出力波長選択型レーザ装置
【課題】簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明は、波長変換部に複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を波長変換して出力するレーザ装置である。そのうえで、複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長の多成分光を個々の波長の光に分光するプリズム５１と、プリズム５１を回動させる回動ステージ５５と、回動ステージ５５の作動を制御するステージ制御部８０とを備え、ステージ制御部８０は、選択された波長の光が出力ポート３ｐから出力されるように回動ステージ５５の作動を制御する。
【解決手段】本発明は、波長変換部に複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を波長変換して出力するレーザ装置である。そのうえで、複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長の多成分光を個々の波長の光に分光するプリズム５１と、プリズム５１を回動させる回動ステージ５５と、回動ステージ５５の作動を制御するステージ制御部８０とを備え、ステージ制御部８０は、選択された波長の光が出力ポート３ｐから出力されるように回動ステージ５５の作動を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、顕微鏡や形状測定装置、露光装置等の光源として広く用いられている。このようなレーザ装置は、一般的に、レーザ光出力部から波長λ＝１．０〜１．５５μｍの基本波レーザ光が出力され、この基本波レーザ光を波長変換部に設けられた複数の波長変換光学素子により順次波長変換して、例えば、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外レーザ光を出力するように構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力するレーザ装置は従来から知られているが、従来のレーザ装置では波長変換部から出力される光の波長が予め規定されており、例えば出力光の波長は１９３ｎｍに固定されていた。そのため、異なる波長のレーザ光による観察や計測、加工等を行おうとすると、複数台のレーザ装置が必要になりレーザ装置を搭載するシステムの大型化や複雑化、高額化を招くという課題があった。
【０００５】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する態様は、複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置である。そのうえで、前記複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子と、この分光素子により分光された複数の光のいずれかが出力ポートから出力されるように分光素子を変位させる分光素子変位機構（例えば、実施形態における回動ステージ５５）と、分光素子変位機構の作動を制御する制御部（例えば、実施形態におけるステージ制御部８０）とを備え、前記制御部は、所定の選択操作に基づいて選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように前記分光素子変位機構の作動を制御することを特徴として出力波長選択型レーザ装置が構成される。
【０００７】
なお、前記多成分光は、電界振幅が、多成分光の光軸及び分光された光の光軸を含む面に平行なｐ偏光成分の光と垂直なｓ偏光成分の光とを含み、前記複数の波長変換光学素子と分光素子との間に、ｓ偏光成分の光またはｐ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板を備えて構成することができる。
【０００８】
また、前記分光素子はプリズムであり、前記分光素子変位機構はプリズムを回動させてプリズムへの多成分光の入射角を変化させることにより、選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成の出力波長選択型レーザ装置においては、分光素子により分光された複数の光のいずれかが出力ポートから出力されるように分光素子を変位させる分光素子変位機構を備え、制御部は選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように分光素子変位機構の作動を制御する。分光素子は、例えば、プリズムや回折格子等を用いることができる。従って、本発明によれば、従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーザ装置の全体構成を例示する概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。
【図３】三角プリズムにより基本波ω及び各高調波２ω〜８ωが分光される様子を模式的に示す説明図である。
【図４】第１構成形態の出力光選択装置の概要構成図である。
【図５】第２構成形態の出力光選択装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を示す。レーザ装置ＬＳは、基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部１、複数の波長変換光学素子を有しレーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光を所定波長のレーザ光に波長変換して出力ポート３ｐから出力する波長変換部３、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８などを備えて構成される。
【００１２】
レーザ光出力部１、波長変換部３は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、これを波長変換部３において波長変換して、最短波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌｖを出力する場合を例として説明する。
【００１３】
図１には、レーザ光出力部１を、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａと、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂと、第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃとにより構成した形態を示す。また図１では、レーザ光出力部１を、シード光を出力するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出力されたシード光を増幅する光増幅部２０とにより構成した形態を示す。
【００１４】
すなわち、第１レーザ光出力部１ａは、第１基本波のシード光Ｌs1を発生する第１レーザ光源１１と、第１レーザ光源１１により発生された第１基本波のシード光Ｌs1を増幅する第１ファイバ光増幅器２１とによって構成される。同様に、第２第２レーザ光出力部１ｂは、第２基本波のシード光Ｌs2を発生する第２レーザ光源１２と、第２基本波のシード光Ｌs2を増幅する第２ファイバ光増幅器２２とにより構成され、第３レーザ光出力部１ｃは、第３基本波のシード光Ｌs3を発生する第３レーザ光源１３と、第３基本波のシード光Ｌs3を増幅する第３ファイバ光増幅器２３とにより構成される。本構成形態においては、第１，第２，第３レーザ光出力部１ａ，１ｂ，１ｃから各々波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3を出力する。
【００１５】
このとき、第１〜第３レーザ光源１１〜１３は、例えば、発振波長が１．５μｍ帯のＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザを好適に用いることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形を高速で制御することができる。またＤＦＢ半導体レーザは、温度制御することにより狭帯域化された波長１５４７ｎｍのシード光を出力させることができる。なお、レーザ光発生部１０にＥＯＭ（Electro Optic Modulator）等の外部変調器を設け、ＣＷまたはパルス発振させたＤＦＢ半導体レーザの出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３は、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）を好適に用いることができる。
【００１６】
第１ファイバ光増幅器２１から出射した第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２ファイバ光増幅器２２から出射した第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３ファイバ光増幅器２３から出射した第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００１７】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０の概要構成を図２に示す。図２において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、偏光面が紙面に平行なｐ偏光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なｓ偏光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。
【００１８】
波長変換光学系３０は、第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌa1が入射して伝播する第１系列Ｉ、第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３レーザ光出力部１ｃから出力された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた計６個の波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。第４系列IVの終端部には、オペレータの選択操作によって選択された波長の光を波長変換部３から出力する出力光選択装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）が設けられている。
【００１９】
波長変換部３では、各レーザ光出力部から出力された波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光が順次波長変換され、最短波長が１９３ｎｍで選択された所望波長のレーザ光Ｌｖが出力される。まず、最短波長１９３ｎｍに変換する波長変換光学系３０の全体概要を説明し、続いて第１〜第４系列の構成及び各系列を伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００２０】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した第５高調波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、この系列に設けられた波長変換光学素子３４によってω→２ωに波長変換され、発生した第２高調波２ωが第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００２１】
第４系列IVでは、波長変換光学素子３５において、第１系列で発生した第５高調波５ωと第２系列で発生した第２高調波２ωの和周波発生により第７高調波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、第７高調波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの第８高調波８ωが生成される。
【００２２】
波長変換光学素子３６で発生した第８高調波８ω、及び波長変換されずに波長変換光学素子３６を透過した基本波ω、第２高調波２ω、第３高調波３ω、第５高調波５ω、及び第７高調波７ωは出力光選択装置５０に入射し、選択操作により選択された波長の出力レーザ光Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される。以下、各系列の構成及び伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００２３】
第１系列Ｉには、波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１系列に入射した第１の基本波レーザ光Ｌａ1は波長変換光学素子３１に集光入射し、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生によりｐ偏光の第２高調波２ωを発生させる。発生したｐ偏光の第２高調波２ωと波長変換光学素子３１を透過したｐ偏光の基本波ωは波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生によりｓ偏光の第３高調波３ωを発生させる。波長変換光学素子３１，３２は、例えば、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬＮ）結晶、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＴ結晶などの疑似位相整合結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００２４】
波長変換光学素子３２において発生したｓ偏光の第３高調波３ωと、波長変換光学素子３２を透過したｐ偏光の第２高調波２ωは、２波長波長板４５を透過させて第２高調波２ωだけをｓ偏光に変換する。２波長波長板４５は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（第２高調波２ω）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（第３高調波３ω）に対しては、偏光面が回転しないように、波長板の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００２５】
ともにｓ偏光になった第２高調波２ω及び第３高調波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波５ωを発生させる。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。このとき、位相整合はTypeＩ角度位相整合である。なお、波長変換光学素子３３として、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることも可能である。ＢＢＯ結晶から出射される第５高調波５ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００２６】
ミラー４１は、基本波ω及び第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第５高調波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｐ偏光の第５高調波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００２７】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２系列に入射した第２の基本波レーザ光Ｌa2は波長変換光学素子３４に集光入射し、ｐ偏光の第２高調波２ωを発生させる。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４として、ＰＰＬＮ結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３４として、前記同様の他のＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｐ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００２８】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｐ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４１を透過して第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００２９】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられておらず、第３系列に入射した第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｓ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された第２高調波２ω及びミラー４１で反射された第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００３０】
第４系列IVには、波長変換光学素子３５と波長変換光学素子３６が配設されている。また、既述した基本波ω、第２高調波２ω、第５高調波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。波長変換光学素子３５では、第１系列Ｉから入射したｐ偏光の第５高調波５ωと第２系列IIから入射したｐ偏光の第２高調波２ωとによる和周波発生が行われ、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波７ωが発生される。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００３１】
波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の第７高調波７ωと、波長第３系列IIIから入射して波長変換光学素子３５を透過したｓ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３６に入射し、和周波発生により周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波８ωが発生される。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００３２】
そして、波長変換光学素子３６において発生した第８高調波８ω、波長変換光学素子３６を透過した基本波ω、第２高調波２ω、第３高調波３ω、第５高調波５ω、及び第７高調波７ωが波長変換光学素子３６から出射し、出力光選択装置５０に入射する。
【００３３】
波長変換光学素子３６から出射する基本波ω、及び第２〜第８高調波２ω〜８ωの波長λnをまとめると以下のようになる。
・基本波ω ：波長λ1＝１５４７ｎｍ
・第２高調波２ω：波長λ2＝７７４ｎｍ
・第３高調波３ω：波長λ3＝５１６ｎｍ
・第５高調波５ω：波長λ5＝３０９ｎｍ
・第７高調波７ω：波長λ7＝２２１ｎｍ
・第８高調波８ω：波長λ8＝１９３ｎｍ
【００３４】
出力光選択装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）では、上記のように複数の波長成分が含まれた多成分光を、波長λの相違を利用して分光素子により分光し、所要波長の光を出射させるように構成される。分光素子の端的な例として、図３に三角プリズム５１により基本波ω及び各高調波２ω〜８ωが分光される様子を模式的に示す。三角プリズム５１に入射した多成分光は、スネルの法則に従い、三角プリズムの材質及び入射波長λに応じた屈折率で屈折し、波長に応じた出射角度で出射して分光される。この波長帯域の光を透過する光学素子の材料として石英ガラスや蛍石が例示される。
【００３５】
合成石英ガラスを用いた三角プリズム５１では、波長λが短い光ほど屈折率が大きく、図３に示すように、第８高調波８ω、第７高調波７ω、第５高調波５ω…基本波ωが分光される。三角プリズム５１に入射する多成分光の入射角と、三角プリズム５１から出射する各波長の光の出射角との関係は既知である。そのため、図中に円弧状の矢印を付記するように、三角プリズム５１を紙面直交方向に延びる回動軸５２周りに回動させて多成分光の入射角を変化させることにより、所定位置に開口する出力ポート３ｐから任意波長のレーザ光（図３においては第５高調波５ω）を選択して出射させることができる。
【００３６】
第１構成形態の出力光選択装置５０Ａの概要構成を図４に示す。出力光選択装置５０Ａは、波長変換光学素子３６から出射される多成分光を個々の波長の光に分光する三角プリズム（分光素子）５１と、三角プリズム５１を紙面直交の回動軸５２周りに回動させる回動ステージ５５と、制御装置８に設けられオペレータの操作に基づいて回動ステージ５５の作動を制御するステージ制御部８０とを備えて構成される。
【００３７】
ステージ制御部８０は、出力ポート３ｐから出射させる光の波長と回動ステージ５５の角度位置との関係等が予め設定記憶されたメモリ８１、操作パネル８ａから出力される操作信号に応じて演算処理を行い各部に指令信号を出力する処理回路８２、処理回路８２から出力される指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動するドライバ８５などから構成される。
【００３８】
メモリ８１には、三角プリズム５１への多成分光の入射角と各波長の光の出射角との関係に基づき、各波長の光を出力ポート３ｐから出射させるときの回動ステージ５５の角度位置が対応づけられ、波長・角度テーブルとして予め設定記憶されている。例えば、波長７７４ｎｍの第２高調波２ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ2、波長３０９ｎｍの第５高調波５ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ5、波長１９３ｎｍの第８高調波８ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ8としたときに、２ωとθ2、５ωとθ5、８ωとθ8が各々対応づけられて設定記憶されている。
【００３９】
処理回路８２には、操作パネル８ａにおいてオペレータが選択した出力波長の選択操作信号が入力されており、処理回路８２は出力波長の選択操作信号に対応する回動ステージ５５の角度位置をメモリ８１から読み出し、当該角度位置に対応する指令信号をドライバ８５に出力する。例えば、操作パネル８ａにおいてオペレータが第５高調波５ωを選択し、その選択操作信号が入力されると、処理回路８２は選択された第５高調波５ωに対応する角度位置θ5をメモリ８１から読み出し、対応する指令信号をドライバ８５に出力する。このとき、回動ステージ５５が既に第５高調波５ωを出射させる角度位置θ5に設定されていた場合には、処理回路８２はドライバ８５に指令信号を出力せず、当該角度位置で保持させる。
【００４０】
ドライバ８５は、処理回路８２から出力された指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動する。例えば、回動ステージ５５が第８高調波８ωを出射させる角度位置θ8に設定されていた状態で、第５高調波５ωの角度位置θ5を指示する指令信号が入力されたときに、ドライバ８５は回動ステージ５５に駆動信号を出力して回動ステージ５５をθ5の角度位置まで回動させ、当該角度位置で保持する。
【００４１】
これにより、操作パネル８ａにおけるオペレータの選択操作に基づいて、選択操作に応じた波長のレーザ光（上記例では波長λ5＝３０９ｎｍの第５高調波５ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。操作パネル８ａにおいてオペレータが異なる波長の選択操作を行ったときには回動ステージ５５が駆動され、直ちに選択操作に応じた波長のレーザ光（例えば波長λ8＝１９３ｎｍの第８高調波８ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。従って、このような出力光選択装置５０Ａを備えたレーザ装置ＬＳによれば、従来から用いられてきた波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【００４２】
次に、第２構成形態の出力光選択装置５０Ｂについて、図４と同様の概要構成を示す図５を参照して説明する。本構成形態の出力光選択装置５０Ｂは、波長変換光学素子３６と三角プリズム（分光素子）５１との間に、所定偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板５８を備える点が、前述した出力光選択装置５０Ａと相違する。そこで、以下では第１構成形態の出力光選択装置５０Ａと同様部分に同一番号を付して重複説明を省略し、相違する波長板５８の構成及び作用について説明する。
【００４３】
既述したように、波長変換部終段の波長変換光学素子３６から出射する光は、基本波ω、第２〜第８高調波２ω〜８ωを含む多成分光である。いま、これらの成分光のうち、波長が紫外領域の光を選択的に出射させる場合を考える。このとき、対象となる波長成分の光とその偏光状態は以下のようになる。
・第５高調波５ω：波長λ5＝３０９ｎｍ、ｐ偏光
・第７高調波７ω：波長λ7＝２２１ｎｍ、ｓ偏光
・第８高調波８ω：波長λ8＝１９３ｎｍ、ｐ偏光
【００４４】
波長板５８は、ｓ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる偏波面回転素子であり、例えば、波長２２１ｎｍの光の偏光面を９０度回転させる透過型（または反射型）の１／２波長板を用いることができる。波長変換光学素子３６から出射した多成分光は、波長板５８を透過することにより第７高調波７ωの偏波面が９０度回転され、ｐ偏光となって三角プリズム５１に入射する。なお、対象とする波長帯域全域で光の偏波面を９０度回転させる広帯域の偏波面回転素子を用いるような場合には、ｓ偏光成分の光（例えば第３高調波３ωや第７高調波７ω）を出射させるときだけ、波長板５８が光路中に挿入されるように構成しても良い。
【００４５】
メモリ８１には、各波長の光を出力ポート３ｐから出射させるときの回動ステージ５５の角度位置が波長・角度テーブルとして予め設定記憶されている。本例においては、波長３０９ｎｍの第５高調波５ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ5、波長２２１ｎｍの第７高調波７ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ7、波長１９３ｎｍの第８高調波８ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ8が各々対応づけられて設定記憶されている。
【００４６】
処理回路８２の作用は既述した第１構成形態の出力光選択装置５０Ａと同様であり、処理回路８２は出力波長の選択操作信号に対応する回動ステージ５５の角度位置をメモリ８１から読み出し、当該角度位置に対応する指令信号をドライバ８５に出力する。例えば、操作パネル８ａにおいてオペレータが第７高調波７ωを選択し、その選択操作信号が入力されると、処理回路８２は選択された第７高調波７ωに対応する角度位置θ7をメモリ８１から読み出し、対応する指令信号をドライバ８５に出力する。
【００４７】
ドライバ８５は、処理回路８２から出力された指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動し、例えば、回動ステージ５５が第８高調波８ωを出射させる角度位置θ8に設定されていた状態で、第７高調波７ωの角度位置θ7を指示する指令信号が入力されたときに、ドライバ８５は回動ステージ５５に駆動信号を出力して回動ステージ５５をθ7の角度位置まで回動させ、当該角度位置で保持する。
【００４８】
これにより、操作パネル８ａにおけるオペレータの選択操作に基づいて、選択操作に応じた波長のレーザ光（上記例では波長λ7＝２２１ｎｍの第７高調波７ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。操作パネル８ａにおいてオペレータが異なる波長の選択操作を行ったときには回動ステージ５５が駆動され、直ちに選択操作に応じた波長のレーザ光（例えば波長λ8＝１９３ｎｍの第８高調波８ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。従って、このような出力光選択装置５０Ｂを備えたレーザ装置ＬＳによれば、前述同様に従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【００４９】
また、本構成の出力光選択装置５０Ｂによれば、分光素子（三角プリズム）５１に入射する光の偏光成分を任意に変化させることができる。これにより、選択対象の光を高効率に取り出すことができる。また、例えば分光素子として複屈折性を有する材料を用いることにより多成分光の分解能を向上させることなども可能となる。
【００５０】
以上では、複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子として、屈折率の波長依存性を利用した三角プリズムを用いた構成を例示したが、波長ごとに各成分光を分離可能であればよく、例えば透過型または反射型の回折格子を用いても良い。また、波長変換部３に６個の波長変換光学素子を有し、波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を最短波長１９３ｎｍの紫外レーザ光に波長変換して出力する構成を例示したが、レーザ光出力部や波長変換部の構成並びに入出力波長は適宜に変更可能であり、波長変換部に複数の波長変換光学素子を備えた構成であれば本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
ＬＳ レーザ装置
Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3） 基本波レーザ光
Ｌｖ レーザ光
１ レーザ光出力部
３ 波長変換部（３ｐ 出力ポート）
８ 制御部（８ａ 操作パネル）
１０ レーザ光発生部
２０ 光増幅部
３０ 波長変換光学系
３１〜３６ 波長変換光学素子
５０Ａ 第１構成形態の出力光選択装置
５０Ｂ 第２構成形態の出力光選択装置
５１ 三角プリズム
５５ 回動ステージ
５８ 波長板
８０ ステージ制御部
８１ メモリ
８２ 処理回路
８５ ドライバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、顕微鏡や形状測定装置、露光装置等の光源として広く用いられている。このようなレーザ装置は、一般的に、レーザ光出力部から波長λ＝１．０〜１．５５μｍの基本波レーザ光が出力され、この基本波レーザ光を波長変換部に設けられた複数の波長変換光学素子により順次波長変換して、例えば、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外レーザ光を出力するように構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力するレーザ装置は従来から知られているが、従来のレーザ装置では波長変換部から出力される光の波長が予め規定されており、例えば出力光の波長は１９３ｎｍに固定されていた。そのため、異なる波長のレーザ光による観察や計測、加工等を行おうとすると、複数台のレーザ装置が必要になりレーザ装置を搭載するシステムの大型化や複雑化、高額化を招くという課題があった。
【０００５】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する態様は、複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置である。そのうえで、前記複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子と、この分光素子により分光された複数の光のいずれかが出力ポートから出力されるように分光素子を変位させる分光素子変位機構（例えば、実施形態における回動ステージ５５）と、分光素子変位機構の作動を制御する制御部（例えば、実施形態におけるステージ制御部８０）とを備え、前記制御部は、所定の選択操作に基づいて選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように前記分光素子変位機構の作動を制御することを特徴として出力波長選択型レーザ装置が構成される。
【０００７】
なお、前記多成分光は、電界振幅が、多成分光の光軸及び分光された光の光軸を含む面に平行なｐ偏光成分の光と垂直なｓ偏光成分の光とを含み、前記複数の波長変換光学素子と分光素子との間に、ｓ偏光成分の光またはｐ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板を備えて構成することができる。
【０００８】
また、前記分光素子はプリズムであり、前記分光素子変位機構はプリズムを回動させてプリズムへの多成分光の入射角を変化させることにより、選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成の出力波長選択型レーザ装置においては、分光素子により分光された複数の光のいずれかが出力ポートから出力されるように分光素子を変位させる分光素子変位機構を備え、制御部は選択操作に応じた波長の光が出力ポートから出力されるように分光素子変位機構の作動を制御する。分光素子は、例えば、プリズムや回折格子等を用いることができる。従って、本発明によれば、従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーザ装置の全体構成を例示する概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置における波長変換光学系の概要構成図である。
【図３】三角プリズムにより基本波ω及び各高調波２ω〜８ωが分光される様子を模式的に示す説明図である。
【図４】第１構成形態の出力光選択装置の概要構成図である。
【図５】第２構成形態の出力光選択装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を示す。レーザ装置ＬＳは、基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部１、複数の波長変換光学素子を有しレーザ光出力部１から出力された基本波レーザ光を所定波長のレーザ光に波長変換して出力ポート３ｐから出力する波長変換部３、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８などを備えて構成される。
【００１２】
レーザ光出力部１、波長変換部３は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、これを波長変換部３において波長変換して、最短波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌｖを出力する場合を例として説明する。
【００１３】
図１には、レーザ光出力部１を、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａと、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂと、第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃとにより構成した形態を示す。また図１では、レーザ光出力部１を、シード光を出力するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出力されたシード光を増幅する光増幅部２０とにより構成した形態を示す。
【００１４】
すなわち、第１レーザ光出力部１ａは、第１基本波のシード光Ｌs1を発生する第１レーザ光源１１と、第１レーザ光源１１により発生された第１基本波のシード光Ｌs1を増幅する第１ファイバ光増幅器２１とによって構成される。同様に、第２第２レーザ光出力部１ｂは、第２基本波のシード光Ｌs2を発生する第２レーザ光源１２と、第２基本波のシード光Ｌs2を増幅する第２ファイバ光増幅器２２とにより構成され、第３レーザ光出力部１ｃは、第３基本波のシード光Ｌs3を発生する第３レーザ光源１３と、第３基本波のシード光Ｌs3を増幅する第３ファイバ光増幅器２３とにより構成される。本構成形態においては、第１，第２，第３レーザ光出力部１ａ，１ｂ，１ｃから各々波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3を出力する。
【００１５】
このとき、第１〜第３レーザ光源１１〜１３は、例えば、発振波長が１．５μｍ帯のＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザを好適に用いることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形を高速で制御することができる。またＤＦＢ半導体レーザは、温度制御することにより狭帯域化された波長１５４７ｎｍのシード光を出力させることができる。なお、レーザ光発生部１０にＥＯＭ（Electro Optic Modulator）等の外部変調器を設け、ＣＷまたはパルス発振させたＤＦＢ半導体レーザの出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。第１〜第３ファイバ光増幅器２１〜２３は、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）を好適に用いることができる。
【００１６】
第１ファイバ光増幅器２１から出射した第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２ファイバ光増幅器２２から出射した第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３ファイバ光増幅器２３から出射した第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００１７】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０の概要構成を図２に示す。図２において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、偏光面が紙面に平行なｐ偏光を上下方向の矢印で、偏光面が紙面に垂直なｓ偏光をドット付きの○印で示す。また、基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。
【００１８】
波長変換光学系３０は、第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌa1が入射して伝播する第１系列Ｉ、第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３レーザ光出力部１ｃから出力された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた計６個の波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。第４系列IVの終端部には、オペレータの選択操作によって選択された波長の光を波長変換部３から出力する出力光選択装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）が設けられている。
【００１９】
波長変換部３では、各レーザ光出力部から出力された波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光が順次波長変換され、最短波長が１９３ｎｍで選択された所望波長のレーザ光Ｌｖが出力される。まず、最短波長１９３ｎｍに変換する波長変換光学系３０の全体概要を説明し、続いて第１〜第４系列の構成及び各系列を伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００２０】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した第５高調波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、この系列に設けられた波長変換光学素子３４によってω→２ωに波長変換され、発生した第２高調波２ωが第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００２１】
第４系列IVでは、波長変換光学素子３５において、第１系列で発生した第５高調波５ωと第２系列で発生した第２高調波２ωの和周波発生により第７高調波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、第７高調波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの第８高調波８ωが生成される。
【００２２】
波長変換光学素子３６で発生した第８高調波８ω、及び波長変換されずに波長変換光学素子３６を透過した基本波ω、第２高調波２ω、第３高調波３ω、第５高調波５ω、及び第７高調波７ωは出力光選択装置５０に入射し、選択操作により選択された波長の出力レーザ光Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される。以下、各系列の構成及び伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００２３】
第１系列Ｉには、波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１系列に入射した第１の基本波レーザ光Ｌａ1は波長変換光学素子３１に集光入射し、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生によりｐ偏光の第２高調波２ωを発生させる。発生したｐ偏光の第２高調波２ωと波長変換光学素子３１を透過したｐ偏光の基本波ωは波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生によりｓ偏光の第３高調波３ωを発生させる。波長変換光学素子３１，３２は、例えば、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬＮ）結晶、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＴ結晶などの疑似位相整合結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００２４】
波長変換光学素子３２において発生したｓ偏光の第３高調波３ωと、波長変換光学素子３２を透過したｐ偏光の第２高調波２ωは、２波長波長板４５を透過させて第２高調波２ωだけをｓ偏光に変換する。２波長波長板４５は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（第２高調波２ω）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（第３高調波３ω）に対しては、偏光面が回転しないように、波長板の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００２５】
ともにｓ偏光になった第２高調波２ω及び第３高調波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波５ωを発生させる。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。このとき、位相整合はTypeＩ角度位相整合である。なお、波長変換光学素子３３として、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることも可能である。ＢＢＯ結晶から出射される第５高調波５ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００２６】
ミラー４１は、基本波ω及び第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第５高調波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｐ偏光の第５高調波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００２７】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２系列に入射した第２の基本波レーザ光Ｌa2は波長変換光学素子３４に集光入射し、ｐ偏光の第２高調波２ωを発生させる。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４として、ＰＰＬＮ結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３４として、前記同様の他のＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｐ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００２８】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｐ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４１を透過して第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００２９】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられておらず、第３系列に入射した第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｓ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された第２高調波２ω及びミラー４１で反射された第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００３０】
第４系列IVには、波長変換光学素子３５と波長変換光学素子３６が配設されている。また、既述した基本波ω、第２高調波２ω、第５高調波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。波長変換光学素子３５では、第１系列Ｉから入射したｐ偏光の第５高調波５ωと第２系列IIから入射したｐ偏光の第２高調波２ωとによる和周波発生が行われ、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波７ωが発生される。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００３１】
波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の第７高調波７ωと、波長第３系列IIIから入射して波長変換光学素子３５を透過したｓ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３６に入射し、和周波発生により周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波８ωが発生される。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶がTypeＩ角度位相整合で用いられる。
【００３２】
そして、波長変換光学素子３６において発生した第８高調波８ω、波長変換光学素子３６を透過した基本波ω、第２高調波２ω、第３高調波３ω、第５高調波５ω、及び第７高調波７ωが波長変換光学素子３６から出射し、出力光選択装置５０に入射する。
【００３３】
波長変換光学素子３６から出射する基本波ω、及び第２〜第８高調波２ω〜８ωの波長λnをまとめると以下のようになる。
・基本波ω ：波長λ1＝１５４７ｎｍ
・第２高調波２ω：波長λ2＝７７４ｎｍ
・第３高調波３ω：波長λ3＝５１６ｎｍ
・第５高調波５ω：波長λ5＝３０９ｎｍ
・第７高調波７ω：波長λ7＝２２１ｎｍ
・第８高調波８ω：波長λ8＝１９３ｎｍ
【００３４】
出力光選択装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）では、上記のように複数の波長成分が含まれた多成分光を、波長λの相違を利用して分光素子により分光し、所要波長の光を出射させるように構成される。分光素子の端的な例として、図３に三角プリズム５１により基本波ω及び各高調波２ω〜８ωが分光される様子を模式的に示す。三角プリズム５１に入射した多成分光は、スネルの法則に従い、三角プリズムの材質及び入射波長λに応じた屈折率で屈折し、波長に応じた出射角度で出射して分光される。この波長帯域の光を透過する光学素子の材料として石英ガラスや蛍石が例示される。
【００３５】
合成石英ガラスを用いた三角プリズム５１では、波長λが短い光ほど屈折率が大きく、図３に示すように、第８高調波８ω、第７高調波７ω、第５高調波５ω…基本波ωが分光される。三角プリズム５１に入射する多成分光の入射角と、三角プリズム５１から出射する各波長の光の出射角との関係は既知である。そのため、図中に円弧状の矢印を付記するように、三角プリズム５１を紙面直交方向に延びる回動軸５２周りに回動させて多成分光の入射角を変化させることにより、所定位置に開口する出力ポート３ｐから任意波長のレーザ光（図３においては第５高調波５ω）を選択して出射させることができる。
【００３６】
第１構成形態の出力光選択装置５０Ａの概要構成を図４に示す。出力光選択装置５０Ａは、波長変換光学素子３６から出射される多成分光を個々の波長の光に分光する三角プリズム（分光素子）５１と、三角プリズム５１を紙面直交の回動軸５２周りに回動させる回動ステージ５５と、制御装置８に設けられオペレータの操作に基づいて回動ステージ５５の作動を制御するステージ制御部８０とを備えて構成される。
【００３７】
ステージ制御部８０は、出力ポート３ｐから出射させる光の波長と回動ステージ５５の角度位置との関係等が予め設定記憶されたメモリ８１、操作パネル８ａから出力される操作信号に応じて演算処理を行い各部に指令信号を出力する処理回路８２、処理回路８２から出力される指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動するドライバ８５などから構成される。
【００３８】
メモリ８１には、三角プリズム５１への多成分光の入射角と各波長の光の出射角との関係に基づき、各波長の光を出力ポート３ｐから出射させるときの回動ステージ５５の角度位置が対応づけられ、波長・角度テーブルとして予め設定記憶されている。例えば、波長７７４ｎｍの第２高調波２ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ2、波長３０９ｎｍの第５高調波５ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ5、波長１９３ｎｍの第８高調波８ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置をθ8としたときに、２ωとθ2、５ωとθ5、８ωとθ8が各々対応づけられて設定記憶されている。
【００３９】
処理回路８２には、操作パネル８ａにおいてオペレータが選択した出力波長の選択操作信号が入力されており、処理回路８２は出力波長の選択操作信号に対応する回動ステージ５５の角度位置をメモリ８１から読み出し、当該角度位置に対応する指令信号をドライバ８５に出力する。例えば、操作パネル８ａにおいてオペレータが第５高調波５ωを選択し、その選択操作信号が入力されると、処理回路８２は選択された第５高調波５ωに対応する角度位置θ5をメモリ８１から読み出し、対応する指令信号をドライバ８５に出力する。このとき、回動ステージ５５が既に第５高調波５ωを出射させる角度位置θ5に設定されていた場合には、処理回路８２はドライバ８５に指令信号を出力せず、当該角度位置で保持させる。
【００４０】
ドライバ８５は、処理回路８２から出力された指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動する。例えば、回動ステージ５５が第８高調波８ωを出射させる角度位置θ8に設定されていた状態で、第５高調波５ωの角度位置θ5を指示する指令信号が入力されたときに、ドライバ８５は回動ステージ５５に駆動信号を出力して回動ステージ５５をθ5の角度位置まで回動させ、当該角度位置で保持する。
【００４１】
これにより、操作パネル８ａにおけるオペレータの選択操作に基づいて、選択操作に応じた波長のレーザ光（上記例では波長λ5＝３０９ｎｍの第５高調波５ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。操作パネル８ａにおいてオペレータが異なる波長の選択操作を行ったときには回動ステージ５５が駆動され、直ちに選択操作に応じた波長のレーザ光（例えば波長λ8＝１９３ｎｍの第８高調波８ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。従って、このような出力光選択装置５０Ａを備えたレーザ装置ＬＳによれば、従来から用いられてきた波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【００４２】
次に、第２構成形態の出力光選択装置５０Ｂについて、図４と同様の概要構成を示す図５を参照して説明する。本構成形態の出力光選択装置５０Ｂは、波長変換光学素子３６と三角プリズム（分光素子）５１との間に、所定偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板５８を備える点が、前述した出力光選択装置５０Ａと相違する。そこで、以下では第１構成形態の出力光選択装置５０Ａと同様部分に同一番号を付して重複説明を省略し、相違する波長板５８の構成及び作用について説明する。
【００４３】
既述したように、波長変換部終段の波長変換光学素子３６から出射する光は、基本波ω、第２〜第８高調波２ω〜８ωを含む多成分光である。いま、これらの成分光のうち、波長が紫外領域の光を選択的に出射させる場合を考える。このとき、対象となる波長成分の光とその偏光状態は以下のようになる。
・第５高調波５ω：波長λ5＝３０９ｎｍ、ｐ偏光
・第７高調波７ω：波長λ7＝２２１ｎｍ、ｓ偏光
・第８高調波８ω：波長λ8＝１９３ｎｍ、ｐ偏光
【００４４】
波長板５８は、ｓ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる偏波面回転素子であり、例えば、波長２２１ｎｍの光の偏光面を９０度回転させる透過型（または反射型）の１／２波長板を用いることができる。波長変換光学素子３６から出射した多成分光は、波長板５８を透過することにより第７高調波７ωの偏波面が９０度回転され、ｐ偏光となって三角プリズム５１に入射する。なお、対象とする波長帯域全域で光の偏波面を９０度回転させる広帯域の偏波面回転素子を用いるような場合には、ｓ偏光成分の光（例えば第３高調波３ωや第７高調波７ω）を出射させるときだけ、波長板５８が光路中に挿入されるように構成しても良い。
【００４５】
メモリ８１には、各波長の光を出力ポート３ｐから出射させるときの回動ステージ５５の角度位置が波長・角度テーブルとして予め設定記憶されている。本例においては、波長３０９ｎｍの第５高調波５ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ5、波長２２１ｎｍの第７高調波７ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ7、波長１９３ｎｍの第８高調波８ωを出射させるときの回動ステージ５５の角度位置θ8が各々対応づけられて設定記憶されている。
【００４６】
処理回路８２の作用は既述した第１構成形態の出力光選択装置５０Ａと同様であり、処理回路８２は出力波長の選択操作信号に対応する回動ステージ５５の角度位置をメモリ８１から読み出し、当該角度位置に対応する指令信号をドライバ８５に出力する。例えば、操作パネル８ａにおいてオペレータが第７高調波７ωを選択し、その選択操作信号が入力されると、処理回路８２は選択された第７高調波７ωに対応する角度位置θ7をメモリ８１から読み出し、対応する指令信号をドライバ８５に出力する。
【００４７】
ドライバ８５は、処理回路８２から出力された指令信号に基づいて回動ステージ５５を駆動し、例えば、回動ステージ５５が第８高調波８ωを出射させる角度位置θ8に設定されていた状態で、第７高調波７ωの角度位置θ7を指示する指令信号が入力されたときに、ドライバ８５は回動ステージ５５に駆動信号を出力して回動ステージ５５をθ7の角度位置まで回動させ、当該角度位置で保持する。
【００４８】
これにより、操作パネル８ａにおけるオペレータの選択操作に基づいて、選択操作に応じた波長のレーザ光（上記例では波長λ7＝２２１ｎｍの第７高調波７ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。操作パネル８ａにおいてオペレータが異なる波長の選択操作を行ったときには回動ステージ５５が駆動され、直ちに選択操作に応じた波長のレーザ光（例えば波長λ8＝１９３ｎｍの第８高調波８ω）Ｌｖが出力ポート３ｐから出力される状態にセットされる。従って、このような出力光選択装置５０Ｂを備えたレーザ装置ＬＳによれば、前述同様に従来の波長変換部を利用した簡明な構成で、異なる波長の光を任意に選択して出力可能な出力波長選択型のレーザ装置を提供することができる。
【００４９】
また、本構成の出力光選択装置５０Ｂによれば、分光素子（三角プリズム）５１に入射する光の偏光成分を任意に変化させることができる。これにより、選択対象の光を高効率に取り出すことができる。また、例えば分光素子として複屈折性を有する材料を用いることにより多成分光の分解能を向上させることなども可能となる。
【００５０】
以上では、複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子として、屈折率の波長依存性を利用した三角プリズムを用いた構成を例示したが、波長ごとに各成分光を分離可能であればよく、例えば透過型または反射型の回折格子を用いても良い。また、波長変換部３に６個の波長変換光学素子を有し、波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を最短波長１９３ｎｍの紫外レーザ光に波長変換して出力する構成を例示したが、レーザ光出力部や波長変換部の構成並びに入出力波長は適宜に変更可能であり、波長変換部に複数の波長変換光学素子を備えた構成であれば本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
ＬＳ レーザ装置
Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3） 基本波レーザ光
Ｌｖ レーザ光
１ レーザ光出力部
３ 波長変換部（３ｐ 出力ポート）
８ 制御部（８ａ 操作パネル）
１０ レーザ光発生部
２０ 光増幅部
３０ 波長変換光学系
３１〜３６ 波長変換光学素子
５０Ａ 第１構成形態の出力光選択装置
５０Ｂ 第２構成形態の出力光選択装置
５１ 三角プリズム
５５ 回動ステージ
５８ 波長板
８０ ステージ制御部
８１ メモリ
８２ 処理回路
８５ ドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を前記複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置であって、
前記複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子と、
前記分光素子により分光された複数の光のいずれかが前記出力ポートから出力されるように前記分光素子を変位させる分光素子変位機構と、
前記分光素子変位機構の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、所定の選択操作に基づいて前記選択操作に応じた波長の光が前記出力ポートから出力されるように前記分光素子変位機構の作動を制御することを特徴とする出力波長選択型レーザ装置。
【請求項２】
前記多成分光は、電界振幅が、前記多成分光の光軸及び分光された光の光軸を含む面に平行なｐ偏光成分の光と垂直なｓ偏光成分の光とを含み、
前記複数の波長変換光学素子と前記分光素子との間に、前記ｓ偏光成分の光または前記ｐ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板を備えることを特徴とする請求項１に記載の出力波長選択型レーザ装置。
【請求項３】
前記分光素子はプリズムであり、前記分光素子変位機構は前記プリズムを回動させて前記プリズムへの前記多成分光の入射角を変化させることにより、前記選択操作に応じた波長の光が前記出力ポートから出力されるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の出力波長選択型レーザ装置。
【請求項１】
複数の波長変換光学素子を有し、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を前記複数の波長変換光学素子により波長変換して出力ポートから出力するレーザ装置であって、
前記複数の波長変換光学素子を透過して出射される複数波長からなる多成分光を個々の波長の光に分光する分光素子と、
前記分光素子により分光された複数の光のいずれかが前記出力ポートから出力されるように前記分光素子を変位させる分光素子変位機構と、
前記分光素子変位機構の作動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、所定の選択操作に基づいて前記選択操作に応じた波長の光が前記出力ポートから出力されるように前記分光素子変位機構の作動を制御することを特徴とする出力波長選択型レーザ装置。
【請求項２】
前記多成分光は、電界振幅が、前記多成分光の光軸及び分光された光の光軸を含む面に平行なｐ偏光成分の光と垂直なｓ偏光成分の光とを含み、
前記複数の波長変換光学素子と前記分光素子との間に、前記ｓ偏光成分の光または前記ｐ偏光成分の光の偏波面を９０度回転させる波長板を備えることを特徴とする請求項１に記載の出力波長選択型レーザ装置。
【請求項３】
前記分光素子はプリズムであり、前記分光素子変位機構は前記プリズムを回動させて前記プリズムへの前記多成分光の入射角を変化させることにより、前記選択操作に応じた波長の光が前記出力ポートから出力されるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の出力波長選択型レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５０１８６（Ｐ２０１２−１５０１８６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５３１（Ｐ２０１１−７５３１）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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