ偏光のパルス状のシードレーザ光が共振器ミラー１１及び１２で構成される共振器中に導入される。その後、光音響素子７１をオフにすると、シードレーザ光は共振器ミラー１２により折り返され、オフされた光音響素子７１をそのまま透過して、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅した後、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過し、オフされたＥＯポッケルセル１３を透過して、共振器ミラー１１により折り返され、ＥＯポッケルセル１３をそのまま通過し、Ｐ偏光の状態でポーラライザ１４を透過し、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射して透過増幅する。これを繰り返すことによりシードレーザ光が再生増幅される。
【０１０７】
所望のエネルギーになった時点で、ＥＯポッケルセル１３を動作させてＳ偏光に変換され、ポーラライザ１４において高反射され、再生増幅されたレーザ光が増幅部２０に出力される。この再生増幅器５０から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、高反射ミラー２１に入反射する。そして、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、高反射ミラー２３及び高反射ミラー２２の間でマルチパス増幅して、増幅部２０から出力される。
【０１０８】
＜第２態様＞
図２７は、第７実施形態に係る第２の態様のスラブ型レーザ装置の構成例を示す概念図である。本態様のスラブ型レーザ装置は、再生増幅器部５０において、共振器ミラー１１，１２の間に第１のＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４と第２のＥＯポッケルセル１６と、λ／４位相を変化させる素子としての高反射膜ミラー１７−２とを備え、ポーラライザ１４でＳ偏光のシードレーザ光を導入して共振器ミラー１１，１２間で再生増幅し、増幅器部２０に供給するようにしたものである。再生増幅器部５０と増幅器部２０の間にカップリングミラーを設ける必要がない。
【０１０９】
本態様のスラブ型レーザ装置は、Ｓ偏光のパルス状のシードレーザ光をポーラライザ１４の偏光膜面に入反射させて、共振器ミラー１１及び１２の間で構成される共振器中に導入する。共振器中に導入されたシードレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅して、第２のＥＯポッケルセル１６をそのまま通過し、λ／４位相だけ変化させる高反射膜をコートした高反射膜ミラー１７−２で反射して円偏光に変換され、共振器ミラー１２により反射し、再び、λ／４位相変化させる高反射膜ミラー１７−２で反射してＰ偏光に変換される。そして、第２のＥＯポッケルセル１６をそのまま透過し、ＣＯ２レーザ媒体部３０を通過増幅し、ポーラライザ１４を透過する。そして、第１のＥＯポッケルセル１３を通過し共振器ミラー１１により折り返され、Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポッケルセル１３とポーラライザ１４を通過する。
【０１１０】
シードレーザ光は、さらに、Ｐ偏光の状態でＣＯ２レーザ媒体部３０を透過して増幅した後、第２のＥＯポッケルセル１６を動作させて位相をλ／４ずらし円偏光に変換され、λ／４位相変化させる高反射膜ミラー１７−２で反射してＳ偏光に変換される。このＳ偏光は共振器ミラー１２により反射され、λ／４位相を変化させる高反射膜ミラー１７−２により円偏光に変換され、第２のＥＯポッケルセル１６により、さらにλ／４位相が変化してＰ偏光に変換される。そして、このＰ偏光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過増幅し、ポーラライザ１４を透過する。そして第１のＥＯポッケルセル１３を透過して、共振器ミラー１１で反射して、Ｐ偏光の状態で第１のＥＯポッケルセル１３及びポーラライザ１４を透過して、再び、ＣＯ２レーザ媒体部３０に入射し、これを繰り返す。
【０１１１】
そして、共振器ミラー１１及び１２間で共振することにより再生増幅されたシードレーザ光が所望のエネルギーになった時点で、第１のＥＯポッケルセル１３を動作させて、Ｐ偏光を円偏光に変換し、共振器ミラー１１により高反射させて、第１のＥＯポッケルセルによりＳ偏光に変換して、ポーラライザ１４を高反射して、シードレーザ光が再生増幅されたレーザ光が出力される。この再生増幅器から出力されたレーザ光は、ＣＯ２レーザ媒体部３０を透過して増幅し、高反射ミラー２１に入反射する。そして、ミラー２３及び２２間で往復する間に、ＣＯ２レーザ媒体部３０で増幅して、出力される。
【０１１２】
図２８は、シードレーザ光を発生する半導体レーザの縦モードがシングルモードである場合のＣＯ２レーザの各ラインの波長のゲイン領域との関係を模式的に示す図面である。図２８のグラフは、横軸に波長、縦軸に増幅ゲインを模式的にプロットしている。点線は、ＣＯ２レーザにおける、Ｐ（１８），Ｐ（２０），Ｐ（２２），Ｐ（２４），Ｐ（２６），Ｐ（２８），Ｐ（３０）の増幅波長領域を示しており、この各々のラインに対して、所定の波長幅のゲイン領域が存在する。このゲイン波長幅Δνは、回転ゲインバンド幅の圧力広がりにより発生し、
（１７） Δν＝７．５８（ΦＣＯ２＋０．７３ΦＮ２＋０．６４ΦＨｅ）×Ｐ（３００／Ｔ）１／２
となる。ここで、Φは分圧、Ｐは圧力（ｔｏｒｒ）、Ｔは温度（Ｋ）である。典型的な条件として、ＣＯ２：Ｎ２：Ｈｅ＝１：１：８で、圧力が１００ｔｏｒｒ、温度が４５０Ｋとすれば、各ラインのゲイン幅Δν＝４２４ＭＨｚ、すなわち波長幅が約０．００１５８８μｍとなる。
【０１１３】
したがって、シングル縦モード発振の場合は、例えば半導体レーザの発振波長をＣＯ２レーザ増幅ラインＰ（２０）１０．５９１２μｍの少なくともゲイン幅約０．００１５８８μｍの範囲となるように、１０．５９１２±０．０００７９４μｍに安定化すれば、増幅されることになる。ただし、レーザの出力を安定に維持するためには、増幅ゲインのピーク付近に半導体レーザの発振波長を安定化させる必要がある。なお、半導体レーザの発振波長は、この増幅ラインＰ（２０）に限定されることなく、各増幅ラインの波長を中心に±０．０００７９４μｍの範囲で安定化させることにより増幅することができる。ただし、レーザの出力を安定に維持するためには、各増幅ゲインのピーク付近にそれぞれの半導体レーザの発振波長を安定化させる必要がある。
【０１１４】
図２９は、シードレーザとして使用される半導体レーザがシングル縦モードの場合の共振器の例を示す概念図である。半導体デバイス６１のフロント側に出力結合ミラー（Output Coupler、ＯＣ）６２、リア側にリア光学モジュール６３が設置されている。ＯＣ６２とリア光学モジュール６３は、光共振器を構成している。ＯＣ６２は、部分反射ミラーコートがされたミラーで、一部のレーザ光を出力する一方、一部のレーザ光を共振器内に戻して共振させている。リア光学モジュール６３は、コリメータレンズ６４と、グレーティング６５とが配置される。グレーティング６５は、入射角度と回折角度が同じとなるリトロー配置されている。この入射回折角度を変化させることにより選択する波長を制御することができる。
【０１１５】
このようにして、グレーティング６５によってマルチ縦モードのうち１本の光のみを選択して共振器に戻すことにより、シングル縦モード発振が可能となる。そして、このグレーティング６５を回転させて波長選択する機構と、共振器長を制御安定化する図示しない機構とを用いて、シングル縦モードの波長をＰ（２０）１０．５９１２μｍに固定させることにより、ＣＯ２ガスレーザ増幅器によるパルス増幅が可能となる。
【０１１６】
この実施形態では、半導体レーザの波長をＰ（２０）に一致させたが、この例に限定されることなく、各増幅ラインのゲイン領域に一致させればよい。また、この半導体レーザのシングル縦モードの例として、グレーティングのリトロー配置の例を示したが、この例に限定されることなく、例えば、エタロンなど、シングル縦モードを選択可能な各種の波長選択技術を使用することができる。さらに、この実施形態では、外部共振器によるシングル縦モード発振する半導体レーザの例を示したが、この例に限定されることなく、例えば、半導体デバイス中にグレーティング等の波長選択素子が組み込まれた分布帰還型の半導体レーザを使用してもよい。
【０１１７】
図３０は、本発明の実施形態のスラブ型レーザ装置におけるシードレーザとして用いられる半導体レーザの構成を示す模式図である。図２９の例に対して異なる点は、シングル縦モードの半導体レーザを複数台の出力光を合波して、マルチラインシーダとして本発明の再生増幅器部の共振器中に注入してもよい。合波部の機能を果たす光学素子として合波用グレーティングを使用している。
【０１１８】
グレーティングにおける分光では、入射角度αと回折角度βの間に下の式が成立する
（１８） ｍλ＝ａ(sinα±sinβ)
ここで、ｍは次数、λは波長、ａは格子間距離である。したがって、下の式が成立するような入射角度α１、α２、・・・αｎと回折角度βを設定することによって合波することが可能となる。
（１９） ｍλ１＝ａ(sinα１±sinβ)
（２０） ｍλ２＝ａ(sinα２±sinβ)
・
・
（２１） ｍλｎ＝ａ(sinαｎ±sinβ)
ここで、半導体レーザの発振波長λ１、λ２・・・λｎは、図２８に示したようなＣＯ２レーザの増幅ラインの波長であればどれでもよい。
【０１１９】
図３０において、複数の半導体レーザ６７−１〜６７−ｎ（６７）は、各々シングル縦モードであって再生増幅器部５０および増幅器部２０の増幅波長領域の波長光を発振する。各半導体レーザ６７−１〜６７−ｎ（６７）は、それぞれ、合波用グレーティング６６へ入射角度α１、α２、・・・αｎで入力される。そして、各半導体レーザは合波用グレーティング６６から同じ回折角度βで出力され、合波されることになる。合波部の例としては、この実施形態に限定されることなく、機能としては、複数のシングル縦モード半導体レーザ光を同じ光軸に合波する機能を有していればよい。
【０１２０】
各半導体レーザ６７は、それぞれ再生増幅器部５０および増幅器部２０の増幅波長領域の波長にほぼ合わせられているが、温度変化などによって屈折率が変化することによって波長が変化するため、各半導体レーザ６７−１〜ｎに搭載されている図示しない各々の縦モードコントローラにより、温度調整や共振器長とグレーティングの選択波長を制御するによって各々の波長制御を行う。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外光源装置における発光プラズマを生成するレーザ光源などに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２】第１実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図３】第１実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図４】第１実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図５】第１実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図６】第２実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図７】第２実施形態第１態様に係るスラブ型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図８】第２実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図９】第２実施形態第２態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１０】第２実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１１】第２実施形態第３態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１２】第２実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１３】第２実施形態第４態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１４】第２実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１５】第２実施形態第５態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１６】第２実施形態の第６の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１７】第２実施形態第６態様に係るスラブ型レーザ装置の光学システム図である。
【図１８】第２実施形態の第７の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２０】第３実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２１】第４実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２２】第４実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２３】第４実施形態の第３の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２４】第４実施形態の第４の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２５】第４実施形態の第５の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２６】第５実施形態の第１の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２７】第５実施形態の第２の態様に係るスラブ型レーザ装置の構成概念図である。
【図２８】第６実施形態のスラブ型レーザ装置における炭酸ガスレーザのゲイン領域を示す模式図である。
【図２９】第６実施形態のスラブ型レーザ装置のシーダとして使う半導体レーザ装置の構成概念図である。
【図３０】第６実施形態の第２の態様に使う半導体レーザ装置の構成概念図である。
【図３１】本発明を適用する極端紫外光源装置の構成図である。
【図３２】従来技術のスラブ型レーザ装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０・・・発振器部、１１，１２・・・共振器ミラー、１３・・・（第１）ＥＯポッケルスセル、１４・・・ポーラライザ、１５・・・カップリングミラー、１６・・・第２ＥＯポッケルスセル、１７・・・λ/４波長板、１７−２・・・λ/４波長高反射ミラー、１８・・・プリズム、１９・・・ウインドウ、２０・・・増幅器部、２１・・・入射ミラー、２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８・・・折返しミラー、３０・・・ＣＯ２レーザ媒体部、３１・・・可飽和吸収体、３２・・・スラブレーザ筐体部、３３・・・入射ウインドウ、３４・・・入射ビーム位置（第１定点）、３５・・・入射ビーム転写位置（第２定点）、３６・・・出射ウインドウ、３７，３８・・・折返しミラー、３９・・・入射ビーム第1の転写位置（第３定点）、４０，４１・・・電極、４２・・・平面折返しミラー、５０・・・再生増幅器部、６０・・・マルチラインシーダー、６１・・・半導体デバイス、６２・・・出力結合ミラー、６３・・・リア光学モジュール、６４・・・グレーティング、６５・・・コリメータレンズ、６６・・・合波用グレーティング、６７−１〜ｎ・・・半導体レーザ、７０，７１・・・光音響素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、該折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項２】
前記カップリング装置は、ポッケルスセルとポーラライザとカップリングミラーで構成され、該ポッケルスセルでレーザ光をＳ偏光に変えることにより該ポラライザ表面で反射させて該カップリングミラーに入射させ、該カップリングミラーで反射して前記増幅器部に入射させることを特徴とする請求項１記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項３】
再生増幅器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとλ／４波長板とカップリング装置と種レーザ発生器で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を取り込んで前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、該折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項４】
前記カップリング装置は、第１のポッケルスセルとポーラライザと第２のポッケルスセルで構成され、該第１ポッケルスセルと第２ポッケルスセルの印加電圧を調整することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項３記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項５】
前記種レーザ光はシングルラインシーダーおよびマルチラインシーダーのいずれかであることを特徴とする請求項３または４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ媒体が炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体である請求項１から５のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項７】
前記折返しミラーが、それぞれ平面鏡同士、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡のいずれか１つの組合せである請求項１から６のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項８】
前記増幅器部における前記折返しミラーの間に可飽和吸収体を備える請求項１から７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項９】
発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１０】
発振器部と増幅器部と前記発振器部から出力されたレーザ光を前記増幅部に入射させる入射部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して出力され、
前記発振器部から出力されたレーザ光を増幅部に導入する入射部は、少なくとも１個の光学素子で構成され、前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１１】
前記カップリング装置は、ポッケルスセルとポーラライザで構成され、該ポッケルスセルでレーザ光をＳ偏光またはＰ偏光に変えることにより、該ポラライザの偏光の分離面でそれぞれＳ偏光を反射またはＰ偏光を透過させて発振器部でレーザ発振したレーザ光を出力することを特徴とする請求項９または１０記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１２】
前記カップリング装置は、光音響素子で構成され、前記光音響素子により前記共振器軸と異なる光軸方向に変えることにより、前記発振器部でレーザ発振したレーザ光を出力することを特徴とする請求項９または１０記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１３】
再生増幅器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーと種レーザ発振器と該種レーザ光を前記共振器内にレーザ光を注入する第１のカップリング装置と前記共振器内で増幅されたレーザ光を外部に出力する第２のカップリング装置で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を前記第１のカップリング装置により取り込んで前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記第２のカップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１４】
再生増幅器部と増幅器部と前記再生増幅器部から出力されたレーザ光を前記増幅部に入射させる入射部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーと種レーザ発振器と該種レーザ光を前記共振器内にレーザ光を注入する第１のカップリング装置と前記共振器内で増幅されたレーザ光を外部に出力する第２のカップリング装置で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を前記第１のカップリング装置により前記共振器内に注入して前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記第２のカップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
前記再生増幅器部から出力されたレーザ光を増幅部に導入する入射部は、少なくとも１個の光学素子で構成され、前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２カップリング装置は、位相をλ／４ずらす光学素子とポーラライザと第１のポッケルスセルと第２のポッケルスセルで構成され、該第１ポッケルスセルと第２ポッケルスセルの動作タイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２カップリング装置は、位相をλ／４ずらす光学素子とポーラライザとポッケルスセルと光音響素子で構成され、該ポッケルスセルと該光音響素子の動作タイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２カップリング装置は、第１の光音響素子と第２の光音響素子で構成され、該第１の光音響素子と第２の光音響素子の動作のタイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１８】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力するシングル縦モード発振またはマルチ縦モード発振する種レーザ発振器のいずれかであることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１９】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力する発振波長の異なる複数のシングル縦モード発振する種レーザ発振器からなり、前記複数の波長の光を合波した光を種レーザ光とすることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２０】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力する前記シングル縦モード発振またはマルチモード発振する種レーザ発振器は量子化カスケードレーザであることを特徴とする請求項１８または１９記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２１】
前記レーザ媒体が炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体である請求項９から２０のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２２】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射するレーザ光が該増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１定点を通過して、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、前記第１の定点における入射ビームの断面の像を、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２３】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射ビームの光路上の第１の定点入射ビームの断面像を第１及び第２の定点間の光路中で少なくとも１回以上転写結像させた後、前記出射ビームの光路上の第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２４】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射ビームの光路上の第１の定点はするレーザ光が前記第２のカップリング装置の前記ポーラライザまたは光音響素子の位置と一致し、前記第１の定点における入射ビームの断面像を最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２５】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射部の少なくとも１個の光学そしの位置と前記第１定点が一致し、前記第１の定点における該レーザ光の断面像が、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２６】
前記光学システムが、それぞれ、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡のいずれか１つの組合せである請求項９から２５のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２７】
前記光学システムが、それぞれ平面鏡同士の組合せである請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２８】
前記増幅器部における前記光学システムの光路中に可飽和吸収体を備える請求項９から２７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１】
発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、該折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項２】
前記カップリング装置は、ポッケルスセルとポーラライザとカップリングミラーで構成され、該ポッケルスセルでレーザ光をＳ偏光に変えることにより該ポラライザ表面で反射させて該カップリングミラーに入射させ、該カップリングミラーで反射して前記増幅器部に入射させることを特徴とする請求項１記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項３】
再生増幅器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとλ／４波長板とカップリング装置と種レーザ発生器で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を取り込んで前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、入射したレーザ光を偏向する入射ミラーと、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する折返しミラーを備え、該折返しミラーの間をレーザ光が複数回往復するように構成され、入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増強して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項４】
前記カップリング装置は、第１のポッケルスセルとポーラライザと第２のポッケルスセルで構成され、該第１ポッケルスセルと第２ポッケルスセルの印加電圧を調整することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項３記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項５】
前記種レーザ光はシングルラインシーダーおよびマルチラインシーダーのいずれかであることを特徴とする請求項３または４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ媒体が炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体である請求項１から５のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項７】
前記折返しミラーが、それぞれ平面鏡同士、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡のいずれか１つの組合せである請求項１から６のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項８】
前記増幅器部における前記折返しミラーの間に可飽和吸収体を備える請求項１から７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項９】
発振器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１０】
発振器部と増幅器部と前記発振器部から出力されたレーザ光を前記増幅部に入射させる入射部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記発振器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーとカップリング装置で構成され、該発振器部内で発振したレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記カップリング装置を駆動して出力され、
前記発振器部から出力されたレーザ光を増幅部に導入する入射部は、少なくとも１個の光学素子で構成され、前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１１】
前記カップリング装置は、ポッケルスセルとポーラライザで構成され、該ポッケルスセルでレーザ光をＳ偏光またはＰ偏光に変えることにより、該ポラライザの偏光の分離面でそれぞれＳ偏光を反射またはＰ偏光を透過させて発振器部でレーザ発振したレーザ光を出力することを特徴とする請求項９または１０記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１２】
前記カップリング装置は、光音響素子で構成され、前記光音響素子により前記共振器軸と異なる光軸方向に変えることにより、前記発振器部でレーザ発振したレーザ光を出力することを特徴とする請求項９または１０記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１３】
再生増幅器部と増幅器部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーと種レーザ発振器と該種レーザ光を前記共振器内にレーザ光を注入する第１のカップリング装置と前記共振器内で増幅されたレーザ光を外部に出力する第２のカップリング装置で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を前記第１のカップリング装置により取り込んで前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記第２のカップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１４】
再生増幅器部と増幅器部と前記再生増幅器部から出力されたレーザ光を前記増幅部に入射させる入射部とスラブ型ガスレーザ媒体部を収納したスラブ型レーザ装置であって、
該スラブ型ガスレーザ媒体部は、ガスレーザ媒体が充填される空間内で平行に対向して配設した１対の電極平板で画定した領域で構成され、該電極平板には高周波電源が接続され、ガスレーザ媒体を充填して電極平板に高周波電力を印加するとガスレーザ媒体が励起され、
前記再生増幅器部は、前記スラブ型ガスレーザ媒体部の一部を挟んで対向する１対の共振器ミラーと種レーザ発振器と該種レーザ光を前記共振器内にレーザ光を注入する第１のカップリング装置と前記共振器内で増幅されたレーザ光を外部に出力する第２のカップリング装置で構成され、該種レーザ発生部から放出される種レーザ光を前記第１のカップリング装置により前記共振器内に注入して前記共振ミラーの間で共振させてレーザ光を所定の光強度まで増幅した後に前記第２のカップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅器部に入射させ、
前記再生増幅器部から出力されたレーザ光を増幅部に導入する入射部は、少なくとも１個の光学素子で構成され、前記カップリング装置を駆動して出力された該レーザ光を前記増幅部に入射させ、
該増幅器部は、前記入射したレーザ光が前記スラブ型ガスレーザ媒体部を少なくとも２回以上通過増幅させる光学システムを備えたマルチパス増幅器として構成され、該入射したレーザ光を所定の出力をもつレーザ光まで増幅して出力するスラブ型レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２カップリング装置は、位相をλ／４ずらす光学素子とポーラライザと第１のポッケルスセルと第２のポッケルスセルで構成され、該第１ポッケルスセルと第２ポッケルスセルの動作タイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２カップリング装置は、位相をλ／４ずらす光学素子とポーラライザとポッケルスセルと光音響素子で構成され、該ポッケルスセルと該光音響素子の動作タイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２カップリング装置は、第１の光音響素子と第２の光音響素子で構成され、該第１の光音響素子と第２の光音響素子の動作のタイミングを制御することにより前記種レーザ光の前記再生増幅器部内における再生増幅と前記増幅器部へのレーザ光出力を切り替えることを特徴とする請求項１３または１４記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１８】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力するシングル縦モード発振またはマルチ縦モード発振する種レーザ発振器のいずれかであることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項１９】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力する発振波長の異なる複数のシングル縦モード発振する種レーザ発振器からなり、前記複数の波長の光を合波した光を種レーザ光とすることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２０】
前記種レーザ光発振器はスラブ型ガスレーザ媒体の複数の増幅ラインの波長領域で出力する前記シングル縦モード発振またはマルチモード発振する種レーザ発振器は量子化カスケードレーザであることを特徴とする請求項１８または１９記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２１】
前記レーザ媒体が炭酸ガス（ＣＯ２）を含むＣＯ２レーザ媒体である請求項９から２０のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２２】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射するレーザ光が該増幅領域に最初に入射する入射ビームの光路上の第１定点を通過して、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、かつ、前記第１の定点における入射ビームの断面の像を、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２３】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射ビームの光路上の第１の定点入射ビームの断面像を第１及び第２の定点間の光路中で少なくとも１回以上転写結像させた後、前記出射ビームの光路上の第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２４】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射ビームの光路上の第１の定点はするレーザ光が前記第２のカップリング装置の前記ポーラライザまたは光音響素子の位置と一致し、前記第１の定点における入射ビームの断面像を最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２５】
前記増幅器部の前記マルチパス増幅器は、前記入射部の少なくとも１個の光学そしの位置と前記第１定点が一致し、前記第１の定点における該レーザ光の断面像が、最後の前記レーザ増幅領域を通過して出射される出射ビーム上の光路上の第２の定点を通過し、前記第２の定点において、転写結像させる光学システムを構成する、請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２６】
前記光学システムが、それぞれ、平面鏡と凹面鏡、凹面鏡同士、凹面鏡と凸面鏡のいずれか１つの組合せである請求項９から２５のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２７】
前記光学システムが、それぞれ平面鏡同士の組合せである請求項９から２１のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【請求項２８】
前記増幅器部における前記光学システムの光路中に可飽和吸収体を備える請求項９から２７のいずれか一項に記載のスラブ型レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１０−２１５１８（Ｐ２０１０−２１５１８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０１１（Ｐ２００９−２９０１１）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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