波長変換装置、固体レーザ装置およびレーザシステム
【課題】安定したレーザ光を得る。
【解決手段】波長変換装置は、入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、を備えてもよい。
【解決手段】波長変換装置は、入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換装置、固体レーザ装置およびレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィプロセスに使用される典型的な紫外線光源エキシマレーザは、波長がおよそ２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザと波長がおよそ１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザである。
【０００３】
そうしたＡｒＦエキシマレーザの殆どは発振段レーザと増幅段を含む２ステージレーザシステムとして市場に供給されている。２ステージのＡｒＦエキシマレーザシステムの発振段レーザと増幅段の共通する主要な構成を説明する。発振段レーザは第１チャンバを有し、増幅段は第２チャンバを有する。それらの第１、第２チャンバ内にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅの混合ガス）が封入されている。発振段レーザと増幅段はまた、前記レーザガスを励起するために電気エネルギーを供給する電源を有する。発振段レーザと増幅段とはそれぞれ電源を有することができるが、１台の電源を共有することもできる。前記第１チャンバ内には、それぞれが前記電源に接続された第１アノードと第１カソードとを含む第１放電電極が設置され、前記第２チャンバ内にも同様にそれぞれが前記電源に接続された第２アノードと第２カソードとを含む第２放電電極が設置されている。
【０００４】
発振段レーザ特有の構成は、例えば狭帯域モジュールである。狭帯域モジュールは典型的にはひとつのグレーティングと少なくともひとつのプリズムビームエキスパンダとを含む。半透過ミラーと前記グレーティングとが光共振器を構成し、これらの半透過ミラーとグレーティングとの間に発振段レーザの前記第１チャンバが設置されている。
【０００５】
前記第１放電電極の第１アノードと第１カソードとの間に放電が発生されると前記レーザガスが励起されて、その励起エネルギーを放出する際に光が発生する。その光が前記狭帯域モジュールによって波長選択されたレーザ光となって発振段レーザから出力される。
【０００６】
増幅段が共振器構造を含むレーザである場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＯと言い、増幅段が共振器構造を含まずレーザではない場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＡと言う。前記発振段レーザからのレーザ光が前記増幅段の第２チャンバ内に存在するときに、前記第２放電電極の第２アノードと第２カソードとの間に放電を発生させる制御が行なわれる。これにより前記第２チャンバ内のレーザガスが励起されて、前記レーザ光が増幅されて増幅段から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６８５９３０５号明細書
【概要】
【０００８】
本開示の一態様による波長変換装置は、入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、を備えてもよい。
【０００９】
本開示の他の態様による固体レーザ装置は、レーザ光を出力するレーザと、前記レーザ光を増幅する増幅部と、増幅後の前記レーザ光を波長変換する上述の波長変換装置と、を備えてもよい。
【００１０】
本開示の他の態様によるレーザシステムは、上述の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施の形態１による２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。
【図２】図２は、本開示の実施の形態２による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図３】図３は、実施の形態２の第１例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図４】図４は、実施の形態２の第２例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図５】図５は、図４におけるヒートシンクの概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態２の第３例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図７】図７は、実施の形態２の第４例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図８】図８は、図７におけるヒートシンクおよび高熱伝導部の概略構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、実施の形態２の第５例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図１０】図１０は、本開示の実施の形態３の第１例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１１】図１１は、本開示の実施の形態３の第２例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１２】図１２は、本開示の実施の形態３の第３例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１３】図１３は、本開示の実施の形態４による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【実施の形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１３】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１ 構成
３．２ 動作
４．非線形結晶の少なくとも１面の一部に冷却機構を設置した波長変換装置（実施の形態２）
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 冷却機構の例
４．４．１ 空冷方式（第１例）
４．４．２ 周辺冷却方式（第２例）
４．４．３ 少なくとも高反射膜を介した直接冷却方式（第３例）
４．４．４ 高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第４例）
４．４．５ 高反射膜と高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第５例）
５．複数のプリズムと冷却機構を組みあわせた波長変換装置（実施の形態３）
５．１ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第１例）
５．２ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第２例）
５．３ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第３例）
６．非線形結晶の端面から入射または出射させる場合の冷却機構を組合せた波長変換装置（実施の形態４）
【００１４】
１．概要
以下で例示する実施の形態では、非線形光学結晶の表面が膜によりコートされ得る。この膜は、プリズムの表面にオプティカルコンタクトさせられ得る。
【００１５】
２．用語の説明
ＫＢＢＦ結晶とは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。
【００１６】
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１ 構成
図１Ａに本開示の実施の形態１による２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。図１Ｂに、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置３の断面とは異なる断面の概略構成を示す。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、２ステージレーザ装置（以下、レーザシステムという）１は、固体レーザ装置２と、増幅装置３とを含んでもよい。固体レーザ装置２は、たとえば波長変換素子を有してもよい。増幅装置３は、たとえば放電励起式ＡｒＦエキシマ増幅器であってよい。固体レーザ装置２と増幅装置３との間には、低コヒーレンス化光学システム４が設置されてもよい。低コヒーレンス化光学システム４としては、光学パルスストレッチャーやランダム位相板等のシステムを使用してよい。
【００１８】
次に、固体レーザ装置２について説明する。固体レーザ装置２は、ポンピングレーザ５と、Ｔｉ：サファイアレーザ６と、増幅器７と、ビームスプリッタ８１と、高反射ミラー８２と、波長変換装置９と、高反射ミラー１１とを含んでもよい。
【００１９】
ポンピングレーザ５は、たとえば半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波光を出力するレーザであってもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、Ｔｉ：サファイア結晶と光共振器を含んでもよい。増幅器７は、Ｔｉ：サファイア結晶を含む増幅器であってよい。波長変換装置９は、第一波長変換素子９１と第二波長変換素子９２とを備えてもよい。第一波長変換素子９１は、波長変換素子としてＬＢＯ結晶を含んでもよい。第二波長変換素子９２は、波長変換素子としてＫＢＢＦ結晶を含んでもよい。
【００２０】
次いで、増幅装置３について説明する。増幅装置３は、チャンバ２０と、一対の放電電極（アノード２１およびカソード２２）と、出力結合ミラー１４と、高反射ミラー１５、１６、および１７とを含んでもよい。チャンバ２０内には、レーザガスが封入されていてもよい。このレーザガスは、Ａｒ、Ｎｅ、Ｆ２、またはＸｅの混合ガスでもよい。アノード２１およびカソード２２は、チャンバ２０内に設置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂに示すように、紙面に沿った方向に間隔を開けて配置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂの紙面に対して垂直方向に間隔を開けて配列されてもよい。アノード２１およびカソード２２の間は、放電空間２３であってよい。チャンバ２０には、パルスレーザ光３２を透過するウィンドウ１８および１９が取り付けてあってもよい。また、図示を省略した電源がチャンバ２０の外に設置されていてもよい。
【００２１】
出力結合ミラー１４と高反射ミラー１５、１６、および１７とは、リング光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー１４は、一部の光を透過し、一部の光を反射する素子であってもよい。
【００２２】
３．２ 動作
固体レーザ装置２は、波長がおよそ１９３ｎｍのパルスレーザ光３１を出力してもよい。低コヒーレンス化光学システム４は、パルスレーザ光３１のコヒーレンシーを低下させてもよい。増幅装置３は、コヒーレンシーの低下したパルスレーザ光３２を増幅してパルスレーザ光３３として出力してもよい。パルスレーザ光３３は、例えば図示していない半導体露光機へ送られて、露光処理に使用されてもよい。
【００２３】
ポンピングレーザ５からは、波長がおよそ５３２ｎｍの励起光（ポンピング光ともいう）５１が出力されてもよい。励起光５１の一部は、ビームスプリッタ８１を透過してもよい。励起光５１の他の一部は、ビームスプリッタ８１で反射してもよい。ビームスプリッタ８１を透過した励起光５１ａは、Ｔｉ：サファイアレーザ６のＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。励起されたＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、図示しない波長選択素子を備える光共振器を含んでもよい。このＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長選択素子によってスペクトル幅が狭帯域化されたパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。
【００２４】
一方、ポンピングレーザ５から出力された励起光５１のうち、ビームスプリッタ８１で反射した励起光５１ｂは、さらに高反射ミラー８２で反射されてもよい。この反射された励起光５１ｂは、Ｔｉ：サファイアの増幅器７に入射し、これが備えるＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。増幅器７はその励起エネルギーによってＴｉ：サファイアレーザ６から出力されたパルスレーザ光３１ａを増幅してもよい。この結果、増幅器７からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ｂが出力されてもよい。
【００２５】
Ｔｉ：サファイアの増幅器７から出力されたパルスレーザ光３１ｂは、波長変換装置９に入射してもよい。波長変換装置９に入射したパルスレーザ光３１ｂは、まず、第一波長変換素子９１に入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂ、非線形光学結晶であるＬＢＯ結晶を透過することで、波長がおよそ３８６．８ｎｍ（前記７７３．６ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１ｂに変換されてもよい。つぎに、波長変換後のパルスレーザ光３１ｂは、第二波長変換素子９２に入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂは、非線形光学結晶であるＫＢＢＦ結晶を透過することで、波長がおよそ１９３．４ｎｍ（前記３８６．８ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１にさらに変換されてもよい。
【００２６】
ＫＢＢＦ結晶を透過後のパルスレーザ光３１は、高反射ミラー１１によって進行方向を変えられて、低コヒーレンス化光学システム４に入射してもよい。パルスレーザ光３１のコヒーレンスは、低コヒーレンス化光学システム４を透過することによって低下してもよい。そのコヒーレンスが低下したパルスレーザ光３２は増幅装置３に入射してもよい。
【００２７】
チャンバ２０内のアノード２１とカソード２２に電気的に接続された電源は、アノード２１およびカソード２２間に電位差を加えてもよい。これにより、アノード２１およびカソード２２間で放電が発生してもよい。この電位差は、パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせることが可能なタイミングで、アノード２１およびカソード２２間に与えられてもよい。
【００２８】
低コヒーレンス化光学システム４を出射したパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、高反射ミラー１５を反射してもよい。このパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１８を透過して、アノード２１とカソード２２との間の放電空間２３へ進行してもよい。パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせる制御が行われることによって、そのパルスレーザ光３２が増幅されてもよい。増幅されたパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１９を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、高反射ミラー１６および１７を高反射して、再びウィンドウ１９を介して、チャンバ２０内の放電空間２３へ進行してもよい。そして、このパルスレーザ光３２は、今度はウィンドウ１８を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、出力結合ミラー１４に入射してもよい。このパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、パルスレーザ光３３として増幅装置３から出射してもよい。パルスレーザ光３２の他の一部は、出力結合ミラー１４で反射することで、フィードバック光として、再びリング光共振器中に戻されてもよい。
【００２９】
本説明では、増幅装置３がリング光共振器を含む場合を例示したが、この例に限定されるものではない。たとえば、増幅装置３は、増幅器に光共振器が配置されたファブリーペロー型共振器を含んでもよい。
【００３０】
なお、実施の形態１では、固体レーザの波長変換装置９及びそれを用いたレーザシステム１が例示されている。したがって、図１Ａにおける低コヒーレンス化光学システム４及び増幅装置３等は、本開示の必須の構成ではない。また、波長変換装置９によって波長変換する前のパルスレーザ光３１ｂは、Ｔｉ：サファイアレーザ６を含むレーザ装置から出力されたレーザ光でなくともよい。
【００３１】
４．非線形結晶の少なくとも１面の一部に冷却機構を設置した波長変換装置（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、実施の形態２では、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００３２】
４．１ 構成
実施の形態２では、波長変換素子（たとえばＫＢＢＦ結晶）の片面に少なくとも屈折率調節用の光学素子が接触する波長変換装置を例示する。屈折率調節用の光学素子としては、プリズムを例に挙げる。図２は、実施の形態２による波長変換装置１０１の概略構成を模式的に示す。図２に示すように、波長変換装置１０１は、プリズム１１０と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０とを含んでもよい。
【００３３】
プリズム１１０の材料は、たとえば合成石英であってもよい。その他にも、ＳｉＯ２結晶、溶融石英ガラス、ＣａＦ２結晶、またはＭｇＦ２結晶が用いられてもよい。特に、プリズム１１０の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。
【００３４】
プリズム１１０は、たとえば垂直面および底面が直角三角形の直角プリズムであってもよい。以下では、説明の都合上、このプリズム１１０の３つの側面のうち、直角三角形の斜辺を含む側面をコンタクト面という。また、残りの２つの側面のうち、一方を入射面といい、他方を出射面という。
【００３５】
プリズム１１０の入射面には、パルスレーザ光３１ｂの反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）１１１がコーティングされていてもよい。プリズム１１０の出射面には、少なくともパルスレーザ光３１の反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）１１２がコーティングされていてもよい。
【００３６】
プリズム１１０のコンタクト面には、ＫＢＢＦ結晶１２０が設けられてもよい。プリズム１１０とＫＢＢＦ結晶１２０との接触は、オプティカルコンタクトであってもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、プリズム１１０に直接接触していてもよいし、不図示の膜を挟んで接触していてもよい。この膜は、プリズム１１０側に形成されていてもよいし、ＫＢＢＦ結晶１２０側に形成されていてもよい。また、この膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む膜であってもよい。特に、膜の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。また、膜の材料には、プリズム１１０の材料と同系の材料が用いられるとよい。
【００３７】
ＫＢＢＦ結晶１２０は、波長変換素子としての非線形結晶である。このＫＢＢＦ結晶１２０は、波長変換素子としての他の非線形結晶に置き換えられてもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、結晶軸Ｄ１がプリズム１１０のコンタクト面に対して略垂直となるように、プリズム１１０に対して固定されてもよい。以下では、説明の都合上、ＫＢＢＦ結晶１２０におけるプリズム１１０側の面を第１面といい、第１面と反対側の面を第２面という。
【００３８】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面側には、冷却機構１３０が設けられてもよい。冷却機構１３０は、ＫＢＢＦ結晶１２０を、これの少なくとも１つの面側から冷却すればよい。本例では、冷却機構１３０は、第２面側からＫＢＢＦ結晶１２０を冷却する。
【００３９】
４．２ 動作
つづいて、図２に示す波長変換装置１０１の動作を説明する。図２に示す例では、パルスレーザ光３１ｂが、反射防止膜１１１を介してプリズム１１０に入射してもよい。パルスレーザ光３１ｂは、たとえば波長が３８６．８ｎｍの２ω光であってもよい。また、パルスレーザ光３１ｂは、偏光方向がＫＢＢＦ結晶１２０の結晶軸Ｄ１に対して垂直（図２の紙面に対して垂直）な直線偏光の光であってもよい。プリズム１１０に入射したパルスレーザ光３１ｂは、プリズム１１０を透過した後、ＫＢＢＦ結晶１２０に入射してもよい。ただし、プリズム１１０とＫＢＢＦ結晶１２０との間に不図示の膜が介在する場合、パルスレーザ光３１ｂは、この膜を透過した後、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射してもよい。
【００４０】
第１面からＫＢＢＦ結晶１２０に入射したパルスレーザ光３１ｂの一部は、ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播する途中で、たとえば波長が１９３．４ｎｍの４ω光であるパルスレーザ光３１に変換されてもよい。パルスレーザ光３１は、偏光方向がＫＢＢＦ結晶１２０の結晶軸Ｄ１と平行（図２の紙面に対して平行）な直線偏光の光であってもよい。変換されたパルスレーザ光３１および残りのパルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射してもよい。たとえばＫＢＢＦ結晶１２０の第２面が真空、気体（大気を含む）接触している場合、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０中のパルスレーザ光３１ｂおよび３１が第２面で高反射する角度で、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に入射するとよい。なお、第２面における真空、気体（大気を含む）接触している領域は、少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域であればよい。
【００４１】
第２面で反射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１は、再び、ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播してもよい。この際、２ω光であるパルスレーザ光３１ｂと４ω光であるパルスレーザ光３１との光路は、波長に対する屈折率の違いによって分離されてもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播する反射後のパルスレーザ光３１ｂの一部は、パルスレーザ光３１に変換されてもよい。
【００４２】
その後、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、再びプリズム１１０に入射してもよい。この際、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、異なる光路でプリズム１１０に入射してもよい。その結果、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、異なる光路でプリズム１１０から反射防止膜１１２を介して出射してもよい。
【００４３】
ここで、たとえばプリズム１１０をＣａＦ２結晶とした場合、その屈折率は１．４４程度である。この場合、プリズム１１０のコンタクト面に対する入射面の仰角θ１を５８°とし、コンタクト面に対する出射面の仰角θ２を３２°とするとよい。このプリズム１１０の入射面に対してパルスレーザ光３１ｂを０．９°の入射角φ１で入射させると、パルスレーザ光３１ｂおよび３１の両方がＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射または全反射し得る。なお、この場合、反射後のパルスレーザ光３１ｂは、４０．３°の出射角φ３で、プリズム１１０の出射面から出射し得る。また、反射後のパルスレーザ光３１は、３０．２°の出射角φ２で、プリズム１１０の出射面から出射し得る。
【００４４】
４．３ 作用
実施の形態２によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の片面側を冷却機構１３０によって直接冷却できる。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率が改善され得る。その結果、光強度の高いパルスレーザ光３１ｂを波長変換できるので、波長変換の効率が向上し得る。また、波長変換効率の低下を抑制し得る。さらに、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を抑制できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４５】
４．４ 冷却機構の例
つづいて、上述した冷却機構１３０を、具体的な構成を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４６】
４．４．１ 空冷方式（第１例）
まず、冷却機構１３０の第１例として、空冷式の冷却機構２３０を説明する。図３は、第１例による冷却機構２３０の概略構成を模式的に示す。図３に示すように、冷却機構２３０は、温度センサ２３１と、温度コントローラ２３２と、電源２３３と、モータ２３４と、ファン２３５とを備えてもよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面は、気体に触れていてもよい。この気体は、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体であってもよい。
【００４７】
温度センサ２３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に設けられてもよい。この際、温度センサ２３１は、第２面におけるパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域であってその近傍に配置されるとよい。温度センサ２３１で検出された温度値は、温度コントローラ２３２に入力されてもよい。
【００４８】
モータ２３４の回転軸には、ファン２３５が取り付けられてもよい。ファン２３５は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に面するように配置されてもよい。モータ２３４は、電源２３３から供給された電力にしたがって、ファン２３５を回転させてもよい。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面へ、風ＦＬが吹き付けられてもよい。
【００４９】
温度コントローラ２３２は、入力された温度値に基づいて、電源２３３からモータ２３４へ電力を供給してもよい。温度コントローラ２３２は、ＫＢＢＦ結晶１２０による波長変換効率の低下が抑制できる温度、または、ＫＢＢＦ結晶１２０による波長変換効率が向上する温度となるように、電源２３３からモータ２３４へ電力を供給してもよい。
【００５０】
第１例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の反射面である第２面を気体との接触面とすることが可能となるため、第２面でのパルスレーザ光３１ｂおよび３１の反射率を向上させることができる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第２面側から空冷できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を抑制できる。
【００５１】
４．４．２ 周辺冷却方式（第２例）
つぎに、冷却機構１３０の第２例として、液冷式の冷却機構３３０を説明する。図４は、第２例による冷却機構３３０の概略構成を模式的に示す。図５は、図４におけるヒートシンク３３１の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００５２】
図４に示すように、冷却機構３３０は、温度センサ２３１と、温度コントローラ２３２と、チラー３３３と、配管３３４とを備えてもよい。配管３３４内には、たとえば液体状の冷却媒体３３５が流れてもよい。冷却媒体３３５は、たとえば純水であってもよい。
【００５３】
ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に接触していてもよい。このヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０を冷却する冷却部材である。ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０よりも高い熱伝導率を備えているとよい。ヒートシンク３３１は、たとえば銅、アルミニウムなどの金属製であってもよい。もしくは、ヒートシンク３３１は、たとえばダイヤモンドや炭化珪素などの材料を用いて構成されていてもよい。
【００５４】
チラー３３３は、水などの冷却媒体３３５を冷却し、冷却後の冷却媒体３３５を配管３３４へ送り出してもよい。チラー３３３は、温度コントローラ２３２からの制御の下で、配管３３４内に送出する冷却媒体３３５の温度および流量の少なくとも一方を制御してもよい。配管３３４は、複数本であってもよい。配管３３４は、ヒートシンク３３１内部に配設されていてもよい。配管３３４内に送出された冷却媒体３３５がヒートシンク３３１内部の配管３３４を通ることで、ヒートシンク３３１が冷却され得る。この結果、ＫＢＢＦ結晶１２０が冷却され得る。チラー３３３は、配管３３５を循環して戻ってきた冷却媒体３３５を再び冷却して、配管３３４内へ送り出してもよい。
【００５５】
図５に示すように、ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０との接触面に、凹部３３１ａを有してもよい。凹部３３１ａは、窪みに限らず、ヒートシンク３３１を貫通する貫通孔であってもよい。凹部３３１ａの開口形状は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１のビーム断面形状と近似しているとよい。
【００５６】
凹部３３１ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と対応する領域に設けられていてもよい。ヒートシンク３３１をＫＢＢＦ結晶１２０に接触させることで凹部３３１ａ内に形成された空間内には、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体が存在してもよい。もしくは、この空間内は、真空に保たれていてもよい。第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と接触する空間を気体雰囲気または真空とすることで、パルスレーザ光３１ｂおよび３１を第２面で高反射し得る。
【００５７】
また、図５に示すように、ヒートシンク３３１におけるＫＢＢＦ結晶１２０との接触面には、温度センサ２３１を収容する凹部２３１ａが形成されていてもよい。
【００５８】
第２例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面におけるパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域がヒートシンク３１１と接触しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０を直接的に冷却し得る。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率を向上することができる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を主面である第２面側からヒートシンク３３１で直接冷却できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００５９】
４．４．３ 少なくとも高反射膜を介した直接冷却方式（第３例）
つぎに、冷却機構１３０の第３例として、第２例による冷却機構３３０を変形した冷却機構４３０を説明する。図６は、第３例による冷却機構４３０の概略構成を模式的に示す。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００６０】
図４と図６とを比較すると明らかなように、第３例による冷却機構４３０は、第２例による冷却機構３３０と同様の構成を備えてもよい。ただし、冷却機構４３０では、第２例によるヒートシンク３３１が、凹部３３１ａの無いヒートシンク４３１に置き換えられてもよい。また、冷却機構４３０は、高反射膜１２１をさらに備えてもよい。
【００６１】
高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０とヒートシンク４３１との間に設けられてもよい。高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に形成されたコーティング膜であってもよい。この場合、高反射膜１２１とヒートシンク４３１とは、オプティカルコンタクトを形成していてもよい。ただし、これに限定されない。たとえば、高反射膜１２１は、ヒートシンク４３１に形成されたコーティング膜であってもよい。この場合、高反射膜１２１とＫＢＢＦ結晶１２０とは、密着しているとよい。さらに、高反射膜１２１は、ヒートシンク４３１にコーティングしてもよい。この場合、高反射膜１２１とＫＢＢＦ結晶１２０とはオプティカルコンタクトを形成し、高反射膜１２１とヒートシンク４３１とは密着しているとよい。
【００６２】
高反射膜１２１は、波長が３８６．８ｎｍ程度のＳ偏光のレーザ光（パルスレーザ光３１ｂ）と、波長が１９３．４ｎｍ程度のＰ偏光のレーザ光（パルスレーザ光３１）とを高反射してもよい。この高反射膜１２１は、誘電体多層膜であってもよい。
【００６３】
温度センサ２３１は、高反射膜１２１とヒートシンク４３１との間に設置されてもよい。この際、温度センサ２３１は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域であってその近傍に配置されるとよい。
【００６４】
第３例によれば、パルスレーザ光３１ｂおよび３１の反射面であるＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に高反射膜１２１が設けられているため、より高い反射率でパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射し得る。これにより、より高いエネルギーのパルスレーザ光３１を生成し得る。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面全体が比較的薄い高反射膜１２１を介してヒートシンク４３１と接触しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率を向上し得る。さらに、ＫＢＢＦ結晶１２０を主面である第２面側からヒートシンク４３１で冷却できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００６５】
４．４．４ 高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第４例）
つぎに、冷却機構１３０の第４例として、第２例による冷却機構３３０を変形した冷却機構５３０を説明する。図７は、第４例による冷却機構５３０の概略構成を模式的に示す。図８は、図７におけるヒートシンク３３１および高熱伝導部１２２の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００６６】
図４と図７とを比較すると明らかなように、第４例による冷却機構５３０は、第２例による冷却機構３３０と同様の構成を備えてもよい。また、冷却機構５３０は、高熱伝導部１２２をさらに備えてもよい。
【００６７】
高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０とヒートシンク３３１との間に設けられてもよい。高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に形成された膜であってもよい。この場合、高熱伝導部１２２とヒートシンク３３１とは、密着しているとよい。ただし、これに限定されない。たとえば、高熱伝導部１２２は、ヒートシンク３３１に形成された膜であってもよい。この場合、高熱伝導部１２２とＫＢＢＦ結晶１２０とは、密着しているとよい。さらに、高熱伝導部１２２は、フィルム状のシート部材、板状の部材などであってもよい。この場合、高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０およびヒートシンク３３１それぞれと密着しているとよい。
【００６８】
高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０よりも高い熱伝導率を有しているとよい。高熱伝導部１２２の材料は、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等であってもよい。
【００６９】
図８に示すように、高熱伝導部１２２は、ヒートシンク３３１の凹部３３１ａと位置整合する貫通孔１２２ａを有していてもよい。高熱伝導部１２２をＫＢＢＦ結晶１２０およびヒートシンク３３１でサンドウィッチすることで貫通孔１２２ａおよび凹部３３１ａ内に形成された空間内には、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体が存在してもよい。もしくは、この空間内は、真空に保たれていてもよい。貫通孔１２２ａの開口形状は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１のビーム断面形状と近似しているとよい。
【００７０】
なお、第４例では、ヒートシンク３３１の代わりに、第３例による凹部３３１ａの無いヒートシンク４３１を用いてもよい。この場合、貫通孔１２２ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と対応する領域に設けられていてもよい。また、貫通孔１２２ａは、高熱伝導部１２２を貫通する孔に限らず、窪みであってもよい。
【００７１】
第４例によれば、ヒートシンク３３１が、熱伝導率の高い高熱伝導部１２２を介してＫＢＢＦ結晶１２０に密着しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度分布を均一にすることができる。これにより、温度分布の偏りにより生じるクラックなどの破損を低減し得る。
【００７２】
４．４．５ 高反射膜と高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第５例）
つぎに、冷却機構１３０の第５例として、第３例による高反射膜１２１と第４例による高熱伝導部１２２とを組み合わせた冷却機構６３０を説明する。図９は、第５例による冷却機構６３０の概略構成を模式的に示す。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００７３】
図６、図７および図９を比較すると明らかなように、第５例による冷却機構６３０は、第３例による冷却機構４３０と同様の構成に加え、高熱伝導部１２２とをさらに備えてもよい。
【００７４】
高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に設けられてもよい。高熱伝導部１２２は、高反射膜１２１とヒートシンク４３１との間に設けられてもよい。この高熱伝導部１２２は、第４例による高熱伝導部１２２と同様であってもよい。ただし、高熱伝導部１２２では、高熱伝導部１２２の貫通孔１２２ａが省略されてもよい。
【００７５】
第５例によれば、第３例による効果に加え、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。また、第４例と同様に、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度分布を均一にすることができるため、温度分布の偏りにより生じるクラックなどの破損を低減し得る。
【００７６】
５．複数のプリズムと冷却機構を組みあわせた波長変換装置（実施の形態３）
つぎに、本開示の実施の形態３による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。実施の形態３では、実施の形態２と同様、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００７７】
上記した実施の形態２では、ＫＢＢＦ結晶１２０へ入射するパルスレーザ光３１ｂに対する屈折率調節用の光学素子と、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射するパルスレーザ光３１ｂおよび３１に対する屈折率調節用の光学素子とに、共通のプリズム１１０を用いた。これに対し、実施の形態３では、ＫＢＢＦ結晶１２０へ入射するパルスレーザ光３１ｂと、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射するパルスレーザ光３１ｂおよび３１とに対し、それぞれ個別の屈折率調節用光学素子を設けてもよい。以下、具体的な構成を例に挙げて説明する。
【００７８】
５．１ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第１例）
図１０は、実施の形態３の第１例による波長変換装置２０１の概略構成を模式的に示す。図１０に示すように、波長変換装置２０１は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０とを備えてもよい。
【００７９】
入射プリズム２１１へは、パルスレーザ光３１ｂが外部から入射してもよい。入射プリズム２１１は、入射したパルスレーザ光３１ｂをＫＢＢＦ結晶１２０へ導いてもよい。出射プリズム２２１へは、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１が入射してもよい。出射プリズム２２１は、入射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１を外部へ出射してもよい。
【００８０】
第１例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射した後、第１面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１は、共にＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に配置されてもよい。
【００８１】
ＫＢＢＦ結晶１２０に入射したパルスレーザ光３１ｂの光路は、第２面への入射位置を含み且つ第２面と垂直である線を対称軸とした線対称となる。そこで、入射プリズム２１１と出射プリズム２２１とは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面と垂直な面を鏡映面とした面対称となるように、第１面に配置されてもよい。
【００８２】
入射プリズム２１１の入射面には、パルスレーザ光３１ｂの反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）２１２がコーティングされていてもよい。出射プリズム２２１の出射面には、少なくともパルスレーザ光３１の反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）２２２がコーティングされていてもよい。入射プリズム２１１および出射プリズム２２１とＫＢＢＦ結晶１２０との接触は、オプティカルコンタクトであってもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１に直接接触していてもよいし、不図示の膜を挟んで接触していてもよい。この膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む膜であってもよい。特に、出射プリズム２２１側の膜の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。また、膜の材料には、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１の材料と同系の材料が用いられるとよい。
【００８３】
第１例によれば、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１を面対称に配置すればよいため、設計が容易となり得る。
【００８４】
５．２ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第２例）
図１１は、実施の形態３の第２例による波長変換装置２０２の概略構成を模式的に示す。図１１に示すように、波長変換装置２０２は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３１および１３２とを備えてもよい。
【００８５】
第２例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射し、さらにＫＢＢＦ結晶１２０の第１面で高反射した後、第２面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に配置されてもよい。また、出射プリズム２２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に配置されてもよい。
【００８６】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面のうち、入射プリズム２１１が設けられていない領域には、冷却機構１３１が設けられてもよい。冷却機構１３１は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面のうち出射プリズム２２１が設けられていない領域には、冷却機構１３２が設けられてもよい。冷却機構１３２は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。
【００８７】
第２例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路を長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第１面と第２面との両方から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００８８】
５．３ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第３例）
図１２は、実施の形態３の第３例による波長変換装置２０３の概略構成を模式的に示す。図１２に示すように、波長変換装置２０３は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０および１３１とを備えてもよい。
【００８９】
第２例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射し、さらにＫＢＢＦ結晶１２０の第１面で高反射し、さらにまた第２面で高反射した後、第１面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に離間して配置されてもよい。
【００９０】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面のうち、入射プリズム２１１と出射プリズム２２１との間の領域には、冷却機構１３１が設けられてもよい。冷却機構１３１は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面には、上述の冷却機構１３０が設けられてもよい。
【００９１】
第３例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路をより長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第１面と第２面との両方から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００９２】
６．非線形結晶の端面から入射または出射させる場合の冷却機構を組合せた波長変換装置（実施の形態４）
つぎに、本開示の実施の形態４による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。実施の形態４では、実施の形態２と同様、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００９３】
図１３は、実施の形態４による波長変換装置３０１の概略構成を模式的に示す。図１３に示すように、波長変換装置３０１は、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却装置１３０Ａおよび１３０Ｂとを備えてもよい。
【００９４】
パルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の端面から入射してもよい。以下、説明の都合上、この端面を入射端面という。ＫＢＢＦ結晶１２０内に進入したパルスレーザ光３１ｂの一部は、ＫＢＢＦ結晶１２０内を伝播中にパルスレーザ光３１に波長変換されてもよい。生成されたパルスレーザ光３１および残りのパルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面および第２面で反射し、その後、入射端面と反対側の出射端面から出射してもよい。なお、入射端面および出射端面は、それぞれ第１面および第２面に対して略垂直であってもよい。
【００９５】
ＫＢＢＦ結晶１２０の入射端面には、この端面に対してＳ偏光である波長が３８６．８ｎｍ（２ω）程度のパルスレーザ光３１ｂの反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコート）３２１が設けられてもよい。一方、ＫＢＢＦ結晶１２０の出射端面には、この端面に対してＳ偏光であるパルスレーザ光３１ｂと、この端面に対してＰ偏光であるパルスレーザ光３１との反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコート）３２２が設けられてもよい。
【００９６】
冷却装置１３０Ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面全体に設けられてもよい。冷却装置１３０Ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面全体に設けられてもよい。冷却装置１３０Ａおよび１３０Ｂは、それぞれ上記の冷却装置１３０と同様であってもよい。
【００９７】
実施の形態４によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路をより長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を対向する両主面全体から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００９８】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【００９９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【０１００】
上述の実施形態においては、増幅器７が１つである例を示したが、増幅器７を複数使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６と増幅器７は共通のポンピングレーザ５によってポンピングしているが、別々のポンピングレーザを使用してもよい。また、ポンピングレーザ５としてＮｄ：ＹＬＦレーザあるいはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波光を出力するレーザを使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６の代わりにエルビウムドープト光ファイバレーザの第２高調波光を発生するレーザを使用してもよい。このレーザは、半導体レーザによってポンピングしてもよい。また、波長変換装置９は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換装置９に入射される光を増幅装置３の増幅波長帯域の波長、例えば略１９３ｎｍの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換装置９に含まれる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を使用してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１ ２ステージレーザ装置（レーザシステム）
２ 固体レーザ装置
３ 増幅装置
３１、３１ａ、３２、３３ パルスレーザ光
３１ｂ パルスレーザ光
４ 低コヒーレンス化光学システム
５ ポンピングレーザ
５１、５１ａ、５１ｂ 励起光
６ Ｔｉ：サファイアレーザ
７ 増幅器
８１ ビームスプリッタ
８２ 高反射ミラー
９ 波長変換装置
９１ 第一波長変換素子
９２ 第二波長変換素子
１０１、２０１、２０２、２０３、３０１ 波長変換装置
１１０ プリズム
１１１、１１２、２１２、２２２、３２１、３２２ 反射防止膜
１２０ ＫＢＢＦ結晶
１２１ 高反射膜
１２２ 高熱伝導部
１２２ａ 貫通孔
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３１、１３２ 冷却機構
２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ 冷却機構
２３１ 温度センサ
２３１ａ 凹部
２３２ 温度コントローラ
２３３ 電源
２３４ モータ
２３５ ファン
３３１、４３１ ヒートシンク
３３１ａ 凹部
３３３ チラー
３３４ 配管
３３５ 冷却媒体
Ｄ１ 結晶軸
ＦＬ 風
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換装置、固体レーザ装置およびレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィプロセスに使用される典型的な紫外線光源エキシマレーザは、波長がおよそ２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザと波長がおよそ１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザである。
【０００３】
そうしたＡｒＦエキシマレーザの殆どは発振段レーザと増幅段を含む２ステージレーザシステムとして市場に供給されている。２ステージのＡｒＦエキシマレーザシステムの発振段レーザと増幅段の共通する主要な構成を説明する。発振段レーザは第１チャンバを有し、増幅段は第２チャンバを有する。それらの第１、第２チャンバ内にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅの混合ガス）が封入されている。発振段レーザと増幅段はまた、前記レーザガスを励起するために電気エネルギーを供給する電源を有する。発振段レーザと増幅段とはそれぞれ電源を有することができるが、１台の電源を共有することもできる。前記第１チャンバ内には、それぞれが前記電源に接続された第１アノードと第１カソードとを含む第１放電電極が設置され、前記第２チャンバ内にも同様にそれぞれが前記電源に接続された第２アノードと第２カソードとを含む第２放電電極が設置されている。
【０００４】
発振段レーザ特有の構成は、例えば狭帯域モジュールである。狭帯域モジュールは典型的にはひとつのグレーティングと少なくともひとつのプリズムビームエキスパンダとを含む。半透過ミラーと前記グレーティングとが光共振器を構成し、これらの半透過ミラーとグレーティングとの間に発振段レーザの前記第１チャンバが設置されている。
【０００５】
前記第１放電電極の第１アノードと第１カソードとの間に放電が発生されると前記レーザガスが励起されて、その励起エネルギーを放出する際に光が発生する。その光が前記狭帯域モジュールによって波長選択されたレーザ光となって発振段レーザから出力される。
【０００６】
増幅段が共振器構造を含むレーザである場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＯと言い、増幅段が共振器構造を含まずレーザではない場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＡと言う。前記発振段レーザからのレーザ光が前記増幅段の第２チャンバ内に存在するときに、前記第２放電電極の第２アノードと第２カソードとの間に放電を発生させる制御が行なわれる。これにより前記第２チャンバ内のレーザガスが励起されて、前記レーザ光が増幅されて増幅段から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６８５９３０５号明細書
【概要】
【０００８】
本開示の一態様による波長変換装置は、入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、を備えてもよい。
【０００９】
本開示の他の態様による固体レーザ装置は、レーザ光を出力するレーザと、前記レーザ光を増幅する増幅部と、増幅後の前記レーザ光を波長変換する上述の波長変換装置と、を備えてもよい。
【００１０】
本開示の他の態様によるレーザシステムは、上述の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施の形態１による２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。
【図２】図２は、本開示の実施の形態２による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図３】図３は、実施の形態２の第１例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図４】図４は、実施の形態２の第２例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図５】図５は、図４におけるヒートシンクの概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態２の第３例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図７】図７は、実施の形態２の第４例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図８】図８は、図７におけるヒートシンクおよび高熱伝導部の概略構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、実施の形態２の第５例による冷却機構の概略構成を模式的に示す。
【図１０】図１０は、本開示の実施の形態３の第１例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１１】図１１は、本開示の実施の形態３の第２例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１２】図１２は、本開示の実施の形態３の第３例による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【図１３】図１３は、本開示の実施の形態４による波長変換装置の概略構成を模式的に示す。
【実施の形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１３】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１ 構成
３．２ 動作
４．非線形結晶の少なくとも１面の一部に冷却機構を設置した波長変換装置（実施の形態２）
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 冷却機構の例
４．４．１ 空冷方式（第１例）
４．４．２ 周辺冷却方式（第２例）
４．４．３ 少なくとも高反射膜を介した直接冷却方式（第３例）
４．４．４ 高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第４例）
４．４．５ 高反射膜と高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第５例）
５．複数のプリズムと冷却機構を組みあわせた波長変換装置（実施の形態３）
５．１ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第１例）
５．２ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第２例）
５．３ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第３例）
６．非線形結晶の端面から入射または出射させる場合の冷却機構を組合せた波長変換装置（実施の形態４）
【００１４】
１．概要
以下で例示する実施の形態では、非線形光学結晶の表面が膜によりコートされ得る。この膜は、プリズムの表面にオプティカルコンタクトさせられ得る。
【００１５】
２．用語の説明
ＫＢＢＦ結晶とは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。
【００１６】
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１ 構成
図１Ａに本開示の実施の形態１による２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。図１Ｂに、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置３の断面とは異なる断面の概略構成を示す。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、２ステージレーザ装置（以下、レーザシステムという）１は、固体レーザ装置２と、増幅装置３とを含んでもよい。固体レーザ装置２は、たとえば波長変換素子を有してもよい。増幅装置３は、たとえば放電励起式ＡｒＦエキシマ増幅器であってよい。固体レーザ装置２と増幅装置３との間には、低コヒーレンス化光学システム４が設置されてもよい。低コヒーレンス化光学システム４としては、光学パルスストレッチャーやランダム位相板等のシステムを使用してよい。
【００１８】
次に、固体レーザ装置２について説明する。固体レーザ装置２は、ポンピングレーザ５と、Ｔｉ：サファイアレーザ６と、増幅器７と、ビームスプリッタ８１と、高反射ミラー８２と、波長変換装置９と、高反射ミラー１１とを含んでもよい。
【００１９】
ポンピングレーザ５は、たとえば半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波光を出力するレーザであってもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、Ｔｉ：サファイア結晶と光共振器を含んでもよい。増幅器７は、Ｔｉ：サファイア結晶を含む増幅器であってよい。波長変換装置９は、第一波長変換素子９１と第二波長変換素子９２とを備えてもよい。第一波長変換素子９１は、波長変換素子としてＬＢＯ結晶を含んでもよい。第二波長変換素子９２は、波長変換素子としてＫＢＢＦ結晶を含んでもよい。
【００２０】
次いで、増幅装置３について説明する。増幅装置３は、チャンバ２０と、一対の放電電極（アノード２１およびカソード２２）と、出力結合ミラー１４と、高反射ミラー１５、１６、および１７とを含んでもよい。チャンバ２０内には、レーザガスが封入されていてもよい。このレーザガスは、Ａｒ、Ｎｅ、Ｆ２、またはＸｅの混合ガスでもよい。アノード２１およびカソード２２は、チャンバ２０内に設置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂに示すように、紙面に沿った方向に間隔を開けて配置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂの紙面に対して垂直方向に間隔を開けて配列されてもよい。アノード２１およびカソード２２の間は、放電空間２３であってよい。チャンバ２０には、パルスレーザ光３２を透過するウィンドウ１８および１９が取り付けてあってもよい。また、図示を省略した電源がチャンバ２０の外に設置されていてもよい。
【００２１】
出力結合ミラー１４と高反射ミラー１５、１６、および１７とは、リング光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー１４は、一部の光を透過し、一部の光を反射する素子であってもよい。
【００２２】
３．２ 動作
固体レーザ装置２は、波長がおよそ１９３ｎｍのパルスレーザ光３１を出力してもよい。低コヒーレンス化光学システム４は、パルスレーザ光３１のコヒーレンシーを低下させてもよい。増幅装置３は、コヒーレンシーの低下したパルスレーザ光３２を増幅してパルスレーザ光３３として出力してもよい。パルスレーザ光３３は、例えば図示していない半導体露光機へ送られて、露光処理に使用されてもよい。
【００２３】
ポンピングレーザ５からは、波長がおよそ５３２ｎｍの励起光（ポンピング光ともいう）５１が出力されてもよい。励起光５１の一部は、ビームスプリッタ８１を透過してもよい。励起光５１の他の一部は、ビームスプリッタ８１で反射してもよい。ビームスプリッタ８１を透過した励起光５１ａは、Ｔｉ：サファイアレーザ６のＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。励起されたＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、図示しない波長選択素子を備える光共振器を含んでもよい。このＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長選択素子によってスペクトル幅が狭帯域化されたパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。
【００２４】
一方、ポンピングレーザ５から出力された励起光５１のうち、ビームスプリッタ８１で反射した励起光５１ｂは、さらに高反射ミラー８２で反射されてもよい。この反射された励起光５１ｂは、Ｔｉ：サファイアの増幅器７に入射し、これが備えるＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。増幅器７はその励起エネルギーによってＴｉ：サファイアレーザ６から出力されたパルスレーザ光３１ａを増幅してもよい。この結果、増幅器７からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ｂが出力されてもよい。
【００２５】
Ｔｉ：サファイアの増幅器７から出力されたパルスレーザ光３１ｂは、波長変換装置９に入射してもよい。波長変換装置９に入射したパルスレーザ光３１ｂは、まず、第一波長変換素子９１に入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂ、非線形光学結晶であるＬＢＯ結晶を透過することで、波長がおよそ３８６．８ｎｍ（前記７７３．６ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１ｂに変換されてもよい。つぎに、波長変換後のパルスレーザ光３１ｂは、第二波長変換素子９２に入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂは、非線形光学結晶であるＫＢＢＦ結晶を透過することで、波長がおよそ１９３．４ｎｍ（前記３８６．８ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１にさらに変換されてもよい。
【００２６】
ＫＢＢＦ結晶を透過後のパルスレーザ光３１は、高反射ミラー１１によって進行方向を変えられて、低コヒーレンス化光学システム４に入射してもよい。パルスレーザ光３１のコヒーレンスは、低コヒーレンス化光学システム４を透過することによって低下してもよい。そのコヒーレンスが低下したパルスレーザ光３２は増幅装置３に入射してもよい。
【００２７】
チャンバ２０内のアノード２１とカソード２２に電気的に接続された電源は、アノード２１およびカソード２２間に電位差を加えてもよい。これにより、アノード２１およびカソード２２間で放電が発生してもよい。この電位差は、パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせることが可能なタイミングで、アノード２１およびカソード２２間に与えられてもよい。
【００２８】
低コヒーレンス化光学システム４を出射したパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、高反射ミラー１５を反射してもよい。このパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１８を透過して、アノード２１とカソード２２との間の放電空間２３へ進行してもよい。パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせる制御が行われることによって、そのパルスレーザ光３２が増幅されてもよい。増幅されたパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１９を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、高反射ミラー１６および１７を高反射して、再びウィンドウ１９を介して、チャンバ２０内の放電空間２３へ進行してもよい。そして、このパルスレーザ光３２は、今度はウィンドウ１８を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、出力結合ミラー１４に入射してもよい。このパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、パルスレーザ光３３として増幅装置３から出射してもよい。パルスレーザ光３２の他の一部は、出力結合ミラー１４で反射することで、フィードバック光として、再びリング光共振器中に戻されてもよい。
【００２９】
本説明では、増幅装置３がリング光共振器を含む場合を例示したが、この例に限定されるものではない。たとえば、増幅装置３は、増幅器に光共振器が配置されたファブリーペロー型共振器を含んでもよい。
【００３０】
なお、実施の形態１では、固体レーザの波長変換装置９及びそれを用いたレーザシステム１が例示されている。したがって、図１Ａにおける低コヒーレンス化光学システム４及び増幅装置３等は、本開示の必須の構成ではない。また、波長変換装置９によって波長変換する前のパルスレーザ光３１ｂは、Ｔｉ：サファイアレーザ６を含むレーザ装置から出力されたレーザ光でなくともよい。
【００３１】
４．非線形結晶の少なくとも１面の一部に冷却機構を設置した波長変換装置（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、実施の形態２では、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００３２】
４．１ 構成
実施の形態２では、波長変換素子（たとえばＫＢＢＦ結晶）の片面に少なくとも屈折率調節用の光学素子が接触する波長変換装置を例示する。屈折率調節用の光学素子としては、プリズムを例に挙げる。図２は、実施の形態２による波長変換装置１０１の概略構成を模式的に示す。図２に示すように、波長変換装置１０１は、プリズム１１０と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０とを含んでもよい。
【００３３】
プリズム１１０の材料は、たとえば合成石英であってもよい。その他にも、ＳｉＯ２結晶、溶融石英ガラス、ＣａＦ２結晶、またはＭｇＦ２結晶が用いられてもよい。特に、プリズム１１０の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。
【００３４】
プリズム１１０は、たとえば垂直面および底面が直角三角形の直角プリズムであってもよい。以下では、説明の都合上、このプリズム１１０の３つの側面のうち、直角三角形の斜辺を含む側面をコンタクト面という。また、残りの２つの側面のうち、一方を入射面といい、他方を出射面という。
【００３５】
プリズム１１０の入射面には、パルスレーザ光３１ｂの反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）１１１がコーティングされていてもよい。プリズム１１０の出射面には、少なくともパルスレーザ光３１の反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）１１２がコーティングされていてもよい。
【００３６】
プリズム１１０のコンタクト面には、ＫＢＢＦ結晶１２０が設けられてもよい。プリズム１１０とＫＢＢＦ結晶１２０との接触は、オプティカルコンタクトであってもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、プリズム１１０に直接接触していてもよいし、不図示の膜を挟んで接触していてもよい。この膜は、プリズム１１０側に形成されていてもよいし、ＫＢＢＦ結晶１２０側に形成されていてもよい。また、この膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む膜であってもよい。特に、膜の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。また、膜の材料には、プリズム１１０の材料と同系の材料が用いられるとよい。
【００３７】
ＫＢＢＦ結晶１２０は、波長変換素子としての非線形結晶である。このＫＢＢＦ結晶１２０は、波長変換素子としての他の非線形結晶に置き換えられてもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、結晶軸Ｄ１がプリズム１１０のコンタクト面に対して略垂直となるように、プリズム１１０に対して固定されてもよい。以下では、説明の都合上、ＫＢＢＦ結晶１２０におけるプリズム１１０側の面を第１面といい、第１面と反対側の面を第２面という。
【００３８】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面側には、冷却機構１３０が設けられてもよい。冷却機構１３０は、ＫＢＢＦ結晶１２０を、これの少なくとも１つの面側から冷却すればよい。本例では、冷却機構１３０は、第２面側からＫＢＢＦ結晶１２０を冷却する。
【００３９】
４．２ 動作
つづいて、図２に示す波長変換装置１０１の動作を説明する。図２に示す例では、パルスレーザ光３１ｂが、反射防止膜１１１を介してプリズム１１０に入射してもよい。パルスレーザ光３１ｂは、たとえば波長が３８６．８ｎｍの２ω光であってもよい。また、パルスレーザ光３１ｂは、偏光方向がＫＢＢＦ結晶１２０の結晶軸Ｄ１に対して垂直（図２の紙面に対して垂直）な直線偏光の光であってもよい。プリズム１１０に入射したパルスレーザ光３１ｂは、プリズム１１０を透過した後、ＫＢＢＦ結晶１２０に入射してもよい。ただし、プリズム１１０とＫＢＢＦ結晶１２０との間に不図示の膜が介在する場合、パルスレーザ光３１ｂは、この膜を透過した後、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射してもよい。
【００４０】
第１面からＫＢＢＦ結晶１２０に入射したパルスレーザ光３１ｂの一部は、ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播する途中で、たとえば波長が１９３．４ｎｍの４ω光であるパルスレーザ光３１に変換されてもよい。パルスレーザ光３１は、偏光方向がＫＢＢＦ結晶１２０の結晶軸Ｄ１と平行（図２の紙面に対して平行）な直線偏光の光であってもよい。変換されたパルスレーザ光３１および残りのパルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射してもよい。たとえばＫＢＢＦ結晶１２０の第２面が真空、気体（大気を含む）接触している場合、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０中のパルスレーザ光３１ｂおよび３１が第２面で高反射する角度で、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に入射するとよい。なお、第２面における真空、気体（大気を含む）接触している領域は、少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域であればよい。
【００４１】
第２面で反射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１は、再び、ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播してもよい。この際、２ω光であるパルスレーザ光３１ｂと４ω光であるパルスレーザ光３１との光路は、波長に対する屈折率の違いによって分離されてもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０中を伝播する反射後のパルスレーザ光３１ｂの一部は、パルスレーザ光３１に変換されてもよい。
【００４２】
その後、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、再びプリズム１１０に入射してもよい。この際、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、異なる光路でプリズム１１０に入射してもよい。その結果、パルスレーザ光３１ｂおよび３１は、異なる光路でプリズム１１０から反射防止膜１１２を介して出射してもよい。
【００４３】
ここで、たとえばプリズム１１０をＣａＦ２結晶とした場合、その屈折率は１．４４程度である。この場合、プリズム１１０のコンタクト面に対する入射面の仰角θ１を５８°とし、コンタクト面に対する出射面の仰角θ２を３２°とするとよい。このプリズム１１０の入射面に対してパルスレーザ光３１ｂを０．９°の入射角φ１で入射させると、パルスレーザ光３１ｂおよび３１の両方がＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射または全反射し得る。なお、この場合、反射後のパルスレーザ光３１ｂは、４０．３°の出射角φ３で、プリズム１１０の出射面から出射し得る。また、反射後のパルスレーザ光３１は、３０．２°の出射角φ２で、プリズム１１０の出射面から出射し得る。
【００４４】
４．３ 作用
実施の形態２によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の片面側を冷却機構１３０によって直接冷却できる。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率が改善され得る。その結果、光強度の高いパルスレーザ光３１ｂを波長変換できるので、波長変換の効率が向上し得る。また、波長変換効率の低下を抑制し得る。さらに、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を抑制できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４５】
４．４ 冷却機構の例
つづいて、上述した冷却機構１３０を、具体的な構成を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４６】
４．４．１ 空冷方式（第１例）
まず、冷却機構１３０の第１例として、空冷式の冷却機構２３０を説明する。図３は、第１例による冷却機構２３０の概略構成を模式的に示す。図３に示すように、冷却機構２３０は、温度センサ２３１と、温度コントローラ２３２と、電源２３３と、モータ２３４と、ファン２３５とを備えてもよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面は、気体に触れていてもよい。この気体は、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体であってもよい。
【００４７】
温度センサ２３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に設けられてもよい。この際、温度センサ２３１は、第２面におけるパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域であってその近傍に配置されるとよい。温度センサ２３１で検出された温度値は、温度コントローラ２３２に入力されてもよい。
【００４８】
モータ２３４の回転軸には、ファン２３５が取り付けられてもよい。ファン２３５は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に面するように配置されてもよい。モータ２３４は、電源２３３から供給された電力にしたがって、ファン２３５を回転させてもよい。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面へ、風ＦＬが吹き付けられてもよい。
【００４９】
温度コントローラ２３２は、入力された温度値に基づいて、電源２３３からモータ２３４へ電力を供給してもよい。温度コントローラ２３２は、ＫＢＢＦ結晶１２０による波長変換効率の低下が抑制できる温度、または、ＫＢＢＦ結晶１２０による波長変換効率が向上する温度となるように、電源２３３からモータ２３４へ電力を供給してもよい。
【００５０】
第１例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の反射面である第２面を気体との接触面とすることが可能となるため、第２面でのパルスレーザ光３１ｂおよび３１の反射率を向上させることができる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第２面側から空冷できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を抑制できる。
【００５１】
４．４．２ 周辺冷却方式（第２例）
つぎに、冷却機構１３０の第２例として、液冷式の冷却機構３３０を説明する。図４は、第２例による冷却機構３３０の概略構成を模式的に示す。図５は、図４におけるヒートシンク３３１の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００５２】
図４に示すように、冷却機構３３０は、温度センサ２３１と、温度コントローラ２３２と、チラー３３３と、配管３３４とを備えてもよい。配管３３４内には、たとえば液体状の冷却媒体３３５が流れてもよい。冷却媒体３３５は、たとえば純水であってもよい。
【００５３】
ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に接触していてもよい。このヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０を冷却する冷却部材である。ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０よりも高い熱伝導率を備えているとよい。ヒートシンク３３１は、たとえば銅、アルミニウムなどの金属製であってもよい。もしくは、ヒートシンク３３１は、たとえばダイヤモンドや炭化珪素などの材料を用いて構成されていてもよい。
【００５４】
チラー３３３は、水などの冷却媒体３３５を冷却し、冷却後の冷却媒体３３５を配管３３４へ送り出してもよい。チラー３３３は、温度コントローラ２３２からの制御の下で、配管３３４内に送出する冷却媒体３３５の温度および流量の少なくとも一方を制御してもよい。配管３３４は、複数本であってもよい。配管３３４は、ヒートシンク３３１内部に配設されていてもよい。配管３３４内に送出された冷却媒体３３５がヒートシンク３３１内部の配管３３４を通ることで、ヒートシンク３３１が冷却され得る。この結果、ＫＢＢＦ結晶１２０が冷却され得る。チラー３３３は、配管３３５を循環して戻ってきた冷却媒体３３５を再び冷却して、配管３３４内へ送り出してもよい。
【００５５】
図５に示すように、ヒートシンク３３１は、ＫＢＢＦ結晶１２０との接触面に、凹部３３１ａを有してもよい。凹部３３１ａは、窪みに限らず、ヒートシンク３３１を貫通する貫通孔であってもよい。凹部３３１ａの開口形状は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１のビーム断面形状と近似しているとよい。
【００５６】
凹部３３１ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と対応する領域に設けられていてもよい。ヒートシンク３３１をＫＢＢＦ結晶１２０に接触させることで凹部３３１ａ内に形成された空間内には、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体が存在してもよい。もしくは、この空間内は、真空に保たれていてもよい。第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と接触する空間を気体雰囲気または真空とすることで、パルスレーザ光３１ｂおよび３１を第２面で高反射し得る。
【００５７】
また、図５に示すように、ヒートシンク３３１におけるＫＢＢＦ結晶１２０との接触面には、温度センサ２３１を収容する凹部２３１ａが形成されていてもよい。
【００５８】
第２例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面におけるパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域がヒートシンク３１１と接触しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０を直接的に冷却し得る。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率を向上することができる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を主面である第２面側からヒートシンク３３１で直接冷却できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００５９】
４．４．３ 少なくとも高反射膜を介した直接冷却方式（第３例）
つぎに、冷却機構１３０の第３例として、第２例による冷却機構３３０を変形した冷却機構４３０を説明する。図６は、第３例による冷却機構４３０の概略構成を模式的に示す。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００６０】
図４と図６とを比較すると明らかなように、第３例による冷却機構４３０は、第２例による冷却機構３３０と同様の構成を備えてもよい。ただし、冷却機構４３０では、第２例によるヒートシンク３３１が、凹部３３１ａの無いヒートシンク４３１に置き換えられてもよい。また、冷却機構４３０は、高反射膜１２１をさらに備えてもよい。
【００６１】
高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０とヒートシンク４３１との間に設けられてもよい。高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に形成されたコーティング膜であってもよい。この場合、高反射膜１２１とヒートシンク４３１とは、オプティカルコンタクトを形成していてもよい。ただし、これに限定されない。たとえば、高反射膜１２１は、ヒートシンク４３１に形成されたコーティング膜であってもよい。この場合、高反射膜１２１とＫＢＢＦ結晶１２０とは、密着しているとよい。さらに、高反射膜１２１は、ヒートシンク４３１にコーティングしてもよい。この場合、高反射膜１２１とＫＢＢＦ結晶１２０とはオプティカルコンタクトを形成し、高反射膜１２１とヒートシンク４３１とは密着しているとよい。
【００６２】
高反射膜１２１は、波長が３８６．８ｎｍ程度のＳ偏光のレーザ光（パルスレーザ光３１ｂ）と、波長が１９３．４ｎｍ程度のＰ偏光のレーザ光（パルスレーザ光３１）とを高反射してもよい。この高反射膜１２１は、誘電体多層膜であってもよい。
【００６３】
温度センサ２３１は、高反射膜１２１とヒートシンク４３１との間に設置されてもよい。この際、温度センサ２３１は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域以外の領域であってその近傍に配置されるとよい。
【００６４】
第３例によれば、パルスレーザ光３１ｂおよび３１の反射面であるＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に高反射膜１２１が設けられているため、より高い反射率でパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射し得る。これにより、より高いエネルギーのパルスレーザ光３１を生成し得る。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面全体が比較的薄い高反射膜１２１を介してヒートシンク４３１と接触しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。これにより、ＫＢＢＦ結晶１２０の冷却効率を向上し得る。さらに、ＫＢＢＦ結晶１２０を主面である第２面側からヒートシンク４３１で冷却できるので、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００６５】
４．４．４ 高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第４例）
つぎに、冷却機構１３０の第４例として、第２例による冷却機構３３０を変形した冷却機構５３０を説明する。図７は、第４例による冷却機構５３０の概略構成を模式的に示す。図８は、図７におけるヒートシンク３３１および高熱伝導部１２２の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００６６】
図４と図７とを比較すると明らかなように、第４例による冷却機構５３０は、第２例による冷却機構３３０と同様の構成を備えてもよい。また、冷却機構５３０は、高熱伝導部１２２をさらに備えてもよい。
【００６７】
高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０とヒートシンク３３１との間に設けられてもよい。高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に形成された膜であってもよい。この場合、高熱伝導部１２２とヒートシンク３３１とは、密着しているとよい。ただし、これに限定されない。たとえば、高熱伝導部１２２は、ヒートシンク３３１に形成された膜であってもよい。この場合、高熱伝導部１２２とＫＢＢＦ結晶１２０とは、密着しているとよい。さらに、高熱伝導部１２２は、フィルム状のシート部材、板状の部材などであってもよい。この場合、高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０およびヒートシンク３３１それぞれと密着しているとよい。
【００６８】
高熱伝導部１２２は、ＫＢＢＦ結晶１２０よりも高い熱伝導率を有しているとよい。高熱伝導部１２２の材料は、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等であってもよい。
【００６９】
図８に示すように、高熱伝導部１２２は、ヒートシンク３３１の凹部３３１ａと位置整合する貫通孔１２２ａを有していてもよい。高熱伝導部１２２をＫＢＢＦ結晶１２０およびヒートシンク３３１でサンドウィッチすることで貫通孔１２２ａおよび凹部３３１ａ内に形成された空間内には、たとえば空気、窒素、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスなど、清浄な気体が存在してもよい。もしくは、この空間内は、真空に保たれていてもよい。貫通孔１２２ａの開口形状は、パルスレーザ光３１ｂおよび３１のビーム断面形状と近似しているとよい。
【００７０】
なお、第４例では、ヒートシンク３３１の代わりに、第３例による凹部３３１ａの無いヒートシンク４３１を用いてもよい。この場合、貫通孔１２２ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面における少なくともパルスレーザ光３１ｂおよび３１を反射する領域と対応する領域に設けられていてもよい。また、貫通孔１２２ａは、高熱伝導部１２２を貫通する孔に限らず、窪みであってもよい。
【００７１】
第４例によれば、ヒートシンク３３１が、熱伝導率の高い高熱伝導部１２２を介してＫＢＢＦ結晶１２０に密着しているため、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度分布を均一にすることができる。これにより、温度分布の偏りにより生じるクラックなどの破損を低減し得る。
【００７２】
４．４．５ 高反射膜と高熱熱伝導性膜を介した冷却方式（第５例）
つぎに、冷却機構１３０の第５例として、第３例による高反射膜１２１と第４例による高熱伝導部１２２とを組み合わせた冷却機構６３０を説明する。図９は、第５例による冷却機構６３０の概略構成を模式的に示す。なお、以下の説明において、上記と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００７３】
図６、図７および図９を比較すると明らかなように、第５例による冷却機構６３０は、第３例による冷却機構４３０と同様の構成に加え、高熱伝導部１２２とをさらに備えてもよい。
【００７４】
高反射膜１２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に設けられてもよい。高熱伝導部１２２は、高反射膜１２１とヒートシンク４３１との間に設けられてもよい。この高熱伝導部１２２は、第４例による高熱伝導部１２２と同様であってもよい。ただし、高熱伝導部１２２では、高熱伝導部１２２の貫通孔１２２ａが省略されてもよい。
【００７５】
第５例によれば、第３例による効果に加え、ＫＢＢＦ結晶１２０をより効率的に冷却し得る。また、第４例と同様に、ＫＢＢＦ結晶１２０の温度分布を均一にすることができるため、温度分布の偏りにより生じるクラックなどの破損を低減し得る。
【００７６】
５．複数のプリズムと冷却機構を組みあわせた波長変換装置（実施の形態３）
つぎに、本開示の実施の形態３による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。実施の形態３では、実施の形態２と同様、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００７７】
上記した実施の形態２では、ＫＢＢＦ結晶１２０へ入射するパルスレーザ光３１ｂに対する屈折率調節用の光学素子と、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射するパルスレーザ光３１ｂおよび３１に対する屈折率調節用の光学素子とに、共通のプリズム１１０を用いた。これに対し、実施の形態３では、ＫＢＢＦ結晶１２０へ入射するパルスレーザ光３１ｂと、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射するパルスレーザ光３１ｂおよび３１とに対し、それぞれ個別の屈折率調節用光学素子を設けてもよい。以下、具体的な構成を例に挙げて説明する。
【００７８】
５．１ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第１例）
図１０は、実施の形態３の第１例による波長変換装置２０１の概略構成を模式的に示す。図１０に示すように、波長変換装置２０１は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０とを備えてもよい。
【００７９】
入射プリズム２１１へは、パルスレーザ光３１ｂが外部から入射してもよい。入射プリズム２１１は、入射したパルスレーザ光３１ｂをＫＢＢＦ結晶１２０へ導いてもよい。出射プリズム２２１へは、ＫＢＢＦ結晶１２０から出射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１が入射してもよい。出射プリズム２２１は、入射したパルスレーザ光３１ｂおよび３１を外部へ出射してもよい。
【００８０】
第１例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射した後、第１面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１は、共にＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に配置されてもよい。
【００８１】
ＫＢＢＦ結晶１２０に入射したパルスレーザ光３１ｂの光路は、第２面への入射位置を含み且つ第２面と垂直である線を対称軸とした線対称となる。そこで、入射プリズム２１１と出射プリズム２２１とは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面と垂直な面を鏡映面とした面対称となるように、第１面に配置されてもよい。
【００８２】
入射プリズム２１１の入射面には、パルスレーザ光３１ｂの反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）２１２がコーティングされていてもよい。出射プリズム２２１の出射面には、少なくともパルスレーザ光３１の反射を低減する反射防止膜（ＡＲコート）２２２がコーティングされていてもよい。入射プリズム２１１および出射プリズム２２１とＫＢＢＦ結晶１２０との接触は、オプティカルコンタクトであってもよい。ＫＢＢＦ結晶１２０は、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１に直接接触していてもよいし、不図示の膜を挟んで接触していてもよい。この膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む膜であってもよい。特に、出射プリズム２２１側の膜の材料には、紫外レーザ光に強い、フッ化物系の材料が用いられるとよい。また、膜の材料には、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１の材料と同系の材料が用いられるとよい。
【００８３】
第１例によれば、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１を面対称に配置すればよいため、設計が容易となり得る。
【００８４】
５．２ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第２例）
図１１は、実施の形態３の第２例による波長変換装置２０２の概略構成を模式的に示す。図１１に示すように、波長変換装置２０２は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３１および１３２とを備えてもよい。
【００８５】
第２例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射し、さらにＫＢＢＦ結晶１２０の第１面で高反射した後、第２面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に配置されてもよい。また、出射プリズム２２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面に配置されてもよい。
【００８６】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面のうち、入射プリズム２１１が設けられていない領域には、冷却機構１３１が設けられてもよい。冷却機構１３１は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面のうち出射プリズム２２１が設けられていない領域には、冷却機構１３２が設けられてもよい。冷却機構１３２は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。
【００８７】
第２例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路を長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第１面と第２面との両方から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００８８】
５．３ 入射プリズムと出射プリズムと冷却機構の組合せ（第３例）
図１２は、実施の形態３の第３例による波長変換装置２０３の概略構成を模式的に示す。図１２に示すように、波長変換装置２０３は、入射プリズム２１１と、出射プリズム２２１と、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却機構１３０および１３１とを備えてもよい。
【００８９】
第２例では、ＫＢＢＦ結晶１２０に第１面から入射したパルスレーザ光３１ｂが、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面で高反射し、さらにＫＢＢＦ結晶１２０の第１面で高反射し、さらにまた第２面で高反射した後、第１面から出射してもよい。そこで、入射プリズム２１１および出射プリズム２２１は、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面に離間して配置されてもよい。
【００９０】
ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面のうち、入射プリズム２１１と出射プリズム２２１との間の領域には、冷却機構１３１が設けられてもよい。冷却機構１３１は、上述の冷却機構１３０と同様であってよい。また、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面には、上述の冷却機構１３０が設けられてもよい。
【００９１】
第３例によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路をより長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を第１面と第２面との両方から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００９２】
６．非線形結晶の端面から入射または出射させる場合の冷却機構を組合せた波長変換装置（実施の形態４）
つぎに、本開示の実施の形態４による波長変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。実施の形態４では、実施の形態２と同様、実施の形態１において第二波長変換素子９２として例示した部分をピックアップし、その構成をより具体的に説明する。なお、第一波長変換素子９１についても、以下で例示する構成と同様としてもよい。
【００９３】
図１３は、実施の形態４による波長変換装置３０１の概略構成を模式的に示す。図１３に示すように、波長変換装置３０１は、ＫＢＢＦ結晶１２０と、冷却装置１３０Ａおよび１３０Ｂとを備えてもよい。
【００９４】
パルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の端面から入射してもよい。以下、説明の都合上、この端面を入射端面という。ＫＢＢＦ結晶１２０内に進入したパルスレーザ光３１ｂの一部は、ＫＢＢＦ結晶１２０内を伝播中にパルスレーザ光３１に波長変換されてもよい。生成されたパルスレーザ光３１および残りのパルスレーザ光３１ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面および第２面で反射し、その後、入射端面と反対側の出射端面から出射してもよい。なお、入射端面および出射端面は、それぞれ第１面および第２面に対して略垂直であってもよい。
【００９５】
ＫＢＢＦ結晶１２０の入射端面には、この端面に対してＳ偏光である波長が３８６．８ｎｍ（２ω）程度のパルスレーザ光３１ｂの反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコート）３２１が設けられてもよい。一方、ＫＢＢＦ結晶１２０の出射端面には、この端面に対してＳ偏光であるパルスレーザ光３１ｂと、この端面に対してＰ偏光であるパルスレーザ光３１との反射を抑制する反射防止膜（ＡＲコート）３２２が設けられてもよい。
【００９６】
冷却装置１３０Ａは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第１面全体に設けられてもよい。冷却装置１３０Ｂは、ＫＢＢＦ結晶１２０の第２面全体に設けられてもよい。冷却装置１３０Ａおよび１３０Ｂは、それぞれ上記の冷却装置１３０と同様であってもよい。
【００９７】
実施の形態４によれば、ＫＢＢＦ結晶１２０内を進行するパルスレーザ光３１ｂの光路をより長くすることが可能となるため、波長変換効率を向上することが可能となる。また、ＫＢＢＦ結晶１２０を対向する両主面全体から冷却することが可能となるため、効率よくＫＢＢＦ結晶１２０を冷却することが可能となる。
【００９８】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【００９９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【０１００】
上述の実施形態においては、増幅器７が１つである例を示したが、増幅器７を複数使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６と増幅器７は共通のポンピングレーザ５によってポンピングしているが、別々のポンピングレーザを使用してもよい。また、ポンピングレーザ５としてＮｄ：ＹＬＦレーザあるいはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波光を出力するレーザを使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６の代わりにエルビウムドープト光ファイバレーザの第２高調波光を発生するレーザを使用してもよい。このレーザは、半導体レーザによってポンピングしてもよい。また、波長変換装置９は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換装置９に入射される光を増幅装置３の増幅波長帯域の波長、例えば略１９３ｎｍの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換装置９に含まれる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を使用してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１ ２ステージレーザ装置（レーザシステム）
２ 固体レーザ装置
３ 増幅装置
３１、３１ａ、３２、３３ パルスレーザ光
３１ｂ パルスレーザ光
４ 低コヒーレンス化光学システム
５ ポンピングレーザ
５１、５１ａ、５１ｂ 励起光
６ Ｔｉ：サファイアレーザ
７ 増幅器
８１ ビームスプリッタ
８２ 高反射ミラー
９ 波長変換装置
９１ 第一波長変換素子
９２ 第二波長変換素子
１０１、２０１、２０２、２０３、３０１ 波長変換装置
１１０ プリズム
１１１、１１２、２１２、２２２、３２１、３２２ 反射防止膜
１２０ ＫＢＢＦ結晶
１２１ 高反射膜
１２２ 高熱伝導部
１２２ａ 貫通孔
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３１、１３２ 冷却機構
２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ 冷却機構
２３１ 温度センサ
２３１ａ 凹部
２３２ 温度コントローラ
２３３ 電源
２３４ モータ
２３５ ファン
３３１、４３１ ヒートシンク
３３１ａ 凹部
３３３ チラー
３３４ 配管
３３５ 冷却媒体
Ｄ１ 結晶軸
ＦＬ 風
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、
前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、
を備える波長変換装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を前記第２のレーザ光に波長変換する非線形結晶を含み、
前記非線形結晶は、当該非線形結晶中を伝搬する前記第１および第２のレーザ光を少なくとも１回反射する少なくとも１つの反射面を備え、
前記冷却機構は、前記非線形結晶を前記反射面のうち少なくとも１つの反射面側から冷却する、
請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記非線形結晶は、ＫＢＢＦである、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する入射面に接触する屈折率調節素子をさらに備える、請求項２記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記非線形結晶は、前記屈折率調節素子との接触面にコーティング膜を備え、
前記接触面は、前記屈折率調節素子と前記コーティング膜とのオプティカルコンタクト面である、
請求項４記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記屈折率調節素子は、プリズムを含む、請求項４記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記波長変換部の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサで検出された前記波長変換部の温度に基づいて、前記冷却機構を駆動する温度制御部と、
をさらに備える請求項１記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記波長変換部の少なくとも１つの面へ気体を吹き付ける空冷装置を含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、
前記波長変換部の少なくとも１つの面と接触し、前記波長変換部よりも熱伝導率が大きい冷却部材と、
前記冷却部材を冷却する冷却装置と、
を備える、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記冷却部材は、内部に管を備え、
前記冷却装置は、前記管内に冷却水を流す、
請求項９記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を前記第２のレーザ光に波長変換する非線形結晶を含み、
前記非線形結晶は、当該非線形結晶中を伝搬する前記第１および第２のレーザ光を少なくとも１回反射する少なくとも１つの反射面を備え、
前記冷却部材は、前記非線形結晶の前記反射面のうち少なくとも１つの反射面に接触する、
請求項９記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記冷却部材は、前記非線形結晶との接触面の一部に凹部を有する、請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記凹部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域と対応する領域に設けられている、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記波長変換部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域に高反射膜を備える、
請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記波長変換部は、前記非線形結晶と前記冷却部材との間に、該非線形結晶よりも熱伝導率が大きい高熱伝導性部を備える、
請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１６】
前記高熱伝導性部は、コーティング膜、シート部材および板部材のいずれか１つを含む、請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項１７】
前記高熱伝導性部は、前記非線形結晶と接触し、且つ前記非線形結晶との接触面の一部に凹部を有する、請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項１８】
前記凹部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域と対応する領域に設けられている、請求項１７記載の波長変換装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域に高反射膜を備える、
請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項２０】
前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する領域に接触する第１屈折率調節素子と、
前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する領域に接触する第２屈折率調節素子と、
をさらに備える、請求項２記載の波長変換装置。
【請求項２１】
前記第１屈折率調節素子は、前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する面の一部に接触し、
前記第２屈折率調節素子は、前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する面の一部に接触し、
前記冷却機構は、前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する前記面および前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する前記面の両方から前記非線形結晶を冷却する、
請求項２０記載の波長変換装置。
【請求項２２】
前記第１屈折率調節素子と前記第２屈折率調節素子とは、前記非線形結晶の同一面に離間して接触し、
前記冷却機構は、前記非線形結晶における前記第１および第２屈折率調節素子が接触する前記面と反対側の面側から前記非線形結晶を冷却し、且つ前記非線形結晶における前記第１屈折率調節素子および前記第２屈折率調節素子の間から当該非線形結晶を冷却する、
請求項２０記載の波長変換装置。
【請求項２３】
前記非線形結晶は、
前記第１のレーザ光が入射する入射面と、
前記入射面と略直交して交わり、互いに対向する２つの反射面と、
を備え、
前記冷却機構は、前記２つの反射面それぞれから前記非線形結晶を冷却する、
請求項２記載の波長変換装置。
【請求項２４】
レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項１記載の波長変換装置と、
を備える固体レーザ装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザシステム。
【請求項１】
入射する第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換して出力する波長変換部と、
前記波長変換部を当該波長変換部の少なくとも１つの面側から冷却する冷却機構と、
を備える波長変換装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を前記第２のレーザ光に波長変換する非線形結晶を含み、
前記非線形結晶は、当該非線形結晶中を伝搬する前記第１および第２のレーザ光を少なくとも１回反射する少なくとも１つの反射面を備え、
前記冷却機構は、前記非線形結晶を前記反射面のうち少なくとも１つの反射面側から冷却する、
請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記非線形結晶は、ＫＢＢＦである、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する入射面に接触する屈折率調節素子をさらに備える、請求項２記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記非線形結晶は、前記屈折率調節素子との接触面にコーティング膜を備え、
前記接触面は、前記屈折率調節素子と前記コーティング膜とのオプティカルコンタクト面である、
請求項４記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記屈折率調節素子は、プリズムを含む、請求項４記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記波長変換部の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサで検出された前記波長変換部の温度に基づいて、前記冷却機構を駆動する温度制御部と、
をさらに備える請求項１記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記波長変換部の少なくとも１つの面へ気体を吹き付ける空冷装置を含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、
前記波長変換部の少なくとも１つの面と接触し、前記波長変換部よりも熱伝導率が大きい冷却部材と、
前記冷却部材を冷却する冷却装置と、
を備える、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記冷却部材は、内部に管を備え、
前記冷却装置は、前記管内に冷却水を流す、
請求項９記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を前記第２のレーザ光に波長変換する非線形結晶を含み、
前記非線形結晶は、当該非線形結晶中を伝搬する前記第１および第２のレーザ光を少なくとも１回反射する少なくとも１つの反射面を備え、
前記冷却部材は、前記非線形結晶の前記反射面のうち少なくとも１つの反射面に接触する、
請求項９記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記冷却部材は、前記非線形結晶との接触面の一部に凹部を有する、請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記凹部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域と対応する領域に設けられている、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記波長変換部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域に高反射膜を備える、
請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記波長変換部は、前記非線形結晶と前記冷却部材との間に、該非線形結晶よりも熱伝導率が大きい高熱伝導性部を備える、
請求項１１記載の波長変換装置。
【請求項１６】
前記高熱伝導性部は、コーティング膜、シート部材および板部材のいずれか１つを含む、請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項１７】
前記高熱伝導性部は、前記非線形結晶と接触し、且つ前記非線形結晶との接触面の一部に凹部を有する、請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項１８】
前記凹部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域と対応する領域に設けられている、請求項１７記載の波長変換装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記非線形結晶の前記反射面における少なくとも前記第１および第２のレーザ光を反射する領域に高反射膜を備える、
請求項１５記載の波長変換装置。
【請求項２０】
前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する領域に接触する第１屈折率調節素子と、
前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する領域に接触する第２屈折率調節素子と、
をさらに備える、請求項２記載の波長変換装置。
【請求項２１】
前記第１屈折率調節素子は、前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する面の一部に接触し、
前記第２屈折率調節素子は、前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する面の一部に接触し、
前記冷却機構は、前記非線形結晶に対して前記第１のレーザ光が入射する前記面および前記非線形結晶から前記第２のレーザ光が出射する前記面の両方から前記非線形結晶を冷却する、
請求項２０記載の波長変換装置。
【請求項２２】
前記第１屈折率調節素子と前記第２屈折率調節素子とは、前記非線形結晶の同一面に離間して接触し、
前記冷却機構は、前記非線形結晶における前記第１および第２屈折率調節素子が接触する前記面と反対側の面側から前記非線形結晶を冷却し、且つ前記非線形結晶における前記第１屈折率調節素子および前記第２屈折率調節素子の間から当該非線形結晶を冷却する、
請求項２０記載の波長変換装置。
【請求項２３】
前記非線形結晶は、
前記第１のレーザ光が入射する入射面と、
前記入射面と略直交して交わり、互いに対向する２つの反射面と、
を備え、
前記冷却機構は、前記２つの反射面それぞれから前記非線形結晶を冷却する、
請求項２記載の波長変換装置。
【請求項２４】
レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項１記載の波長変換装置と、
を備える固体レーザ装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【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１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４１０５１（Ｐ２０１３−４１０５１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７０３６（Ｐ２０１１−１７７０３６）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発事業／先導研究／リソグラフィ用ハイブリッドＡｒＦレーザシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発事業／先導研究／リソグラフィ用ハイブリッドＡｒＦレーザシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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