共振器、光学システム、検査装置、処理装置および測定装置
【課題】 レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことが可能な共振器およびこれを用いた光学システムを提供する。
【解決手段】 インプットカプラーＭ１、Ｍ３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０を構成する。シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を周波数が互いに等しいレーザー光１３ａ、１３ｂに分け、これらのレーザー光１３ａ、１３ｂを増幅モジュール１５、１８で増幅した後にそれぞれインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射させてボウタイ型リング共振器１０と結合させる。この光学システムをレーザー光源として用いる。
【解決手段】 インプットカプラーＭ１、Ｍ３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０を構成する。シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を周波数が互いに等しいレーザー光１３ａ、１３ｂに分け、これらのレーザー光１３ａ、１３ｂを増幅モジュール１５、１８で増幅した後にそれぞれインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射させてボウタイ型リング共振器１０と結合させる。この光学システムをレーザー光源として用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共振器、光学システム、検査装置、処理装置および測定装置に関し、例えば、レーザー光のコヒレント加算による単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化や高効率波長変換などに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化には、次に挙げるようにいくつかの方法がある。一つの方法は、レーザーそのものの投入励起パワーを増やすことで発振出力を増やす方法である。これは最も単純な方法であるが、ある一定以上の出力を超えるとレーザー自体が大型化して、発振する周波数および偏光の制御が難しくなる問題点がある。もう一つの方法は、図１５に示すように、小型の単一周波数かつ直線偏光レーザーをシードレーザー（主レーザー）５１０１とし、このシードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を励起された増幅媒体５１０３に通してこの増幅媒体５１０３中の誘導放出により元のレーザー光５１０２の出力を増幅する方法である。この方法は、増幅媒体５１０３をモジュール化すれば、これを多段カスケードに配置することでパワーアップが容易なことが利点であるが、横モード制御が難しい欠点がある。また、シードレーザー５１０１が低パワーから出発した場合、増幅媒体５１０３を光飽和させることが難しいため、複数段の増幅媒体５１０３を使うか、レーザー光５１０２を同一の増幅媒体５１０３に複数回通す方法がとられるが、一般的に効率はあまりよくない。また、増幅媒体５１０３の多段カスケード配置による増幅には、増幅媒体５１０３の損傷閾値で限定される限界値がある。
【０００３】
最近では、この方法の一種であるファイバアンプによる増幅技術の開発が進んでいる。この方法では、図１６に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を励起モジュール５１０４により励起されたファイバアンプ５１０５に通して元のレーザー光５１０２の出力を増幅する。
【０００４】
次に、増幅媒体５１０３を低パワーのシードレーザー５１０１で簡便に光飽和させる方法として、増幅媒体５１０３自体を共振器構造にしてしまう注入同期法がある。この方法では、図１７に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２をインプットカプラー（内部結合素子）５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６を通過したレーザー光５１０２を増幅媒体５１０３に通して高反射ミラー５１０７、５１０８、５１０９で順次反射させてインプットカプラー５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６から増幅されたレーザー光５１０２を取り出す。ここで、インプットカプラー５１０６は、一般的には、数％の透過率を有するパーシャルリフレクター（部分反射鏡）である。この方法では、一段だけの増幅モジュールで高い利得を期待できるが、自発振しているシードレーザー５１０１に外部から強制的に特定の光を注入することで周波数を制御するために、従共振器の高精度な共振器長制御が必要である点が難点である。
【０００５】
一方、これらの光の誘導放出制御による方法とは異なるコヒレント加算と呼ばれる方法がある（例えば、非特許文献１参照。）。これは基本的にはマッハツェンダー（Mach-Zehnder）干渉計の各支光路に上記の増幅モジュールを配置して、二つの支光路の位相を一致させて干渉加算する方法であり、増幅モジュールの出力を単純に加算できることが特徴である。一例を図１８に示す。図１８に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２をハーフミラー５１１０に入射させ、レーザー光５１０２ａ、５１０２ｂに分ける。ハーフミラー５１１０を透過したレーザー光５１０２ａを増幅モジュール５１１１に通し、折り返しミラー５１１２で反射させてからハーフミラー５１１３に入射させて反射させるとともに、ハーフミラー５１１０で反射されたレーザー光５１０２ｂを増幅モジュール５１１４に通し、折り返しミラー５１１５で反射させてからハーフミラー５１１３に入射させ、透過させる。この場合、折り返しミラー５１１５をアクチュエータ５１１６上に載せ、アクティブに制御することで、増幅モジュール５１１１を通る支光路と増幅モジュール５１１４を通る支光路との位相を一致させて干渉加算を行う。
【非特許文献１】Appl.Opt. 30 (1991), 317
【０００６】
ところで、多くのレーザーの発振波長は近赤外付近にあるため、非線形光学結晶と呼ばれる特殊な光学結晶を使って可視もしくは紫外線の波長を持つ光源を作ることができる。非線形光学結晶としてはＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）、ＬＢＯ（ＬｉＴａＯ3 ）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 ）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）などがあり、これらに近赤外付近の波長のレーザー光を通すことで短波長レーザー光への変換が可能である。また、周期分極反転（ＰＰ，Periodically Poled）ＬＮ（ＰＰＬＮ）、ＰＰＫＴＰ、周期分極反転化学量論（ＰＰＳ，Periodically Poled Stoichiometric)ＬＴ（ＰＰＳＬＮ）などの特殊なデバイスを使うことで波長変換の高効率化も進められている。非線形変換では入力パワーが増えるほど変換の効率が非線形に向上する。また、非線形光学結晶の励起が高くなるほど、その変換効率が向上する。
【０００７】
この変換効率向上においては、外部共振器を用いる方法がよく用いられる。この方法では、外部共振器は、元になる光源から取り出したレーザー光を高フィネスの共振器に入力してその光を閉じ込める。一例を図１９に示す。図１９に示すように、この方法では、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を増幅モジュール５１１７に通して増幅してからインプットカプラー５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６を通過したレーザー光５１０２を高反射ミラー５１０７、５１０８、５１０９で順次反射させて共振器内に光を閉じ込める。この場合、閉じ込めた光は共振器のフィネス数回程度、共振器内部を周回するため、共振器内部の光学パス（経路）上のレーザー光強度を非常に強くすることができる。したがって、外部共振器による変換を使えば、図２０に示すように、共振器内部の光学パス上に非線形光学結晶５１１８を挿入することにより、高い変換効率で波長変換が実現できる。一般に共振器に閉じ込められた光は、共振器を周回しながら共振器内の損失（吸収・散乱）で散逸するか、もしくは共振器を構成するミラーの微小な透過光として共振器外に漏れ出て行く。外部共振器による波長変換の場合、変換波長で使われるエネルギーは、上記の共振器内の損失に含めて考えることができる。
【０００８】
共振器への光は、インプットカプラーを介して結合（入射）する。このインプットカプラーは数％の透過率であるため、通常であればほとんどの光がインプットカプラーで反射されてしまう。しかし、外部共振器のインピーダンスマッチング理論によれば、共振器内部のすべての損失の合計をΔとした場合、インプットカプラーの透過率Ｔを
【数１】
となるよう設定することにより、位相条件（共振器長ロッキング）が満たされ、モードマッチングが得られた条件で共振器への１００％の結合（入射）が実現できる。上記の条件で外部共振器内の光強度は最大になり、最も効率よく外部共振器内の損失要素（ロスエレメント）で消費されることになる。例えば、外部共振器を使った波長変換の場合、外部共振器内の損失は主に吸収・散乱などの線形損失と非線形波長変換のエネルギー変換に伴う非線形損失とで構成されるが、上記のインピーダンスマッチング条件の下で非線形変換により発生する短波長光パワーが最大となる。これにより外部共振器内のパワーＰcircは入力パワーをＰinとして、
【数２】
で表される。
【０００９】
なお、外部共振器型レーザー光源の共振器内部で発生する逆巡回方向の光をもう一つのレーザー光源に光注入することで周波数同期を取る固体レーザーが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、波長１０６４ｎｍのレーザー光と波長７８０ｎｍのレーザー光とのダブリーレゾナントで和周波の波長１９８ｎｍのレーザー光を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、レーザー光を用いた散乱異物検査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また、レーザー光を用いた回路パターンの検査装置（レビューステーション）が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。また、波長２６６ｎｍの外部共振器ロッキングのための位相変調を波長２６６ｎｍのレーザー光の発生前の５３２ｎｍ位相変調器に５３２ｎｍ外部共振器の位相変調と同時に実施することが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献１】米国特許第５０６８５４６号明細書
【特許文献２】特開２００２−９９００７号公報
【特許文献３】米国特許第４８９８４７１号明細書
【特許文献４】特開２０００−３５２５０７号公報
【特許文献５】特開２００２−３１１４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のようにレーザーの高出力化の方法として共振器を用いたコヒレント加算が挙げられるが、このコヒレント加算システムとしては、これまで、共振器に一つのインプットカプラーを設けたものしかなかった。しかしながら、このコヒレント加算システムでは、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことは困難であった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことが可能な共振器、これを用いた高性能の光学システム、検査装置、処理装置および測定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】
本発明者らは、従来技術が有する上記の課題を解決すべく鋭意研究を行っている中で、共振器（外部共振器）に光を閉じ込めてレーザーの高出力化や高効率波長変換を実現するためには、共振器に複数のインプットカプラーを設けて複数の同一周波数（波長）のレーザー光を別々に結合させることが有効であることに着目したが、このように複数のインプットカプラーを有する共振器の設計手順についてはこれまで明らかではなかった。特に、共振器のインピーダンスマッチング条件を満たさなければ、共振器に入射させたレーザー光を共振器内部で効率よく消費できず、高効率な波長変換を実現できない。そこで、種々検討の結果、後述するインピーダンスマッチング理論を元に、各インプットカプラーの最適な透過率を設計解として求め、効率のよい結合の実現方法を見出し、この発明を案出するに至った。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
２枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明は、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
【００１４】
第１および第２の発明においては、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図る観点より、好適には、第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーの透過率の合計が共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ第１のインプットカプラーの透過率が第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、第２のインプットカプラーの透過率が第２のレーザー光のパワーに比例する値であるようにする。特に、第１のレーザー光のパワーと第２のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しい場合、第１のインプットカプラーの透過率と第２のインプットカプラーの透過率とを互いにほぼ等しくすることにより、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図ることができる。
ここで、インプットカプラーは、すでに述べたように、一般的には数％の透過率を有するパーシャルリフレクター（部分反射鏡）であるが、同様な機能を有する他の素子、例えば回折格子であってもよい。
共振器には、リング型共振器や直線型共振器（スタンディングウェイブ型）などの各種のものが含まれる。
第１のレーザー光および第２のレーザー光には、赤外光・可視光や紫外光などの広い波長（周波数）帯のものが含まれる。
【００１５】
第２の発明においては、例えば、シードレーザー（主レーザー）から放出されるレーザー光をハーフミラーなどにより第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ増幅した後に第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいは、シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光のうちの一方を増幅した後にこれらの第１のレーザー光および第２のレーザー光を第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいはまた、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいは、共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行う。
この光学システムは、例えば、単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化に用いることができるほか、例えば近赤外レーザー光源を用い、非線形光学結晶による非線形波長変換により高出力可視光源や高出力深紫外光源を得るために用いることができる。
【００１６】
第３の発明は、
３枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１７】
第４の発明は、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
【００１８】
第３および第４の発明においては、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図る観点より、好適には、第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーの透過率の合計が共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ第１のインプットカプラーの透過率が第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、第２のインプットカプラーの透過率が第２のレーザー光のパワーに比例する値であり、第３のインプットカプラーの透過率が第３のレーザー光のパワーに比例する値であるようにする。特に、第１のレーザー光のパワーと第２のレーザー光のパワーと第３のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しい場合、第１のインプットカプラーの透過率と第２のインプットカプラーの透過率と第３のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しくすることにより、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図ることができる。
【００１９】
第４の発明においては、例えば、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ増幅した後に第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいは、シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光のうちの全部、二つまたは一つを増幅した後にこれらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光を第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいはまた、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいは、共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行うことができる。
第３および第４の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２０】
第５の発明は、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーが、周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光をそれぞれ結合させるためのｎ個のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００２１】
第６の発明は、
一つのシードレーザーと、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーがｎ個のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光に分け、上記ｎ本のレーザー光をそれぞれ上記ｎ個のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
第５および第６の発明においては、その性質に反しない限り、第１〜第４の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２２】
第７の発明は、
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２３】
第８の発明は、
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２４】
第９の発明は、
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２５】
第１０の発明は、
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２６】
第１１の発明は、
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２７】
第１２の発明は、
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２８】
第７〜第１２の発明において、検査装置、処理装置および測定装置には、およそレーザー光を用いるものである限り、どのようなものも含まれる。具体的には、検査装置は、例えば半導体ウェハ表面の異物や回路パターンなどを検査する装置であり、処理装置は、各種の基板や材料などの熱処理、加工、表面改質などの各種の処理を行う装置であり、測定装置は、レーザー光を用いて各種の計測を行う装置などである。
【００２９】
上述のように構成されたこの発明においては、コヒレント加算の利用により、周波数が互いに等しい複数のレーザー光を同一の共振器に、高い結合効率で結合させることができる。このため、例えば、増幅モジュールの出力が限定される場合でも単純にレーザーのスケールアップが可能になる。特に、増幅モジュールに光強度の出力制限がありシリアルな増幅ができない場合には、この発明による手法は極めて有効である。また外部共振器への結合部分を振り分けることができるため、インプットカプラーが劣化ポイントとして問題になる場合にその信頼性向上に効果がある。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、周波数が互いに等しい複数のレーザー光を同一の共振器に高い結合効率で結合させることができるので、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを得ることができ、この光学システムを光源に用いることにより高性能の検査装置、処理装置および測定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態においては、同一または対応する部分には同一の符号を用い、適宜重複説明を省略する。
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。
この第１の実施形態においては、４枚のミラーで構成されるボウタイ型リング共振器において、４枚のミラーのうちの２枚のミラーをインプットカプラーにより構成したものについて説明する。
【００３２】
図１はこの第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す。
図１に示すように、このボウタイ型リング共振器は、４枚のミラーにより構成され、それらのうち２枚がインプットカプラーＭ１、Ｍ３、残りの２枚が高反射ミラーＭ２、Ｍ４となっている。これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３は後述する所定の透過率を有し、これらを介して外部から共振器内部にレーザー光を取り込むことができるようになっている。この共振器内には損失があるとし、ここでは仮にインプットカプラーにより構成されない高反射ミラーＭ２、Ｍ４のうちの高反射ミラーＭ４が所定の透過率を有するものとし、この高反射ミラーＭ４から共振器内部に蓄えられた光が外部に漏れるとする。言い換えれば、この高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。高反射ミラーＭ２の透過率はゼロであるとする。共振器内部の損失要素としては、この例のようにミラー（ここでは高反射ミラーＭ４）に透過率がある場合（アウトプットカプラー）のほか、外部共振器型の非線形波長変換を目的とした非線形光学結晶を共振器内に配置した場合の結晶の吸収・散乱および非線形損失も想定し得る。
【００３３】
インプットカプラーＭ１、Ｍ３の振幅反射率および振幅透過率をそれぞれｒ1 ，ｔ1 ，ｒ3 ，ｔ3 とする。また、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の強度反射率および強度透過率をそれぞれＲ1 ，Ｔ1 ，Ｒ3 ，Ｔ3 とする。透過の際に吸収がないと仮定すると、次式が成り立つ。
【数３】
高反射ミラーＭ２、Ｍ４については、振幅反射率ｒm2 ,ｒm4を以下のように定める。
【数４】
上述のように高反射ミラーＭ４は所定の透過率を有するが、その強度透過率をΔとして表記する。計算上、この高反射ミラーＭ４の透過による漏れは共振器内の別コンポーネントで発生する損失に置き換えて考えることも可能であり、結果的に共振器内に分布したいくつかの損失要素の合計として考えることもできる。例えば、共振器内部に非線形光学結晶を配置した場合、この非線形光学結晶の吸収散乱などの損失のほか、非線形変換に消費されるエネルギー分も考慮した損失の合計として考えればよい。
【００３４】
さて、ここでインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射するレーザー光の電場振幅をそれぞれＥin1 , Ｅin3 とする。これらの入射レーザー光は同一の周波数ωを持つよう一つのシードレーザーから放出されるレーザー光を分割・増幅して得られたものであり、それらの電場を
【数５】
と表示する。式中δは、シードレーザーから放出されるレーザー光を分割して最終的に共振器に入射させるまでの光路差から生じる位相差を表す。また、インプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光電場振幅をＥout1, Ｅout3とする。一方、共振器内では、図１中インプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射直後の電場をそれぞれＥcirc1 、Ｅcirc3 とする。これらの電場は以下の連立方程式で表される。
【数６】
共振器内の電場Ｅcirc1 , Ｅcirc3 は、それぞれ外部からインプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過したレーザー光と、共振器内を周回してインプットカプラーＭ１、Ｍ３および高反射ミラーＭ２、Ｍ４により反射される反射光との和で表される。インプットカプラーＭ１、Ｍ３で反射された電場Ｅout1, Ｅout3については、共振器を周回し、これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過して外部に取り出される光と、これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光との和で表される。インプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過する際に位相回転項として虚数ｉが付加されていることに注意すべきである。また、上式でφ1 ，φ2 はそれぞれ共振器内の光路Ｍ１−Ｍ４−Ｍ３と光路Ｍ３−Ｍ２−Ｍ１とから計算される位相項である。周回の位相はφ1 ＋φ2 で表される。（式６）の連立方程式を解くと、それぞれ以下の式が導かれる。
【数７】
【００３５】
図２はこの発明の第２の実施形態による光学システムの基本構成を示す。
図２に示すように、この光学システムにおいては、２枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ３と２枚の高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０が構成されている。この場合、このボウタイ型リング共振器１０内の光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このボウタイ型リング共振器１０の構成は、内部に非線形光学結晶１１が配置されていることを除いて第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器と同様である。この光学システムは一台のシードレーザー１２を有する。そして、このシードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がハーフミラー１４でレーザー光１３ａとレーザー光１３ｂとに分けられ、それらのうちレーザー光１３ａは増幅モジュール１５で増幅された後にインプットカプラーＭ１に入射するとともに、レーザー光１３ｂはアクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射され、増幅モジュール１８で増幅された後にインプットカプラーＭ３に入射するようになっており、レーザー光１３ａ、１３ｂがそれぞれインプットカプラーＭ１、Ｍ３を介して共振器に結合するようになっている。高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。この場合、ボウタイ型リング共振器１０の内部に非線形光学結晶１１が配置されていることにより、高次高調波を発生させることができ、非線形光学結晶１１として使用するものに応じて、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３の波長の１／２などの短波長の出力レーザー光を取り出すことができる。
【００３６】
この光学システムにおいては、入射するレーザー光１３ａ、１３ｂがボウタイ型リング共振器１０の共鳴周波数に厳密に一致すれば、外部からインプットカプラーＭ１、Ｍ３を介して共振器内部に入ったレーザー光１３ａ、１３ｂは共振器内部で強め合うように干渉し蓄えられる。このような入射レーザー光１３ａ、１３ｂの周波数と共振器の共鳴周波数との同期を取るために、共振器の１枚のミラー、ここでは高反射ミラーＭ２をアクチュエーター１９上に載せ、入力光の周波数に同期を取るようにアクティブに制御するようにしている。この同期には特に、Pound Drever Hall 法などの高精度な周波数ロッキング方法などがよく用いられる。シードレーザー１２に対する共振器長の同期条件は（式７）において
【数８】
で表される。さらに、コヒレント加算を行う場合、二つに分けられた光路間の位相差が一致している必要がある。これに関しては、二つの支光路のうち一方に含まれる折り返しミラー１７をアクチュエーター１６で波長距離程度移動させることで位相差を調整できる。具体的には、レーザー光１３ａ、１３ｂ間の位相差δが
【数９】
となるよう折り返しミラー１７の位置を調整することにより、レーザー光１３ａ、１３ｂのボウタイ型リング共振器１０への同時結合が可能となる。
【００３７】
次に、共振器外部と内部との結合効率の最適化（インピーダンスマッチング）について説明する。インピーダンスマッチングは、共振器内の損失に対してインプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率を最適化し、共振器に入射させたレーザー光１３ａ、１３ｂを効率的に共振器内部で消費させるよう設計することである。具体的には、（式７）のインプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光電場振幅Ｅout1, Ｅout3がゼロになるようにこれらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率を選べばよい。例えば、βを定数（二つの入射レーザー光１３ａ、１３ｂの強度比）として
【数１０】
の場合、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の振幅反射率ｒ1 , ｒ3 は、
【数１１】
と表される。
【００３８】
（式４）およびＲ1 ＝ｒ1 2 、Ｒ3 ＝ｒ3 2 により、
【数１２】
が導かれる。この条件のとき、共振器の内部パワーが最大になることを、Ｅcirc1 , Ｅcirc3 の値から確認することができる。さらにここで、共振器内部損失Δが十分小さい条件に限定して考えた場合、（式１２）をテイラー展開することで、
【数１３】
という式が求まり、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率は入力するレーザー光１３ａ、１３ｂのパワーの比で表されることがわかる。（式１３）より、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率の合計は、共振器内部の合計損失にほぼ等しくなる。
【数１４】
また、特に入射させるレーザー光１３ａ、１３ｂが同程度のパワーである場合、
【数１５】
が、インピーダンスマッチングを実現する最適な条件となる。
【００３９】
共振器内部損失が大きい場合は、例えば、モードクリーナーを兼ねたコヒレント加算技術として実用化の可能性があると考えられる。さらに極限的なケースとして内部損失最大（Δ＝１００％）の場合は、共振器に入射したレーザー光１３ａ、１３ｂはもはや共振器内を周回せずに内部損失要素により直ちに消費される。この場合の最適条件は、Ｒ3 ＝０％（つまりインプットカプラーＭ３に無反射（ＡＲ）コーティングを施すか、もしくはインプットカプラーＭ３そのものを除去する）かつＲ1 ＝５０％（β＝１とした場合）となり、コヒレント加算の従来例と一致する。一方、共振器内部損失Δは数％であるとして、β＝０となる極限を考えた場合にはＴ1 ＝Δ、Ｔ3 ＝０となり、従来例の単独レーザー光の外部共振器への結合に相当する。
以上のように、この第２の実施形態によれば、高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを実現することができる。
【００４０】
増幅モジュール１５、１８で十分なゲインを取るためには入力用のシードレーザー１２としてある程度のパワーが必要であるが、シードレーザー１２単体で二つの増幅モジュール１５、１８のシードパワーを賄いきれない場合がある。そこで次に、このような場合に適用して好適なこの発明の第３および第４の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、第３の実施形態による光学システムにおいては、図３に示すように、シードレーザー１２とハーフミラー１４との間に増幅モジュール２０を配置し、このシードレーザー２０から放出されるレーザー光１３をこの増幅モジュール２０で増幅した後にハーフミラー１４によりレーザー光１３ａ、１３ｂに分ける。こうすることで、レーザー光１３ａ、１３ｂのパワーを十分に大きくすることができるため、増幅モジュール１５、１８のシードパワーを十分に賄うことができる。
上記以外のことは第２の実施形態と同様である。
この第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４１】
第４の実施形態による光学システムにおいては、図４に示すように、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を一旦増幅モジュール２０で増幅した後、パーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｂとして取り出し、これを増幅モジュール１８でさらに増幅してからインプットカプラーＭ３に入射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままインプットカプラーＭ１に入射させることにより、全体の増幅モジュールの個数を２個に抑えながら所望のレーザー光の本数（この場合、レーザー光１３ａ、１３ｂの２本）を確保できる。
この第４の実施形態によれば、第２の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４２】
第１〜第４の実施形態においては、ボウタイ型リング共振器１０を用いる場合について説明したが、共振器はこれに限定されるものではなく、他のリング共振器はもちろん、直線型の共振器であってもよい。そこで次に、直線型の共振器を用いたこの発明の第５の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、この第５の実施形態による光学システムにおいては、図５に示すように、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がハーフミラー１４でレーザー光１３ａとレーザー光１３ｂとに分けられ、それらのうちレーザー光１３ａは折り返しミラー２２で反射され、増幅モジュール１５で増幅された後にハーフミラー２３に入射するとともに、レーザー光１３ｂはアクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射され、増幅モジュール１８で増幅された後にハーフミラー２３に入射するようになっている。この場合、ハーフミラー２３が第１〜第４の実施形態におけるインプットカプラーＭ１、Ｍ３に相当し、このハーフミラー２３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とにより直線型共振器２４が構成されている。レーザー光１３ａ、１３ｂはインプットカプラーＭ１、Ｍ３に相当するこのハーフミラー２３を介して直線型共振器２４に結合するようになっている。出力レーザー光は高反射ミラーＭ４から外部に取り出される。
この第５の実施形態によれば、高出力のレーザー光を得ることができる光学システムを実現することができる。
【００４３】
次に、この発明の第６の実施形態による光学システムについて説明する。
この第６の実施形態による光学システムにおいては、図６に示すように、直線型共振器２４は、高反射ミラーＭ４と対向して配置された高反射ミラー２５を有し、ハーフミラー２３を透過したレーザー光が高反射ミラーＭ４されて高反射ミラー２５に向かう光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このように直線型共振器２４の内部に非線形光学結晶１１が配置されていることにより、高次高調波を発生させることができ、非線形光学結晶１１として使用するものに応じて、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３の波長の１／２などの短波長の出力レーザー光を取り出すことができる。
【００４４】
次に、この発明の第７の実施形態による光学システムについて説明する。この光学システムにおいては、シードレーザー１２と波長変換が可能なボウタイ型リング共振器１０との間に波長変換用のボウタイ型リング共振器を二つ挿入し、２段の波長変換により高次高調波発生を行う。波長変換時に光の位相関係は保持されるため、増幅モジュールを挿入するのと同様の手法で波長変換用のボウタイ型リング共振器を挿入することができる。
すなわち、この第７の実施形態による光学システムにおいては、図７に示すように、ボウタイ型リング共振器１０の前段に、二つのボウタイ型リング共振器２６、２７が配置されている。ボウタイ型リング共振器１０は、インプットカプラーＭ１、Ｍ３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とにより構成され、内部に第四次高調波発生（ＦＨＧ）結晶２８が配置されたものである。ボウタイ型リング共振器２６は、インプットカプラーＭ５と３枚の高反射ミラーＭ６、Ｍ７、Ｍ８とにより構成され、内部に第二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶２９が配置されたものである。高反射ミラーＭ６はアクチュエーター３０上に載せられている。高反射ミラーＭ８は所定の透過率を有し、高反射ミラーＭ６、Ｍ７の透過率はゼロである。ボウタイ型リング共振器２７は、インプットカプラーＭ９と３枚の高反射ミラーＭ１０、Ｍ１１、Ｍ１２とにより構成され、内部にＳＨＧ結晶３１が配置されたものである。高反射ミラーＭ１２はアクチュエーター３２上に載せられている。高反射ミラーＭ１０は所定の透過率を有し、高反射ミラーＭ１１、Ｍ１２の透過率はゼロである。
【００４５】
この光学システムにおいては、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を増幅モジュール２０で増幅した後にパーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｂとして取り出し、折り返しミラー１７で反射させ、増幅モジュール１８で増幅してからボウタイ型リング共振器２７のインプットカプラーＭ９に入射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままボウタイ型リング共振器２６のインプットカプラーＭ５に入射させる。そして、ボウタイ型リング共振器２６の高反射ミラーＭ８から取り出されたレーザー光を折り返しミラー３３、３４で順次反射させてからボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ１に入射させるとともに、ボウタイ型リング共振器２７の高反射ミラーＭ１０から取り出されたレーザー光を折り返しミラー３５、３６で順次反射させてからボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ３に入射させる。折り返しミラー３５はアクチュエーター３７上に載せられている。
【００４６】
この光学システムにおいては、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を分岐して得られるレーザー光１３ａ、１３ｂをそれぞれボウタイ型リング共振器２６、２７のインプットカプラーＭ５、Ｍ９に入射させることでそれぞれ１／２波長に波長変換し、これらの波長変換されたレーザー光を後段のボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射させることで１／４波長に波長変換することができる。こうすることで、長波長のレーザー光１３から、その波長の１／４の波長の極短波長のレーザー光を取り出すことができる。
この第７の実施形態によれば、高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを実現することができる。
【００４７】
次に、この発明の第８の実施形態によるリング共振器について説明する。このリング共振器では、三つのインプットカプラーを用いる。
図８はこのリング共振器を示す。
図８に示すように、このリング共振器は、４枚のミラーにより構成され、それらのうち３枚がインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３、残りの１枚が高反射ミラーＭ４となっている。これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３は後述する所定の透過率を有し、これらを介して外部から共振器内部にレーザー光を取り込むことができるようになっている。この共振器内には損失があるとし、ここではインプットカプラーにより構成されない高反射ミラーＭ４が所定の透過率を有するものとし、この高反射ミラーＭ４から共振器内部に蓄えられた光が外部に漏れるとする。言い換えれば、この高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。
【００４８】
インプットカプラーＭ２´の振幅反射率および振幅透過率をそれぞれｒ2 ，ｔ2 、強度反射率および強度透過率をそれぞれＲ2 ，Ｔ2 とする。インプットカプラーＭ２´に入射するレーザー光の電場をＥin2 、インプットカプラーＭ２´で反射された電場をＥout2、共振器内の電場をＥcirc2 とする。
第１の実施形態と同様に、共振器に結合するレーザー光はすべて周波数が等しいとして、その電場振幅を以下のように表す。
【数１６】
これをもとに、２本のレーザー光を用いる場合と同様に適当な洞察により、以下の解がインピーダンスマッチングを満たすことが確認できる。
【数１７】
この式は、α＝０もしくはβ＝０とおくことで、２本のレーザー光を用いる第１の実施形態の場合と一致することが簡単に確認できる。この場合においても、第２の実施形態において導いた（式１１）と同様に共振器損失が小さい場合について
【数１８】
が導ける。さらに、同様に三つのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３の透過率の合計は、次式のように共振器内部の合計損失にほぼ等しくなる。
【数１９】
【００４９】
（式１８）（式１９）より共振器損失に等しい透過率をそれぞれのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３に入射させるパワー比にしたがって振り分ける値がインピーダンスマッチング条件となることがわかる。特に共振器に入射させるそれぞれのレーザー光の強度が等しい場合、それぞれのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３の透過率を以下のように等しくすることが最適設計となる。
【数２０】
【００５０】
図９はこの発明の第９の実施形態による光学システムの基本構成を示す。
図９に示すように、この光学システムにおいては、３枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３と３枚の高反射ミラーＭ４１、Ｍ４２、Ｍ４３とによりリング共振器４０が構成されている。この場合、高反射ミラーＭ４１、Ｍ４２、Ｍ４３は第８の実施形態によるリング共振器の高反射ミラーＭ４に相当し、このリング共振器４０は第８の実施形態によるリング共振器と実質的に同一のものである。高反射ミラーＭ４１はアクチュエーター４１上に載せられている。この光学システムは一台のシードレーザー１２を有する。そして、このシードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を増幅モジュール２０で増幅した後、パーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｃとして取り出し、アクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままインプットカプラーＭ１に入射させる。折り返しミラー１７で反射されたレーザー光１３ｃは、増幅モジュール１８で増幅した後、パーシャルミラー４２でその一部をレーザー光１３ｄとして取り出し、アクチュエーター４３上に載せられた折り返しミラー４４で反射させ、さらに増幅モジュール４５で増幅してからインプットカプラーＭ２´に入射させる。パーシャルミラー４２を透過したレーザー光１３ｂはそのままインプットカプラーＭ３に入射する。
この光学システムでは、高反射ミラーＭ４２、Ｍ４３の一方が所定の透過率を有し、他方の透過率はゼロとすることで、その所定の透過率を有する高反射ミラーから外部に出力レーザー光が取り出される。
【００５１】
上述の第２〜第７および第９の実施形態においては、一台のシードレーザー１２から放出されるレーザー光を分離増幅して同一の共振器に結合させる場合について説明したが、二つの異なるレーザー光源を用い、これらのレーザー光源から放出されるレーザー光を同一の共振器に結合させるようにしてもよい。そこで次に、この場合に適したこの発明の第１０の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、この第１０の実施形態による光学システムにおいては、図１０に示すように、２枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ３と２枚の高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０が構成されている。この場合、このボウタイ型リング共振器１０内の光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このボウタイ型リング共振器１０の構成は、内部に非線形光学結晶１１が配置されていることを除いて第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器と同様である。この光学システムは一台のシードレーザー１２、アイソレーター５１、スレーブレーザー５２を有する。そして、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がアイソレーター５１を通ってインプットカプラーＭ１に入射する。一方、スレーブレーザー５２から放出されるレーザー光５３がインプットカプラーＭ３に入射する。この場合、ボウタイ型リング共振器１０の内部の例えば非線形光学結晶１１の端面による反射が原因で発生した逆巡回方向のレーザー光５４がボウタイ型リング共振器１０の外部に漏れ出てきてスレーブレーザー５２に光注入が行われることで、シードレーザー１２との周波数同期が起こる（例えば、特許文献１参照。）。
【００５２】
次に、この発明の第１１の実施形態について説明する。
この第１１の実施形態においては、第２の実施形態による光学システムをより具体化した構成について説明する。
図１１にこの具体化した光学システムを示す。
図１１に示すように、この光学システムにおいては、シードレーザー１２として、例えば、発振波長が７８０ｎｍにおいて出力が１２ｍＷのレーザーを用いる。ハーフミラー１４としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対して透過率が５０％のものを用いる。アクチュエーター１６としては、例えば、ピエゾアクチュエーターを用いる。折り返しミラー１７としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対する高反射ミラーを用いる。増幅モジュール１５、１８としては、例えば、出力１Ｗのテーパーアンプリファイアーを用いる。インプットカプラーＭ１、Ｍ３としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対して透過率が０．５％のものを用いる。高反射ミラーＭ２、Ｍ４としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対する高反射ミラーを用いる。非線形光学結晶１１としては、例えば、ＳＨＧ結晶であるＬＢＯ結晶を用いる。
【００５３】
ハーフミラー１４で分けられたレーザー光１３ａは電気光学位相変調器（ＥＯＭ）６０を介して増幅モジュール１５に送られる。インプットカプラーＭ１、Ｍ３から外部に出てくるレーザー光はそれぞれフォトディテクター６１、６２で検出される。フォトディテクター６１から得られる信号はＲＦミキサー６３において、発振周波数が１０ＭＨｚの発信器６４の信号と混合される。ＲＦミキサー６３の出力信号はフィードバック回路６５によりピエゾアクチュエーターからなるアクチュエーター１９に送られ、このアクチュエーター１９の制御が行われる。一方、フォトディテクター６２から得られる信号はフィードバック回路６６によりピエゾアクチュエーターからなるアクチュエーター１６に送られ、このアクチュエーター１６の制御が行われる。
【００５４】
次に、この発明の第１２の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１２の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が７８０ｎｍのレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１２はこの光学システムを示す。
図１２に示すように、この光学システムは、第二次高調波発生用共振器７１、第四次高調波発生用共振器７２、和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３および和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４を有し、和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３から放出される波長２６６ｎｍのレーザー光と和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４から放出される波長７８０ｎｍのレーザー光とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光７５を発生させる。
【００５５】
発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源としては、１０６４ｎｍノンプレーナーリングオシレーター（ＮＰＲＯ）１００を用いる。この１０６４ｎｍノンプレーナーリングオシレーター１００から放出されるレーザー光は電気光学位相変調器２０００を介してファイバアンプ２００（励起モジュールは省略）で増幅された後、折り返しミラー３０００、３００１、３００２で順次反射されて第二次高調波発生用共振器７１に入射する。この第二次高調波発生用共振器７１は、１０６４ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝５％）１０００、ダイクロイックミラー（１０６４ｎｍ高反射、５３２ｎｍ高透過）１００１および２枚の１０６４ｎｍ高反射ミラー１００２、１００３により構成され、内部にＬＢＯ結晶３００が配置されている。このＬＢＯ結晶３００をレーザー光が通ることにより１／２波長、すわち波長５３２ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２０００にはＲＦジェネレーター２００１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２００１からの信号はＲＦミキサー２００２に送られ、１０６４ｎｍインプットカプラー１０００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２００３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２００２の出力信号は、フィードバック回路２００５を介して、１０６４ｎｍ高反射ミラー１００３を載せているＰＺＴアクチュエーター２００４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２００４の制御が行われる。
【００５６】
第二次高調波発生用共振器７１のダイクロイックミラー１００１から外部に取り出される波長５３２ｎｍのレーザー光は、電気光学位相変調器２０１０を通り、さらに折り返しミラー３００３、３００４で順次反射されて第四次高調波発生用共振器７２に入射する。この第四次高調波発生用共振器７２は、５３２ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１１００、ダイクロイックミラー（５３２ｎｍ高反射、２６６ｎｍ高透過）１１０１および２枚の５３２ｎｍ高反射ミラー１１０２、１１０３により構成され、内部にＢＢＯ結晶３１０が配置されている。このＢＢＯ結晶３１０をレーザー光が通ることにより１／２波長、すわち波長２６６ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２０１０にはＲＦジェネレーター２０１１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２０１１からの信号はＲＦミキサー２０１２に送られ、５３２ｎｍインプットカプラー１１００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２０１３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２０１２の出力信号は、フィードバック回路２０１５を介して、５３２ｎｍ高反射ミラー１１０３を載せているＰＺＴアクチュエーター２０１４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２０１４の制御が行われる。
【００５７】
第四次高調波発生用共振器７２のダイクロイックミラー１１０１から外部に取り出される波長２６６ｎｍのレーザー光は、折り返しミラー３００５、３００６で順次反射されて和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３に入射する。この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３は、２６６ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１２００および３枚の２６６ｎｍ高反射ミラー１２０１、１２０２、１２０３により構成されている。電気光学位相変調器２０１０にはＲＦジェネレーター２０２１からも信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２０２１からの信号はＲＦミキサー２０２２に送られ、２６６ｎｍインプットカプラー１２００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２０２３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２０２２の出力信号は、フィードバック回路２０２５を介して、２６６ｎｍ高反射ミラー１２０２を載せているＰＺＴアクチュエーター２０２４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２０２４の制御が行われる。
【００５８】
一方、発振波長が７８０ｎｍのレーザー光源としては、例えば、リットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００を用いる。このリットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００から放出されるレーザー光は、電気光学位相変調器２２００を通り、折り返しミラー３１００、３１０１で順次反射され、半導体テーパーアンプリファイアー４２１で増幅され、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３１０６で一部が取り出され、折り返しミラー３１０３で反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４に入射する。この和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４は、７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝１％）１３００、２枚の７８０ｎｍ高反射ミラー１３０１、１３０２および７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４により構成されている。電気光学位相変調器２２００にはＲＦジェネレーター２２０１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２２０１からの信号はＲＦミキサー２２０２に送られ、７８０ｎｍインプットカプラー１３００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２２０３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２２０２の出力信号は、フィードバック回路２２０５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー１３０２を載せているＰＺＴアクチュエーター２２０４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２２０４の制御が行われる。パーシャルリフレクター３１０６を透過したレーザー光は、折り返しミラー３１１０、３１１１で順次反射され、半導体テーパーアンプリファイアー４２２で増幅され、折り返しミラー３１１２で反射されて７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４に入射する。この７８０ｎｍインプットカプラー１３０４から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２２１３で検出されることにより得られる信号は、フィードバック回路２２１５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー３１１２を載せているＰＺＴアクチュエーター２２１４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２２１４の制御が行われる。
なお、リレーレンズを始めとする集光レンズ・コリメータレンズ・モードマッチングレンズなどの図示および説明は省略する。
【００５９】
和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３の内部に発生された波長２６６ｎｍのレーザー光と和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の内部に発生された波長７８０ｎｍのレーザー光とはブリュースターカットＢＢＯ結晶３２０上に同時に入射し、これによってこれらのレーザー光の角周波数の和の角周波数のレーザー光、すなわち波長１９８ｎｍのレーザー光が取り出される（例えば、特許文献２参照。）。
【００６０】
次に、この発明の第１３の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１３の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１３はこの光学システムを示す。
図１３に示すように、この光学システムにおいては、発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源として、１．５６μｍブラッググレーティング型単一周波数ファイバレーザー４０１を用いる。この１．５６μｍブラッググレーティング型単一周波数ファイバレーザー４０１から放出されるレーザー光は、インライン位相変調器４０２を通って１．５６μｍファイバレーザー４１１（励起モジュールは省略）で増幅され、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３１０６で一部が取り出され、折り返しミラー３１０３で反射され、分極反転ＬＮ結晶３３０を通って１／２波長、すなわち７８０ｎｍに波長変換され、折り返しミラー３１０４、３１０５で順次反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の７８０ｎｍインプットカプラー１３００に入射する。パーシャルリフレクター３１０６を透過したレーザー光は、１．５６μｍファイバレーザー４１２（励起モジュールは省略）で増幅され、折り返しミラー３１１０、３１１１で順次反射され、分極反転ＬＮ結晶３３１を通って１／２波長、すなわち７８０ｎｍに波長変換され、折り返しミラー３１１３、３１１４、３１１２で順次反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の７８０ｎｍインプットカプラー１３０４に入射する。
上記以外のことは第１２の実施形態と同様である。
【００６１】
次に、この発明の第１４の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１４の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１４はこの光学システムを示す。
図１４に示すように、この光学システムにおいては、ファイバアンプ２００から放出される波長１０６４ｎｍのレーザー光は、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３００７で一部が取り出され、残りは折り返しミラー３００１に向かう。パーシャルリフレクター３００７を透過した一部のレーザー光は、電気光学位相変調器２１００を通り、ファイバアンプ２０１（励起モジュールは省略）で増幅された後、折り返しミラー３００１、３０１１、３０１２で順次反射されて第二次高調波発生用共振器８１に入射する。この第二次高調波発生用共振器８１は、１０６４ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝５％）１０１０、ダイクロイックミラー（１０６４ｎｍ高反射、５３２ｎｍ高透過）１０１１および２枚の１０６４ｎｍ高反射ミラー１０１２、１０１３により構成され、内部にＬＢＯ結晶３０１が配置されている。このＬＢＯ結晶３０１を波長１０６４ｎｍのレーザー光が通ることにより１／２波長、すなわち波長５３２ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２１００にはＲＦジェネレーター２１０１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２１０１からの信号はＲＦミキサー２１０２に送られ、１０６４ｎｍインプットカプラー１０１０から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２１０３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２１０２の出力信号は、フィードバック回路２１０５を介して、１０６４ｎｍ高反射ミラー１０１３を載せているＰＺＴアクチュエーター２１０４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２１０４の制御が行われる。
【００６２】
第二次高調波発生用共振器８１のダイクロイックミラー１０１１から外部に取り出される波長５３２ｎｍのレーザー光は、電気光学位相変調器２１１０を通り、さらに折り返しミラー３０１３、３０１４で順次反射されて第四次高調波発生用共振器８２に入射する。この第四次高調波発生用共振器８２は、５３２ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１１１０、ダイクロイックミラー（５３２ｎｍ高反射、２６６ｎｍ高透過）１１１１および２枚の５３２ｎｍ高反射ミラー１１１２、１１１３により構成され、内部にＢＢＯ結晶３１１が配置されている。このＢＢＯ結晶３１１を波長５３２ｎｍのレーザー光が通ることにより１／２波長、すなわち波長２６６ｎｍに波長変換される。
【００６３】
第二次高調波発生用共振器８２のダイクロイックミラー１１１１から外部に取り出される波長２６６ｎｍのレーザー光は、折り返しミラー３０１５、３０１６、３０１７で順次反射されて和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３に入射する。この場合、この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３は、２枚の２６６ｎｍ高反射ミラー１２０１、１２０２および２６６ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝１％）１２０４、１２０５により構成されている。この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３の７８０ｎｍインプットカプラー１２０４から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２１２３で検出されることにより得られる信号は、フィードバック回路２１２５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー３０１７を載せているＰＺＴアクチュエーター２１２４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２１２４の制御が行われる。
和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４は、２枚の７８０ｎｍ高反射ミラー１３０１、１３０２および７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４、１３０５により構成されている。
上記以外のことは第１２および第１３の実施形態と同様である。
【００６４】
上述の第２〜第７、第９〜第１４の実施形態による光学システムは、各種の装置の光源に用いて好適なものである。そのような装置の例として散乱異物検査装置（詳細については、例えば、特許文献３参照。）がある。この散乱異物検査装置は、半導体ウェハ（平坦化処理をしたウェハ）上の微小な異物を発見するための装置で、半導体工場では一般的に使われている。異物に照射したレーザー光が散乱されることで半導体ウェハ上の異物の位置などの情報を得る。異物のサイズは半導体技術（回路パターンの微細化技術）の進展とともに小さくなっており、使われるレーザー光の波長よりも小さいため、異物による散乱はレイリー散乱になる。異物によるレーザー光の散乱強度を上げるためには、非常に高いパワーのレーザー光源を用意するか、十分な散乱強度を得ることができる短波長レーザーを用意することが現在求められている。現時点では波長３５５ｎｍもしくは２６６ｎｍのレーザー光が最先端の装置に採用され始めているが、半導体装置の開発レベルでは次世代は波長１９８ｎｍのレーザー光源が使われると考えられている。上述の第１２〜第１４の実施形態による光学システムは、このような散乱異物検査装置用の波長１９８ｎｍのレーザー光源として好適なものである。
【００６５】
一方、回路パターン付き半導体ウェハの光学顕微鏡を使った検査装置の例として、レビューステーションと呼ばれるものがある（この検査装置の詳細については、例えば、特許文献３参照。）。この検査装置は、その顕微鏡光源の短波長化により、回路パターンの微細化進展に対応している。上述の散乱異物検査装置と同様に、波長１９８ｎｍのレーザー光源が次世代の顕微鏡光源として嘱望されているが、上述の第１２〜第１４の実施形態による光学システムは、このような散乱異物検査装置用の波長１９８ｎｍのレーザー光源としても好適なものである。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構成、構成素子などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、構成素子などを用いてもよい。
具体的には、上述の第１〜第１４の実施形態においては、２個または３個のインプットカプラーを用いた共振器およびこれを用いた光学システムについて説明したが、この発明は、４個以上のインプットカプラーを用いた共振器およびこれを用いた光学システムにも同様に適用することが可能である。
また、上述の第１２の実施形態において、リットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００の代わりに、リットロウ型回折格子帰還外部共振器半導体レーザーやＤＦＢ型半導体レーザーなどを用いてもよい。
なお、この発明と同一の技術的思想は、レーザー光を含む各種波長帯の電磁波一般に成立し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す略線図である。
【図２】この発明の第２の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図３】この発明の第３の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図４】この発明の第４の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図５】この発明の第５の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図６】この発明の第６の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図７】この発明の第７の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図８】この発明の第８の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す略線図である。
【図９】この発明の第９の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１０】この発明の第１０の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１１】この発明の第１１の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１２】この発明の第１２の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１３】この発明の第１３の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１４】この発明の第１４の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１５】従来の光学システムの第１の例を示す略線図である。
【図１６】従来の光学システムの第２の例を示す略線図である。
【図１７】従来の光学システムの第３の例を示す略線図である。
【図１８】従来の光学システムの第４の例を示す略線図である。
【図１９】従来の光学システムの第５の例を示す略線図である。
【図２０】従来の光学システムの第６の例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｍ１、Ｍ３、Ｍ２´、１２０４、１２０５、１３００、１３０４、１３０５…インプットカプラー、Ｍ２、Ｍ３、１２０１、１２０２、１３０１、１３０２…高反射ミラー、１０…ボウタイ型リング共振器、１１…非線形光学結晶、１２…シードレーザー、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…レーザー光
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共振器、光学システム、検査装置、処理装置および測定装置に関し、例えば、レーザー光のコヒレント加算による単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化や高効率波長変換などに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化には、次に挙げるようにいくつかの方法がある。一つの方法は、レーザーそのものの投入励起パワーを増やすことで発振出力を増やす方法である。これは最も単純な方法であるが、ある一定以上の出力を超えるとレーザー自体が大型化して、発振する周波数および偏光の制御が難しくなる問題点がある。もう一つの方法は、図１５に示すように、小型の単一周波数かつ直線偏光レーザーをシードレーザー（主レーザー）５１０１とし、このシードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を励起された増幅媒体５１０３に通してこの増幅媒体５１０３中の誘導放出により元のレーザー光５１０２の出力を増幅する方法である。この方法は、増幅媒体５１０３をモジュール化すれば、これを多段カスケードに配置することでパワーアップが容易なことが利点であるが、横モード制御が難しい欠点がある。また、シードレーザー５１０１が低パワーから出発した場合、増幅媒体５１０３を光飽和させることが難しいため、複数段の増幅媒体５１０３を使うか、レーザー光５１０２を同一の増幅媒体５１０３に複数回通す方法がとられるが、一般的に効率はあまりよくない。また、増幅媒体５１０３の多段カスケード配置による増幅には、増幅媒体５１０３の損傷閾値で限定される限界値がある。
【０００３】
最近では、この方法の一種であるファイバアンプによる増幅技術の開発が進んでいる。この方法では、図１６に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を励起モジュール５１０４により励起されたファイバアンプ５１０５に通して元のレーザー光５１０２の出力を増幅する。
【０００４】
次に、増幅媒体５１０３を低パワーのシードレーザー５１０１で簡便に光飽和させる方法として、増幅媒体５１０３自体を共振器構造にしてしまう注入同期法がある。この方法では、図１７に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２をインプットカプラー（内部結合素子）５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６を通過したレーザー光５１０２を増幅媒体５１０３に通して高反射ミラー５１０７、５１０８、５１０９で順次反射させてインプットカプラー５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６から増幅されたレーザー光５１０２を取り出す。ここで、インプットカプラー５１０６は、一般的には、数％の透過率を有するパーシャルリフレクター（部分反射鏡）である。この方法では、一段だけの増幅モジュールで高い利得を期待できるが、自発振しているシードレーザー５１０１に外部から強制的に特定の光を注入することで周波数を制御するために、従共振器の高精度な共振器長制御が必要である点が難点である。
【０００５】
一方、これらの光の誘導放出制御による方法とは異なるコヒレント加算と呼ばれる方法がある（例えば、非特許文献１参照。）。これは基本的にはマッハツェンダー（Mach-Zehnder）干渉計の各支光路に上記の増幅モジュールを配置して、二つの支光路の位相を一致させて干渉加算する方法であり、増幅モジュールの出力を単純に加算できることが特徴である。一例を図１８に示す。図１８に示すように、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２をハーフミラー５１１０に入射させ、レーザー光５１０２ａ、５１０２ｂに分ける。ハーフミラー５１１０を透過したレーザー光５１０２ａを増幅モジュール５１１１に通し、折り返しミラー５１１２で反射させてからハーフミラー５１１３に入射させて反射させるとともに、ハーフミラー５１１０で反射されたレーザー光５１０２ｂを増幅モジュール５１１４に通し、折り返しミラー５１１５で反射させてからハーフミラー５１１３に入射させ、透過させる。この場合、折り返しミラー５１１５をアクチュエータ５１１６上に載せ、アクティブに制御することで、増幅モジュール５１１１を通る支光路と増幅モジュール５１１４を通る支光路との位相を一致させて干渉加算を行う。
【非特許文献１】Appl.Opt. 30 (1991), 317
【０００６】
ところで、多くのレーザーの発振波長は近赤外付近にあるため、非線形光学結晶と呼ばれる特殊な光学結晶を使って可視もしくは紫外線の波長を持つ光源を作ることができる。非線形光学結晶としてはＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）、ＬＢＯ（ＬｉＴａＯ3 ）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 ）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）などがあり、これらに近赤外付近の波長のレーザー光を通すことで短波長レーザー光への変換が可能である。また、周期分極反転（ＰＰ，Periodically Poled）ＬＮ（ＰＰＬＮ）、ＰＰＫＴＰ、周期分極反転化学量論（ＰＰＳ，Periodically Poled Stoichiometric)ＬＴ（ＰＰＳＬＮ）などの特殊なデバイスを使うことで波長変換の高効率化も進められている。非線形変換では入力パワーが増えるほど変換の効率が非線形に向上する。また、非線形光学結晶の励起が高くなるほど、その変換効率が向上する。
【０００７】
この変換効率向上においては、外部共振器を用いる方法がよく用いられる。この方法では、外部共振器は、元になる光源から取り出したレーザー光を高フィネスの共振器に入力してその光を閉じ込める。一例を図１９に示す。図１９に示すように、この方法では、シードレーザー５１０１から放出されるレーザー光５１０２を増幅モジュール５１１７に通して増幅してからインプットカプラー５１０６に入射させ、このインプットカプラー５１０６を通過したレーザー光５１０２を高反射ミラー５１０７、５１０８、５１０９で順次反射させて共振器内に光を閉じ込める。この場合、閉じ込めた光は共振器のフィネス数回程度、共振器内部を周回するため、共振器内部の光学パス（経路）上のレーザー光強度を非常に強くすることができる。したがって、外部共振器による変換を使えば、図２０に示すように、共振器内部の光学パス上に非線形光学結晶５１１８を挿入することにより、高い変換効率で波長変換が実現できる。一般に共振器に閉じ込められた光は、共振器を周回しながら共振器内の損失（吸収・散乱）で散逸するか、もしくは共振器を構成するミラーの微小な透過光として共振器外に漏れ出て行く。外部共振器による波長変換の場合、変換波長で使われるエネルギーは、上記の共振器内の損失に含めて考えることができる。
【０００８】
共振器への光は、インプットカプラーを介して結合（入射）する。このインプットカプラーは数％の透過率であるため、通常であればほとんどの光がインプットカプラーで反射されてしまう。しかし、外部共振器のインピーダンスマッチング理論によれば、共振器内部のすべての損失の合計をΔとした場合、インプットカプラーの透過率Ｔを
【数１】
となるよう設定することにより、位相条件（共振器長ロッキング）が満たされ、モードマッチングが得られた条件で共振器への１００％の結合（入射）が実現できる。上記の条件で外部共振器内の光強度は最大になり、最も効率よく外部共振器内の損失要素（ロスエレメント）で消費されることになる。例えば、外部共振器を使った波長変換の場合、外部共振器内の損失は主に吸収・散乱などの線形損失と非線形波長変換のエネルギー変換に伴う非線形損失とで構成されるが、上記のインピーダンスマッチング条件の下で非線形変換により発生する短波長光パワーが最大となる。これにより外部共振器内のパワーＰcircは入力パワーをＰinとして、
【数２】
で表される。
【０００９】
なお、外部共振器型レーザー光源の共振器内部で発生する逆巡回方向の光をもう一つのレーザー光源に光注入することで周波数同期を取る固体レーザーが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、波長１０６４ｎｍのレーザー光と波長７８０ｎｍのレーザー光とのダブリーレゾナントで和周波の波長１９８ｎｍのレーザー光を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、レーザー光を用いた散乱異物検査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また、レーザー光を用いた回路パターンの検査装置（レビューステーション）が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。また、波長２６６ｎｍの外部共振器ロッキングのための位相変調を波長２６６ｎｍのレーザー光の発生前の５３２ｎｍ位相変調器に５３２ｎｍ外部共振器の位相変調と同時に実施することが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献１】米国特許第５０６８５４６号明細書
【特許文献２】特開２００２−９９００７号公報
【特許文献３】米国特許第４８９８４７１号明細書
【特許文献４】特開２０００−３５２５０７号公報
【特許文献５】特開２００２−３１１４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のようにレーザーの高出力化の方法として共振器を用いたコヒレント加算が挙げられるが、このコヒレント加算システムとしては、これまで、共振器に一つのインプットカプラーを設けたものしかなかった。しかしながら、このコヒレント加算システムでは、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことは困難であった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことが可能な共振器、これを用いた高性能の光学システム、検査装置、処理装置および測定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】
本発明者らは、従来技術が有する上記の課題を解決すべく鋭意研究を行っている中で、共振器（外部共振器）に光を閉じ込めてレーザーの高出力化や高効率波長変換を実現するためには、共振器に複数のインプットカプラーを設けて複数の同一周波数（波長）のレーザー光を別々に結合させることが有効であることに着目したが、このように複数のインプットカプラーを有する共振器の設計手順についてはこれまで明らかではなかった。特に、共振器のインピーダンスマッチング条件を満たさなければ、共振器に入射させたレーザー光を共振器内部で効率よく消費できず、高効率な波長変換を実現できない。そこで、種々検討の結果、後述するインピーダンスマッチング理論を元に、各インプットカプラーの最適な透過率を設計解として求め、効率のよい結合の実現方法を見出し、この発明を案出するに至った。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
２枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明は、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
【００１４】
第１および第２の発明においては、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図る観点より、好適には、第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーの透過率の合計が共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ第１のインプットカプラーの透過率が第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、第２のインプットカプラーの透過率が第２のレーザー光のパワーに比例する値であるようにする。特に、第１のレーザー光のパワーと第２のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しい場合、第１のインプットカプラーの透過率と第２のインプットカプラーの透過率とを互いにほぼ等しくすることにより、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図ることができる。
ここで、インプットカプラーは、すでに述べたように、一般的には数％の透過率を有するパーシャルリフレクター（部分反射鏡）であるが、同様な機能を有する他の素子、例えば回折格子であってもよい。
共振器には、リング型共振器や直線型共振器（スタンディングウェイブ型）などの各種のものが含まれる。
第１のレーザー光および第２のレーザー光には、赤外光・可視光や紫外光などの広い波長（周波数）帯のものが含まれる。
【００１５】
第２の発明においては、例えば、シードレーザー（主レーザー）から放出されるレーザー光をハーフミラーなどにより第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ増幅した後に第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいは、シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光のうちの一方を増幅した後にこれらの第１のレーザー光および第２のレーザー光を第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいはまた、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーに結合させる。あるいは、共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行う。
この光学システムは、例えば、単一周波数かつ直線偏光レーザーの高出力化に用いることができるほか、例えば近赤外レーザー光源を用い、非線形光学結晶による非線形波長変換により高出力可視光源や高出力深紫外光源を得るために用いることができる。
【００１６】
第３の発明は、
３枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１７】
第４の発明は、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
【００１８】
第３および第４の発明においては、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図る観点より、好適には、第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーの透過率の合計が共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ第１のインプットカプラーの透過率が第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、第２のインプットカプラーの透過率が第２のレーザー光のパワーに比例する値であり、第３のインプットカプラーの透過率が第３のレーザー光のパワーに比例する値であるようにする。特に、第１のレーザー光のパワーと第２のレーザー光のパワーと第３のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しい場合、第１のインプットカプラーの透過率と第２のインプットカプラーの透過率と第３のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しくすることにより、レーザー光と共振器との結合効率の最大化を図ることができる。
【００１９】
第４の発明においては、例えば、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ増幅した後に第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいは、シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光のうちの全部、二つまたは一つを増幅した後にこれらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光を第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいはまた、シードレーザーから放出されるレーザー光を第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、これらの第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーに結合させる。あるいは、共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行うことができる。
第３および第４の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２０】
第５の発明は、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーが、周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光をそれぞれ結合させるためのｎ個のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とするものである。
【００２１】
第６の発明は、
一つのシードレーザーと、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーがｎ個のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光に分け、上記ｎ本のレーザー光をそれぞれ上記ｎ個のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システムである。
第５および第６の発明においては、その性質に反しない限り、第１〜第４の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２２】
第７の発明は、
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２３】
第８の発明は、
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２４】
第９の発明は、
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２５】
第１０の発明は、
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２６】
第１１の発明は、
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２７】
第１２の発明は、
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とするものである。
【００２８】
第７〜第１２の発明において、検査装置、処理装置および測定装置には、およそレーザー光を用いるものである限り、どのようなものも含まれる。具体的には、検査装置は、例えば半導体ウェハ表面の異物や回路パターンなどを検査する装置であり、処理装置は、各種の基板や材料などの熱処理、加工、表面改質などの各種の処理を行う装置であり、測定装置は、レーザー光を用いて各種の計測を行う装置などである。
【００２９】
上述のように構成されたこの発明においては、コヒレント加算の利用により、周波数が互いに等しい複数のレーザー光を同一の共振器に、高い結合効率で結合させることができる。このため、例えば、増幅モジュールの出力が限定される場合でも単純にレーザーのスケールアップが可能になる。特に、増幅モジュールに光強度の出力制限がありシリアルな増幅ができない場合には、この発明による手法は極めて有効である。また外部共振器への結合部分を振り分けることができるため、インプットカプラーが劣化ポイントとして問題になる場合にその信頼性向上に効果がある。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、周波数が互いに等しい複数のレーザー光を同一の共振器に高い結合効率で結合させることができるので、レーザーの高出力化や高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを得ることができ、この光学システムを光源に用いることにより高性能の検査装置、処理装置および測定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態においては、同一または対応する部分には同一の符号を用い、適宜重複説明を省略する。
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。
この第１の実施形態においては、４枚のミラーで構成されるボウタイ型リング共振器において、４枚のミラーのうちの２枚のミラーをインプットカプラーにより構成したものについて説明する。
【００３２】
図１はこの第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す。
図１に示すように、このボウタイ型リング共振器は、４枚のミラーにより構成され、それらのうち２枚がインプットカプラーＭ１、Ｍ３、残りの２枚が高反射ミラーＭ２、Ｍ４となっている。これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３は後述する所定の透過率を有し、これらを介して外部から共振器内部にレーザー光を取り込むことができるようになっている。この共振器内には損失があるとし、ここでは仮にインプットカプラーにより構成されない高反射ミラーＭ２、Ｍ４のうちの高反射ミラーＭ４が所定の透過率を有するものとし、この高反射ミラーＭ４から共振器内部に蓄えられた光が外部に漏れるとする。言い換えれば、この高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。高反射ミラーＭ２の透過率はゼロであるとする。共振器内部の損失要素としては、この例のようにミラー（ここでは高反射ミラーＭ４）に透過率がある場合（アウトプットカプラー）のほか、外部共振器型の非線形波長変換を目的とした非線形光学結晶を共振器内に配置した場合の結晶の吸収・散乱および非線形損失も想定し得る。
【００３３】
インプットカプラーＭ１、Ｍ３の振幅反射率および振幅透過率をそれぞれｒ1 ，ｔ1 ，ｒ3 ，ｔ3 とする。また、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の強度反射率および強度透過率をそれぞれＲ1 ，Ｔ1 ，Ｒ3 ，Ｔ3 とする。透過の際に吸収がないと仮定すると、次式が成り立つ。
【数３】
高反射ミラーＭ２、Ｍ４については、振幅反射率ｒm2 ,ｒm4を以下のように定める。
【数４】
上述のように高反射ミラーＭ４は所定の透過率を有するが、その強度透過率をΔとして表記する。計算上、この高反射ミラーＭ４の透過による漏れは共振器内の別コンポーネントで発生する損失に置き換えて考えることも可能であり、結果的に共振器内に分布したいくつかの損失要素の合計として考えることもできる。例えば、共振器内部に非線形光学結晶を配置した場合、この非線形光学結晶の吸収散乱などの損失のほか、非線形変換に消費されるエネルギー分も考慮した損失の合計として考えればよい。
【００３４】
さて、ここでインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射するレーザー光の電場振幅をそれぞれＥin1 , Ｅin3 とする。これらの入射レーザー光は同一の周波数ωを持つよう一つのシードレーザーから放出されるレーザー光を分割・増幅して得られたものであり、それらの電場を
【数５】
と表示する。式中δは、シードレーザーから放出されるレーザー光を分割して最終的に共振器に入射させるまでの光路差から生じる位相差を表す。また、インプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光電場振幅をＥout1, Ｅout3とする。一方、共振器内では、図１中インプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射直後の電場をそれぞれＥcirc1 、Ｅcirc3 とする。これらの電場は以下の連立方程式で表される。
【数６】
共振器内の電場Ｅcirc1 , Ｅcirc3 は、それぞれ外部からインプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過したレーザー光と、共振器内を周回してインプットカプラーＭ１、Ｍ３および高反射ミラーＭ２、Ｍ４により反射される反射光との和で表される。インプットカプラーＭ１、Ｍ３で反射された電場Ｅout1, Ｅout3については、共振器を周回し、これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過して外部に取り出される光と、これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光との和で表される。インプットカプラーＭ１、Ｍ３を透過する際に位相回転項として虚数ｉが付加されていることに注意すべきである。また、上式でφ1 ，φ2 はそれぞれ共振器内の光路Ｍ１−Ｍ４−Ｍ３と光路Ｍ３−Ｍ２−Ｍ１とから計算される位相項である。周回の位相はφ1 ＋φ2 で表される。（式６）の連立方程式を解くと、それぞれ以下の式が導かれる。
【数７】
【００３５】
図２はこの発明の第２の実施形態による光学システムの基本構成を示す。
図２に示すように、この光学システムにおいては、２枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ３と２枚の高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０が構成されている。この場合、このボウタイ型リング共振器１０内の光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このボウタイ型リング共振器１０の構成は、内部に非線形光学結晶１１が配置されていることを除いて第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器と同様である。この光学システムは一台のシードレーザー１２を有する。そして、このシードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がハーフミラー１４でレーザー光１３ａとレーザー光１３ｂとに分けられ、それらのうちレーザー光１３ａは増幅モジュール１５で増幅された後にインプットカプラーＭ１に入射するとともに、レーザー光１３ｂはアクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射され、増幅モジュール１８で増幅された後にインプットカプラーＭ３に入射するようになっており、レーザー光１３ａ、１３ｂがそれぞれインプットカプラーＭ１、Ｍ３を介して共振器に結合するようになっている。高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。この場合、ボウタイ型リング共振器１０の内部に非線形光学結晶１１が配置されていることにより、高次高調波を発生させることができ、非線形光学結晶１１として使用するものに応じて、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３の波長の１／２などの短波長の出力レーザー光を取り出すことができる。
【００３６】
この光学システムにおいては、入射するレーザー光１３ａ、１３ｂがボウタイ型リング共振器１０の共鳴周波数に厳密に一致すれば、外部からインプットカプラーＭ１、Ｍ３を介して共振器内部に入ったレーザー光１３ａ、１３ｂは共振器内部で強め合うように干渉し蓄えられる。このような入射レーザー光１３ａ、１３ｂの周波数と共振器の共鳴周波数との同期を取るために、共振器の１枚のミラー、ここでは高反射ミラーＭ２をアクチュエーター１９上に載せ、入力光の周波数に同期を取るようにアクティブに制御するようにしている。この同期には特に、Pound Drever Hall 法などの高精度な周波数ロッキング方法などがよく用いられる。シードレーザー１２に対する共振器長の同期条件は（式７）において
【数８】
で表される。さらに、コヒレント加算を行う場合、二つに分けられた光路間の位相差が一致している必要がある。これに関しては、二つの支光路のうち一方に含まれる折り返しミラー１７をアクチュエーター１６で波長距離程度移動させることで位相差を調整できる。具体的には、レーザー光１３ａ、１３ｂ間の位相差δが
【数９】
となるよう折り返しミラー１７の位置を調整することにより、レーザー光１３ａ、１３ｂのボウタイ型リング共振器１０への同時結合が可能となる。
【００３７】
次に、共振器外部と内部との結合効率の最適化（インピーダンスマッチング）について説明する。インピーダンスマッチングは、共振器内の損失に対してインプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率を最適化し、共振器に入射させたレーザー光１３ａ、１３ｂを効率的に共振器内部で消費させるよう設計することである。具体的には、（式７）のインプットカプラーＭ１、Ｍ３による反射光電場振幅Ｅout1, Ｅout3がゼロになるようにこれらのインプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率を選べばよい。例えば、βを定数（二つの入射レーザー光１３ａ、１３ｂの強度比）として
【数１０】
の場合、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の振幅反射率ｒ1 , ｒ3 は、
【数１１】
と表される。
【００３８】
（式４）およびＲ1 ＝ｒ1 2 、Ｒ3 ＝ｒ3 2 により、
【数１２】
が導かれる。この条件のとき、共振器の内部パワーが最大になることを、Ｅcirc1 , Ｅcirc3 の値から確認することができる。さらにここで、共振器内部損失Δが十分小さい条件に限定して考えた場合、（式１２）をテイラー展開することで、
【数１３】
という式が求まり、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率は入力するレーザー光１３ａ、１３ｂのパワーの比で表されることがわかる。（式１３）より、インプットカプラーＭ１、Ｍ３の透過率の合計は、共振器内部の合計損失にほぼ等しくなる。
【数１４】
また、特に入射させるレーザー光１３ａ、１３ｂが同程度のパワーである場合、
【数１５】
が、インピーダンスマッチングを実現する最適な条件となる。
【００３９】
共振器内部損失が大きい場合は、例えば、モードクリーナーを兼ねたコヒレント加算技術として実用化の可能性があると考えられる。さらに極限的なケースとして内部損失最大（Δ＝１００％）の場合は、共振器に入射したレーザー光１３ａ、１３ｂはもはや共振器内を周回せずに内部損失要素により直ちに消費される。この場合の最適条件は、Ｒ3 ＝０％（つまりインプットカプラーＭ３に無反射（ＡＲ）コーティングを施すか、もしくはインプットカプラーＭ３そのものを除去する）かつＲ1 ＝５０％（β＝１とした場合）となり、コヒレント加算の従来例と一致する。一方、共振器内部損失Δは数％であるとして、β＝０となる極限を考えた場合にはＴ1 ＝Δ、Ｔ3 ＝０となり、従来例の単独レーザー光の外部共振器への結合に相当する。
以上のように、この第２の実施形態によれば、高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを実現することができる。
【００４０】
増幅モジュール１５、１８で十分なゲインを取るためには入力用のシードレーザー１２としてある程度のパワーが必要であるが、シードレーザー１２単体で二つの増幅モジュール１５、１８のシードパワーを賄いきれない場合がある。そこで次に、このような場合に適用して好適なこの発明の第３および第４の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、第３の実施形態による光学システムにおいては、図３に示すように、シードレーザー１２とハーフミラー１４との間に増幅モジュール２０を配置し、このシードレーザー２０から放出されるレーザー光１３をこの増幅モジュール２０で増幅した後にハーフミラー１４によりレーザー光１３ａ、１３ｂに分ける。こうすることで、レーザー光１３ａ、１３ｂのパワーを十分に大きくすることができるため、増幅モジュール１５、１８のシードパワーを十分に賄うことができる。
上記以外のことは第２の実施形態と同様である。
この第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４１】
第４の実施形態による光学システムにおいては、図４に示すように、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を一旦増幅モジュール２０で増幅した後、パーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｂとして取り出し、これを増幅モジュール１８でさらに増幅してからインプットカプラーＭ３に入射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままインプットカプラーＭ１に入射させることにより、全体の増幅モジュールの個数を２個に抑えながら所望のレーザー光の本数（この場合、レーザー光１３ａ、１３ｂの２本）を確保できる。
この第４の実施形態によれば、第２の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４２】
第１〜第４の実施形態においては、ボウタイ型リング共振器１０を用いる場合について説明したが、共振器はこれに限定されるものではなく、他のリング共振器はもちろん、直線型の共振器であってもよい。そこで次に、直線型の共振器を用いたこの発明の第５の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、この第５の実施形態による光学システムにおいては、図５に示すように、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がハーフミラー１４でレーザー光１３ａとレーザー光１３ｂとに分けられ、それらのうちレーザー光１３ａは折り返しミラー２２で反射され、増幅モジュール１５で増幅された後にハーフミラー２３に入射するとともに、レーザー光１３ｂはアクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射され、増幅モジュール１８で増幅された後にハーフミラー２３に入射するようになっている。この場合、ハーフミラー２３が第１〜第４の実施形態におけるインプットカプラーＭ１、Ｍ３に相当し、このハーフミラー２３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とにより直線型共振器２４が構成されている。レーザー光１３ａ、１３ｂはインプットカプラーＭ１、Ｍ３に相当するこのハーフミラー２３を介して直線型共振器２４に結合するようになっている。出力レーザー光は高反射ミラーＭ４から外部に取り出される。
この第５の実施形態によれば、高出力のレーザー光を得ることができる光学システムを実現することができる。
【００４３】
次に、この発明の第６の実施形態による光学システムについて説明する。
この第６の実施形態による光学システムにおいては、図６に示すように、直線型共振器２４は、高反射ミラーＭ４と対向して配置された高反射ミラー２５を有し、ハーフミラー２３を透過したレーザー光が高反射ミラーＭ４されて高反射ミラー２５に向かう光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このように直線型共振器２４の内部に非線形光学結晶１１が配置されていることにより、高次高調波を発生させることができ、非線形光学結晶１１として使用するものに応じて、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３の波長の１／２などの短波長の出力レーザー光を取り出すことができる。
【００４４】
次に、この発明の第７の実施形態による光学システムについて説明する。この光学システムにおいては、シードレーザー１２と波長変換が可能なボウタイ型リング共振器１０との間に波長変換用のボウタイ型リング共振器を二つ挿入し、２段の波長変換により高次高調波発生を行う。波長変換時に光の位相関係は保持されるため、増幅モジュールを挿入するのと同様の手法で波長変換用のボウタイ型リング共振器を挿入することができる。
すなわち、この第７の実施形態による光学システムにおいては、図７に示すように、ボウタイ型リング共振器１０の前段に、二つのボウタイ型リング共振器２６、２７が配置されている。ボウタイ型リング共振器１０は、インプットカプラーＭ１、Ｍ３と高反射ミラーＭ２、Ｍ４とにより構成され、内部に第四次高調波発生（ＦＨＧ）結晶２８が配置されたものである。ボウタイ型リング共振器２６は、インプットカプラーＭ５と３枚の高反射ミラーＭ６、Ｍ７、Ｍ８とにより構成され、内部に第二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶２９が配置されたものである。高反射ミラーＭ６はアクチュエーター３０上に載せられている。高反射ミラーＭ８は所定の透過率を有し、高反射ミラーＭ６、Ｍ７の透過率はゼロである。ボウタイ型リング共振器２７は、インプットカプラーＭ９と３枚の高反射ミラーＭ１０、Ｍ１１、Ｍ１２とにより構成され、内部にＳＨＧ結晶３１が配置されたものである。高反射ミラーＭ１２はアクチュエーター３２上に載せられている。高反射ミラーＭ１０は所定の透過率を有し、高反射ミラーＭ１１、Ｍ１２の透過率はゼロである。
【００４５】
この光学システムにおいては、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を増幅モジュール２０で増幅した後にパーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｂとして取り出し、折り返しミラー１７で反射させ、増幅モジュール１８で増幅してからボウタイ型リング共振器２７のインプットカプラーＭ９に入射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままボウタイ型リング共振器２６のインプットカプラーＭ５に入射させる。そして、ボウタイ型リング共振器２６の高反射ミラーＭ８から取り出されたレーザー光を折り返しミラー３３、３４で順次反射させてからボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ１に入射させるとともに、ボウタイ型リング共振器２７の高反射ミラーＭ１０から取り出されたレーザー光を折り返しミラー３５、３６で順次反射させてからボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ３に入射させる。折り返しミラー３５はアクチュエーター３７上に載せられている。
【００４６】
この光学システムにおいては、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を分岐して得られるレーザー光１３ａ、１３ｂをそれぞれボウタイ型リング共振器２６、２７のインプットカプラーＭ５、Ｍ９に入射させることでそれぞれ１／２波長に波長変換し、これらの波長変換されたレーザー光を後段のボウタイ型リング共振器１０のインプットカプラーＭ１、Ｍ３に入射させることで１／４波長に波長変換することができる。こうすることで、長波長のレーザー光１３から、その波長の１／４の波長の極短波長のレーザー光を取り出すことができる。
この第７の実施形態によれば、高効率波長変換を行うことができる高性能の光学システムを実現することができる。
【００４７】
次に、この発明の第８の実施形態によるリング共振器について説明する。このリング共振器では、三つのインプットカプラーを用いる。
図８はこのリング共振器を示す。
図８に示すように、このリング共振器は、４枚のミラーにより構成され、それらのうち３枚がインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３、残りの１枚が高反射ミラーＭ４となっている。これらのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３は後述する所定の透過率を有し、これらを介して外部から共振器内部にレーザー光を取り込むことができるようになっている。この共振器内には損失があるとし、ここではインプットカプラーにより構成されない高反射ミラーＭ４が所定の透過率を有するものとし、この高反射ミラーＭ４から共振器内部に蓄えられた光が外部に漏れるとする。言い換えれば、この高反射ミラーＭ４から外部に出力レーザー光が取り出される。
【００４８】
インプットカプラーＭ２´の振幅反射率および振幅透過率をそれぞれｒ2 ，ｔ2 、強度反射率および強度透過率をそれぞれＲ2 ，Ｔ2 とする。インプットカプラーＭ２´に入射するレーザー光の電場をＥin2 、インプットカプラーＭ２´で反射された電場をＥout2、共振器内の電場をＥcirc2 とする。
第１の実施形態と同様に、共振器に結合するレーザー光はすべて周波数が等しいとして、その電場振幅を以下のように表す。
【数１６】
これをもとに、２本のレーザー光を用いる場合と同様に適当な洞察により、以下の解がインピーダンスマッチングを満たすことが確認できる。
【数１７】
この式は、α＝０もしくはβ＝０とおくことで、２本のレーザー光を用いる第１の実施形態の場合と一致することが簡単に確認できる。この場合においても、第２の実施形態において導いた（式１１）と同様に共振器損失が小さい場合について
【数１８】
が導ける。さらに、同様に三つのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３の透過率の合計は、次式のように共振器内部の合計損失にほぼ等しくなる。
【数１９】
【００４９】
（式１８）（式１９）より共振器損失に等しい透過率をそれぞれのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３に入射させるパワー比にしたがって振り分ける値がインピーダンスマッチング条件となることがわかる。特に共振器に入射させるそれぞれのレーザー光の強度が等しい場合、それぞれのインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３の透過率を以下のように等しくすることが最適設計となる。
【数２０】
【００５０】
図９はこの発明の第９の実施形態による光学システムの基本構成を示す。
図９に示すように、この光学システムにおいては、３枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ２´、Ｍ３と３枚の高反射ミラーＭ４１、Ｍ４２、Ｍ４３とによりリング共振器４０が構成されている。この場合、高反射ミラーＭ４１、Ｍ４２、Ｍ４３は第８の実施形態によるリング共振器の高反射ミラーＭ４に相当し、このリング共振器４０は第８の実施形態によるリング共振器と実質的に同一のものである。高反射ミラーＭ４１はアクチュエーター４１上に載せられている。この光学システムは一台のシードレーザー１２を有する。そして、このシードレーザー１２から放出されるレーザー光１３を増幅モジュール２０で増幅した後、パーシャルミラー２１でその一部をレーザー光１３ｃとして取り出し、アクチュエーター１６上に載せられた折り返しミラー１７で反射させるとともに、残りをレーザー光１３ａとして取り出し、そのままインプットカプラーＭ１に入射させる。折り返しミラー１７で反射されたレーザー光１３ｃは、増幅モジュール１８で増幅した後、パーシャルミラー４２でその一部をレーザー光１３ｄとして取り出し、アクチュエーター４３上に載せられた折り返しミラー４４で反射させ、さらに増幅モジュール４５で増幅してからインプットカプラーＭ２´に入射させる。パーシャルミラー４２を透過したレーザー光１３ｂはそのままインプットカプラーＭ３に入射する。
この光学システムでは、高反射ミラーＭ４２、Ｍ４３の一方が所定の透過率を有し、他方の透過率はゼロとすることで、その所定の透過率を有する高反射ミラーから外部に出力レーザー光が取り出される。
【００５１】
上述の第２〜第７および第９の実施形態においては、一台のシードレーザー１２から放出されるレーザー光を分離増幅して同一の共振器に結合させる場合について説明したが、二つの異なるレーザー光源を用い、これらのレーザー光源から放出されるレーザー光を同一の共振器に結合させるようにしてもよい。そこで次に、この場合に適したこの発明の第１０の実施形態による光学システムについて説明する。
すなわち、この第１０の実施形態による光学システムにおいては、図１０に示すように、２枚のインプットカプラーＭ１、Ｍ３と２枚の高反射ミラーＭ２、Ｍ４とによりボウタイ型リング共振器１０が構成されている。この場合、このボウタイ型リング共振器１０内の光路上に非線形光学結晶１１が配置されている。このボウタイ型リング共振器１０の構成は、内部に非線形光学結晶１１が配置されていることを除いて第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器と同様である。この光学システムは一台のシードレーザー１２、アイソレーター５１、スレーブレーザー５２を有する。そして、シードレーザー１２から放出されるレーザー光１３がアイソレーター５１を通ってインプットカプラーＭ１に入射する。一方、スレーブレーザー５２から放出されるレーザー光５３がインプットカプラーＭ３に入射する。この場合、ボウタイ型リング共振器１０の内部の例えば非線形光学結晶１１の端面による反射が原因で発生した逆巡回方向のレーザー光５４がボウタイ型リング共振器１０の外部に漏れ出てきてスレーブレーザー５２に光注入が行われることで、シードレーザー１２との周波数同期が起こる（例えば、特許文献１参照。）。
【００５２】
次に、この発明の第１１の実施形態について説明する。
この第１１の実施形態においては、第２の実施形態による光学システムをより具体化した構成について説明する。
図１１にこの具体化した光学システムを示す。
図１１に示すように、この光学システムにおいては、シードレーザー１２として、例えば、発振波長が７８０ｎｍにおいて出力が１２ｍＷのレーザーを用いる。ハーフミラー１４としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対して透過率が５０％のものを用いる。アクチュエーター１６としては、例えば、ピエゾアクチュエーターを用いる。折り返しミラー１７としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対する高反射ミラーを用いる。増幅モジュール１５、１８としては、例えば、出力１Ｗのテーパーアンプリファイアーを用いる。インプットカプラーＭ１、Ｍ３としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対して透過率が０．５％のものを用いる。高反射ミラーＭ２、Ｍ４としては、例えば、波長７８０ｎｍの光に対する高反射ミラーを用いる。非線形光学結晶１１としては、例えば、ＳＨＧ結晶であるＬＢＯ結晶を用いる。
【００５３】
ハーフミラー１４で分けられたレーザー光１３ａは電気光学位相変調器（ＥＯＭ）６０を介して増幅モジュール１５に送られる。インプットカプラーＭ１、Ｍ３から外部に出てくるレーザー光はそれぞれフォトディテクター６１、６２で検出される。フォトディテクター６１から得られる信号はＲＦミキサー６３において、発振周波数が１０ＭＨｚの発信器６４の信号と混合される。ＲＦミキサー６３の出力信号はフィードバック回路６５によりピエゾアクチュエーターからなるアクチュエーター１９に送られ、このアクチュエーター１９の制御が行われる。一方、フォトディテクター６２から得られる信号はフィードバック回路６６によりピエゾアクチュエーターからなるアクチュエーター１６に送られ、このアクチュエーター１６の制御が行われる。
【００５４】
次に、この発明の第１２の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１２の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が７８０ｎｍのレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１２はこの光学システムを示す。
図１２に示すように、この光学システムは、第二次高調波発生用共振器７１、第四次高調波発生用共振器７２、和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３および和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４を有し、和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３から放出される波長２６６ｎｍのレーザー光と和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４から放出される波長７８０ｎｍのレーザー光とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光７５を発生させる。
【００５５】
発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源としては、１０６４ｎｍノンプレーナーリングオシレーター（ＮＰＲＯ）１００を用いる。この１０６４ｎｍノンプレーナーリングオシレーター１００から放出されるレーザー光は電気光学位相変調器２０００を介してファイバアンプ２００（励起モジュールは省略）で増幅された後、折り返しミラー３０００、３００１、３００２で順次反射されて第二次高調波発生用共振器７１に入射する。この第二次高調波発生用共振器７１は、１０６４ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝５％）１０００、ダイクロイックミラー（１０６４ｎｍ高反射、５３２ｎｍ高透過）１００１および２枚の１０６４ｎｍ高反射ミラー１００２、１００３により構成され、内部にＬＢＯ結晶３００が配置されている。このＬＢＯ結晶３００をレーザー光が通ることにより１／２波長、すわち波長５３２ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２０００にはＲＦジェネレーター２００１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２００１からの信号はＲＦミキサー２００２に送られ、１０６４ｎｍインプットカプラー１０００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２００３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２００２の出力信号は、フィードバック回路２００５を介して、１０６４ｎｍ高反射ミラー１００３を載せているＰＺＴアクチュエーター２００４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２００４の制御が行われる。
【００５６】
第二次高調波発生用共振器７１のダイクロイックミラー１００１から外部に取り出される波長５３２ｎｍのレーザー光は、電気光学位相変調器２０１０を通り、さらに折り返しミラー３００３、３００４で順次反射されて第四次高調波発生用共振器７２に入射する。この第四次高調波発生用共振器７２は、５３２ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１１００、ダイクロイックミラー（５３２ｎｍ高反射、２６６ｎｍ高透過）１１０１および２枚の５３２ｎｍ高反射ミラー１１０２、１１０３により構成され、内部にＢＢＯ結晶３１０が配置されている。このＢＢＯ結晶３１０をレーザー光が通ることにより１／２波長、すわち波長２６６ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２０１０にはＲＦジェネレーター２０１１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２０１１からの信号はＲＦミキサー２０１２に送られ、５３２ｎｍインプットカプラー１１００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２０１３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２０１２の出力信号は、フィードバック回路２０１５を介して、５３２ｎｍ高反射ミラー１１０３を載せているＰＺＴアクチュエーター２０１４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２０１４の制御が行われる。
【００５７】
第四次高調波発生用共振器７２のダイクロイックミラー１１０１から外部に取り出される波長２６６ｎｍのレーザー光は、折り返しミラー３００５、３００６で順次反射されて和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３に入射する。この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３は、２６６ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１２００および３枚の２６６ｎｍ高反射ミラー１２０１、１２０２、１２０３により構成されている。電気光学位相変調器２０１０にはＲＦジェネレーター２０２１からも信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２０２１からの信号はＲＦミキサー２０２２に送られ、２６６ｎｍインプットカプラー１２００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２０２３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２０２２の出力信号は、フィードバック回路２０２５を介して、２６６ｎｍ高反射ミラー１２０２を載せているＰＺＴアクチュエーター２０２４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２０２４の制御が行われる。
【００５８】
一方、発振波長が７８０ｎｍのレーザー光源としては、例えば、リットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００を用いる。このリットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００から放出されるレーザー光は、電気光学位相変調器２２００を通り、折り返しミラー３１００、３１０１で順次反射され、半導体テーパーアンプリファイアー４２１で増幅され、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３１０６で一部が取り出され、折り返しミラー３１０３で反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４に入射する。この和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４は、７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝１％）１３００、２枚の７８０ｎｍ高反射ミラー１３０１、１３０２および７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４により構成されている。電気光学位相変調器２２００にはＲＦジェネレーター２２０１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２２０１からの信号はＲＦミキサー２２０２に送られ、７８０ｎｍインプットカプラー１３００から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２２０３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２２０２の出力信号は、フィードバック回路２２０５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー１３０２を載せているＰＺＴアクチュエーター２２０４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２２０４の制御が行われる。パーシャルリフレクター３１０６を透過したレーザー光は、折り返しミラー３１１０、３１１１で順次反射され、半導体テーパーアンプリファイアー４２２で増幅され、折り返しミラー３１１２で反射されて７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４に入射する。この７８０ｎｍインプットカプラー１３０４から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２２１３で検出されることにより得られる信号は、フィードバック回路２２１５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー３１１２を載せているＰＺＴアクチュエーター２２１４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２２１４の制御が行われる。
なお、リレーレンズを始めとする集光レンズ・コリメータレンズ・モードマッチングレンズなどの図示および説明は省略する。
【００５９】
和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３の内部に発生された波長２６６ｎｍのレーザー光と和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の内部に発生された波長７８０ｎｍのレーザー光とはブリュースターカットＢＢＯ結晶３２０上に同時に入射し、これによってこれらのレーザー光の角周波数の和の角周波数のレーザー光、すなわち波長１９８ｎｍのレーザー光が取り出される（例えば、特許文献２参照。）。
【００６０】
次に、この発明の第１３の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１３の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１３はこの光学システムを示す。
図１３に示すように、この光学システムにおいては、発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源として、１．５６μｍブラッググレーティング型単一周波数ファイバレーザー４０１を用いる。この１．５６μｍブラッググレーティング型単一周波数ファイバレーザー４０１から放出されるレーザー光は、インライン位相変調器４０２を通って１．５６μｍファイバレーザー４１１（励起モジュールは省略）で増幅され、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３１０６で一部が取り出され、折り返しミラー３１０３で反射され、分極反転ＬＮ結晶３３０を通って１／２波長、すなわち７８０ｎｍに波長変換され、折り返しミラー３１０４、３１０５で順次反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の７８０ｎｍインプットカプラー１３００に入射する。パーシャルリフレクター３１０６を透過したレーザー光は、１．５６μｍファイバレーザー４１２（励起モジュールは省略）で増幅され、折り返しミラー３１１０、３１１１で順次反射され、分極反転ＬＮ結晶３３１を通って１／２波長、すなわち７８０ｎｍに波長変換され、折り返しミラー３１１３、３１１４、３１１２で順次反射されて和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４の７８０ｎｍインプットカプラー１３０４に入射する。
上記以外のことは第１２の実施形態と同様である。
【００６１】
次に、この発明の第１４の実施形態による光学システムについて説明する。
この第１４の実施形態においては、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光源と発振波長が１．５６μｍ（１５６０ｎｍ）のレーザー光源とを用いて波長１９８ｎｍのレーザー光を得ることができる光学システムについて説明する。
図１４はこの光学システムを示す。
図１４に示すように、この光学システムにおいては、ファイバアンプ２００から放出される波長１０６４ｎｍのレーザー光は、パーシャルリフレクター（Ｔ＝２％）３００７で一部が取り出され、残りは折り返しミラー３００１に向かう。パーシャルリフレクター３００７を透過した一部のレーザー光は、電気光学位相変調器２１００を通り、ファイバアンプ２０１（励起モジュールは省略）で増幅された後、折り返しミラー３００１、３０１１、３０１２で順次反射されて第二次高調波発生用共振器８１に入射する。この第二次高調波発生用共振器８１は、１０６４ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝５％）１０１０、ダイクロイックミラー（１０６４ｎｍ高反射、５３２ｎｍ高透過）１０１１および２枚の１０６４ｎｍ高反射ミラー１０１２、１０１３により構成され、内部にＬＢＯ結晶３０１が配置されている。このＬＢＯ結晶３０１を波長１０６４ｎｍのレーザー光が通ることにより１／２波長、すなわち波長５３２ｎｍに波長変換される。電気光学位相変調器２１００にはＲＦジェネレーター２１０１から信号が送られ、制御が行われる。ＲＦジェネレーター２１０１からの信号はＲＦミキサー２１０２に送られ、１０６４ｎｍインプットカプラー１０１０から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２１０３で検出されることにより得られる信号と混合される。このＲＦミキサー２１０２の出力信号は、フィードバック回路２１０５を介して、１０６４ｎｍ高反射ミラー１０１３を載せているＰＺＴアクチュエーター２１０４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２１０４の制御が行われる。
【００６２】
第二次高調波発生用共振器８１のダイクロイックミラー１０１１から外部に取り出される波長５３２ｎｍのレーザー光は、電気光学位相変調器２１１０を通り、さらに折り返しミラー３０１３、３０１４で順次反射されて第四次高調波発生用共振器８２に入射する。この第四次高調波発生用共振器８２は、５３２ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝２％）１１１０、ダイクロイックミラー（５３２ｎｍ高反射、２６６ｎｍ高透過）１１１１および２枚の５３２ｎｍ高反射ミラー１１１２、１１１３により構成され、内部にＢＢＯ結晶３１１が配置されている。このＢＢＯ結晶３１１を波長５３２ｎｍのレーザー光が通ることにより１／２波長、すなわち波長２６６ｎｍに波長変換される。
【００６３】
第二次高調波発生用共振器８２のダイクロイックミラー１１１１から外部に取り出される波長２６６ｎｍのレーザー光は、折り返しミラー３０１５、３０１６、３０１７で順次反射されて和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３に入射する。この場合、この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３は、２枚の２６６ｎｍ高反射ミラー１２０１、１２０２および２６６ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝１％）１２０４、１２０５により構成されている。この和周波発生用２６６ｎｍ共振器７３の７８０ｎｍインプットカプラー１２０４から外部に出てくるレーザー光がフォトディテクター２１２３で検出されることにより得られる信号は、フィードバック回路２１２５を介して、７８０ｎｍ高反射ミラー３０１７を載せているＰＺＴアクチュエーター２１２４に送られ、このＰＺＴアクチュエーター２１２４の制御が行われる。
和周波発生用７８０ｎｍ共振器７４は、２枚の７８０ｎｍ高反射ミラー１３０１、１３０２および７８０ｎｍインプットカプラー（Ｔ＝０．５％）１３０４、１３０５により構成されている。
上記以外のことは第１２および第１３の実施形態と同様である。
【００６４】
上述の第２〜第７、第９〜第１４の実施形態による光学システムは、各種の装置の光源に用いて好適なものである。そのような装置の例として散乱異物検査装置（詳細については、例えば、特許文献３参照。）がある。この散乱異物検査装置は、半導体ウェハ（平坦化処理をしたウェハ）上の微小な異物を発見するための装置で、半導体工場では一般的に使われている。異物に照射したレーザー光が散乱されることで半導体ウェハ上の異物の位置などの情報を得る。異物のサイズは半導体技術（回路パターンの微細化技術）の進展とともに小さくなっており、使われるレーザー光の波長よりも小さいため、異物による散乱はレイリー散乱になる。異物によるレーザー光の散乱強度を上げるためには、非常に高いパワーのレーザー光源を用意するか、十分な散乱強度を得ることができる短波長レーザーを用意することが現在求められている。現時点では波長３５５ｎｍもしくは２６６ｎｍのレーザー光が最先端の装置に採用され始めているが、半導体装置の開発レベルでは次世代は波長１９８ｎｍのレーザー光源が使われると考えられている。上述の第１２〜第１４の実施形態による光学システムは、このような散乱異物検査装置用の波長１９８ｎｍのレーザー光源として好適なものである。
【００６５】
一方、回路パターン付き半導体ウェハの光学顕微鏡を使った検査装置の例として、レビューステーションと呼ばれるものがある（この検査装置の詳細については、例えば、特許文献３参照。）。この検査装置は、その顕微鏡光源の短波長化により、回路パターンの微細化進展に対応している。上述の散乱異物検査装置と同様に、波長１９８ｎｍのレーザー光源が次世代の顕微鏡光源として嘱望されているが、上述の第１２〜第１４の実施形態による光学システムは、このような散乱異物検査装置用の波長１９８ｎｍのレーザー光源としても好適なものである。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構成、構成素子などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、構成素子などを用いてもよい。
具体的には、上述の第１〜第１４の実施形態においては、２個または３個のインプットカプラーを用いた共振器およびこれを用いた光学システムについて説明したが、この発明は、４個以上のインプットカプラーを用いた共振器およびこれを用いた光学システムにも同様に適用することが可能である。
また、上述の第１２の実施形態において、リットマン型回折格子帰還外部共振器半導体レーザー４００の代わりに、リットロウ型回折格子帰還外部共振器半導体レーザーやＤＦＢ型半導体レーザーなどを用いてもよい。
なお、この発明と同一の技術的思想は、レーザー光を含む各種波長帯の電磁波一般に成立し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の第１の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す略線図である。
【図２】この発明の第２の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図３】この発明の第３の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図４】この発明の第４の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図５】この発明の第５の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図６】この発明の第６の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図７】この発明の第７の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図８】この発明の第８の実施形態によるボウタイ型リング共振器を示す略線図である。
【図９】この発明の第９の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１０】この発明の第１０の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１１】この発明の第１１の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１２】この発明の第１２の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１３】この発明の第１３の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１４】この発明の第１４の実施形態による光学システムを示す略線図である。
【図１５】従来の光学システムの第１の例を示す略線図である。
【図１６】従来の光学システムの第２の例を示す略線図である。
【図１７】従来の光学システムの第３の例を示す略線図である。
【図１８】従来の光学システムの第４の例を示す略線図である。
【図１９】従来の光学システムの第５の例を示す略線図である。
【図２０】従来の光学システムの第６の例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｍ１、Ｍ３、Ｍ２´、１２０４、１２０５、１３００、１３０４、１３０５…インプットカプラー、Ｍ２、Ｍ３、１２０１、１２０２、１３０１、１３０２…高反射ミラー、１０…ボウタイ型リング共振器、１１…非線形光学結晶、１２…シードレーザー、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…レーザー光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項２】
上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーの透過率の合計が上記共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率が上記第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第２のインプットカプラーの透過率が上記第２のレーザー光のパワーに比例する値であることを特徴とする請求項１記載の共振器。
【請求項３】
上記第１のレーザー光のパワーと上記第２のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率と上記第２のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の共振器。
【請求項４】
３枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項５】
上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーの透過率の合計が上記共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率が上記第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第２のインプットカプラーの透過率が上記第２のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第３のインプットカプラーの透過率が上記第３のレーザー光のパワーに比例する値であることを特徴とする請求項４記載の共振器。
【請求項６】
上記第１のレーザー光のパワーと上記第２のレーザー光のパワーと上記第３のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率と上記第２のインプットカプラーの透過率と上記第３のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項５記載の共振器。
【請求項７】
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーが、周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光をそれぞれ結合させるためのｎ個のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項８】
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項９】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ増幅した後に上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１０】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光のうちの一方を増幅した後に上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光を上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１１】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１２】
上記共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行うことを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１３】
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項１４】
一つのシードレーザーと、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーがｎ個のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光に分け、上記ｎ本のレーザー光をそれぞれ上記ｎ個のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項１５】
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項１６】
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする処理装置。
【請求項１７】
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１８】
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項１９】
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２０】
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１】
２枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項２】
上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーの透過率の合計が上記共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率が上記第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第２のインプットカプラーの透過率が上記第２のレーザー光のパワーに比例する値であることを特徴とする請求項１記載の共振器。
【請求項３】
上記第１のレーザー光のパワーと上記第２のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率と上記第２のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の共振器。
【請求項４】
３枚以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが、周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光をそれぞれ結合させるための第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項５】
上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーの透過率の合計が上記共振器の内部の合計損失にほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率が上記第１のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第２のインプットカプラーの透過率が上記第２のレーザー光のパワーに比例する値であり、上記第３のインプットカプラーの透過率が上記第３のレーザー光のパワーに比例する値であることを特徴とする請求項４記載の共振器。
【請求項６】
上記第１のレーザー光のパワーと上記第２のレーザー光のパワーと上記第３のレーザー光のパワーとが互いにほぼ等しく、かつ上記第１のインプットカプラーの透過率と上記第２のインプットカプラーの透過率と上記第３のインプットカプラーの透過率とが互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項５記載の共振器。
【請求項７】
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成される共振器であって、
上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーが、周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光をそれぞれ結合させるためのｎ個のインプットカプラーにより構成されている
ことを特徴とする共振器。
【請求項８】
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項９】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ増幅した後に上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１０】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を増幅した後に上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光のうちの一方を増幅した後に上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光を上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１１】
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ波長変換した後に上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させることを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１２】
上記共振器中に非線形光学結晶を配置することにより波長変換を行うことを特徴とする請求項８記載の光学システム。
【請求項１３】
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項１４】
一つのシードレーザーと、
ｎ枚（ｎは２以上の整数）以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちのｎ枚のミラーがｎ個のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しいｎ本のレーザー光に分け、上記ｎ本のレーザー光をそれぞれ上記ｎ個のインプットカプラーに結合させる
ことを特徴とする光学システム。
【請求項１５】
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項１６】
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする処理装置。
【請求項１７】
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
２枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの２枚のミラーが第１のインプットカプラーおよび第２のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光および第２のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光および上記第２のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラーおよび上記第２のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１８】
光源を用いた検査装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項１９】
光源を用いた処理装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする処理装置。
【請求項２０】
光源を用いた測定装置において、
上記光源として、
一つのシードレーザーと、
３枚以上の複数のミラーにより構成され、上記複数のミラーのうちの３枚のミラーが第１のインプットカプラー、第２のインプットカプラーおよび第３のインプットカプラーにより構成されている共振器とを有し、
上記シードレーザーから放出されるレーザー光を周波数が互いに等しい第１のレーザー光、第２のレーザー光および第３のレーザー光に分け、上記第１のレーザー光、上記第２のレーザー光および上記第３のレーザー光をそれぞれ上記第１のインプットカプラー、上記第２のインプットカプラーおよび上記第３のインプットカプラーに結合させる光学システムを用いた
ことを特徴とする測定装置。
【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】
【公開番号】特開２００７−３６１６（Ｐ２００７−３６１６Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８０９３８（Ｐ２００５−１８０９３８）
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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