高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法
【構成】処理チェンバー１内に被処理ミラー７を配置し、該ミラーの表面にはＲＦプラズマ発生管３中のラジカルを照射する高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法。
【効果】プラズマ内の高エネルギー粒子による損傷が少ない状態で、プラズマ中で発生するラジカルを劣化した高性能レーザー用ミラー表面に照射することができるので、ミラー表層に堆積或は注入された原子・分子を除去して、従来不可能であった100ppm程度の超低損失領域においてもミラーの劣化を回復させることが可能となる。
【効果】プラズマ内の高エネルギー粒子による損傷が少ない状態で、プラズマ中で発生するラジカルを劣化した高性能レーザー用ミラー表面に照射することができるので、ミラー表層に堆積或は注入された原子・分子を除去して、従来不可能であった100ppm程度の超低損失領域においてもミラーの劣化を回復させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高性能レーザー装置に用いられる損失が例えば100ppm以下の超低損失ミラーの再生方法に関するものであり、更に詳しくはこれら超低損失ミラーの表面劣化によって起こる損失の増加をＲＦ（高周波）プラズマを用いて低減して初期の性能を回復させるための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自由電子レーザー、レーザージャイロ、重力波レーザー干渉計などの高性能レーザー装置では共振器やエタロンの他に、光偏向用としても100ppm〜数ppm 程度の超低損失ミラーが用いられている。
【０００３】このような超低損失ミラーはその表面の僅かな変化により損失が増加し、レーザーの性能が著しく損なわれる。
【０００４】中でも自由電子レーザーにおいてはミラー劣化が激しく、実験的には40ppm 程度の損失が10時間程度の使用で1000ppm 程度まで増加することが観測されている。
【０００５】超低損失ミラーにおいて損失増加を引き起こす要因は、ミラー表面への特に炭素などの各種ガス原子・分子の付着・堆積、更にそれらのミラー表層部への注入によるが、このようなミラー表面の変化は非常に微小であり、これらによる損失の増加は通常レベルでは全く問題とならない。
【０００６】しかし、上述のように高性能レーザー装置に用いられる損失が100ppm以下の超低損失ミラーにおいては、この程度の損失増加でもレーザー性能が著しく損なわれるので、無視できなくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような超低損失領域では、従来ミラー劣化が起こっても、それを回復させる技術が全く存在せず、損失がある程度以上大きくなった時点でミラー交換を行うことで対処していた。
【０００８】しかし、頻繁なミラー交換はコストと時間を要すると共に、装置の安定性を著しく損なう原因となり、したがって劣化した超低損失ミラーの速やかな再生技術の開発が重要な課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するため、この発明では処理チェンバー内に被処理ミラーを配置し、該ミラーの表面にＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射する高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法を提案するものである。
【００１０】
【作用】即ち、この発明では被処理ミラー表面にＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射することにより、ミラー表層に付着・堆積更に注入された原子・分子（特に炭素）が除去され、100ppm程度の超低損失領域においてもミラー損失を低減して、ミラーを再使用可能なレベルまで再生することが可能となるのである。
【００１１】なお、劣化したミラーを再生するためプラズマ照射すると、プラズマ内の高エネルギーの荷電粒子が被処理ミラーの表面に衝突することによりミラー表面が損傷を受け、却ってミラー損失が増加することが予測されるが、この発明では処理チェンバー内に配置した被処理ミラーにＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射させるため、ラジカルの発生量、プラズマと被処理ミラーとの距離等のパラメータの制御が容易で、予測されるプラズマ内の高エネルギー粒子によるミラー表面の損傷を最小限に抑えながら、ミラー表面にラジカルを照射させることができる。
【００１２】また、この発明で使用するプラズマ発生用ガスとしては酸素ガスの他、水素ガス、アルゴンガスなど励起状態で容易にラジカルを発生するガスを使用することが可能と考えられる。
【００１３】
【実施例】以下、図示の実施例に基づいてこの発明を詳細に説明すると、１は処理チェンバー、２は真空排気装置、３はプラズマ発生用石英管、４はＲＦプラズマ発生用コイル（水冷、２ターン）、５はＲＦ電源（13.56MHz、1kW) 、６はプラズマ発生用ガス供給装置、７は処理チェンバー１内に配置された被処理ミラーを示す。
【００１４】先ず処理チェンバー１内を真空排気装置２にて10-5Torr程度以下の圧力まで排気した後、被処理ミラー７の上部よりプラズマ発生用ガス（ここではＯ2 ）を50SCCMの流量で供給しながらＲＦ電源５及びプラズマ発生用コイル４を用いて石英管３内にプラズマを発生させる。
【００１５】このプラズマ内では各種の励起された粒子が発生するが、このうち高エネルギーの荷電粒子は被処理ミラーの表面に衝突することによって損傷を与え、却ってミラー損失を増加させるため、被処理ミラー７とプラズマ間距離を適切に配置し（ここでは被処理ミラーとプラズマ中心との距離は20cm) 、また処理チェンバー１内のガス圧力を制御する（ここでは2Torr)ことによって、主に励起状態の中性原子（ここでは原子状酸素ラジカル）のみが被処理ミラー面に到達するように設定した。
【００１６】このような実験配置で、ＲＦ電源５の入力電力450Wにおいて１時間程度被処理ミラー１の表面処理を行うことによって、1000ppm 程度のミラー損失が100ppm程度まで低減できることが実験的に確認された。
【００１７】更に処理条件の最適化を進めることによって、ミラー劣化の一層の回復が期待できる。
【００１８】またプラズマ処理を、ミラーをレーザー装置に取り付けたままで行うことにより（その場処理）、ミラーの着脱・調整も不要となり、レーザー装置の高安定化の実現が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】以上要するに、この発明によればプラズマ内の高エネルギー粒子による損傷が少ない状態で、プラズマ中で発生するラジカルを劣化した高性能レーザー用ミラー表面に照射することができるので、ミラー表層に堆積或は注入された原子・分子を除去して、従来不可能であった100ppm程度の超低損失領域においてもミラーの劣化を回復させることが可能となる。
【００２０】したがって、この発明によれば自由電子レーザー、レーザージャイロ、重力波レーザー干渉計をはじめ、各種高性能レーザー装置の長寿命・高安定動作化を実現でき、これらを用いた物理学の基礎研究や各種研究や各種応用研究の進展が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例を示す模式図。
【符号の説明】
１は処理チャンバ
２は真空排気装置
３はプラズマ発生用石英管
４はＲＦプラズマ発生用コイル
５はＲＦ電源
６はプラズマ発生用ガス供給装置
７は被処理ミラー
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高性能レーザー装置に用いられる損失が例えば100ppm以下の超低損失ミラーの再生方法に関するものであり、更に詳しくはこれら超低損失ミラーの表面劣化によって起こる損失の増加をＲＦ（高周波）プラズマを用いて低減して初期の性能を回復させるための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自由電子レーザー、レーザージャイロ、重力波レーザー干渉計などの高性能レーザー装置では共振器やエタロンの他に、光偏向用としても100ppm〜数ppm 程度の超低損失ミラーが用いられている。
【０００３】このような超低損失ミラーはその表面の僅かな変化により損失が増加し、レーザーの性能が著しく損なわれる。
【０００４】中でも自由電子レーザーにおいてはミラー劣化が激しく、実験的には40ppm 程度の損失が10時間程度の使用で1000ppm 程度まで増加することが観測されている。
【０００５】超低損失ミラーにおいて損失増加を引き起こす要因は、ミラー表面への特に炭素などの各種ガス原子・分子の付着・堆積、更にそれらのミラー表層部への注入によるが、このようなミラー表面の変化は非常に微小であり、これらによる損失の増加は通常レベルでは全く問題とならない。
【０００６】しかし、上述のように高性能レーザー装置に用いられる損失が100ppm以下の超低損失ミラーにおいては、この程度の損失増加でもレーザー性能が著しく損なわれるので、無視できなくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような超低損失領域では、従来ミラー劣化が起こっても、それを回復させる技術が全く存在せず、損失がある程度以上大きくなった時点でミラー交換を行うことで対処していた。
【０００８】しかし、頻繁なミラー交換はコストと時間を要すると共に、装置の安定性を著しく損なう原因となり、したがって劣化した超低損失ミラーの速やかな再生技術の開発が重要な課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するため、この発明では処理チェンバー内に被処理ミラーを配置し、該ミラーの表面にＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射する高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法を提案するものである。
【００１０】
【作用】即ち、この発明では被処理ミラー表面にＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射することにより、ミラー表層に付着・堆積更に注入された原子・分子（特に炭素）が除去され、100ppm程度の超低損失領域においてもミラー損失を低減して、ミラーを再使用可能なレベルまで再生することが可能となるのである。
【００１１】なお、劣化したミラーを再生するためプラズマ照射すると、プラズマ内の高エネルギーの荷電粒子が被処理ミラーの表面に衝突することによりミラー表面が損傷を受け、却ってミラー損失が増加することが予測されるが、この発明では処理チェンバー内に配置した被処理ミラーにＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射させるため、ラジカルの発生量、プラズマと被処理ミラーとの距離等のパラメータの制御が容易で、予測されるプラズマ内の高エネルギー粒子によるミラー表面の損傷を最小限に抑えながら、ミラー表面にラジカルを照射させることができる。
【００１２】また、この発明で使用するプラズマ発生用ガスとしては酸素ガスの他、水素ガス、アルゴンガスなど励起状態で容易にラジカルを発生するガスを使用することが可能と考えられる。
【００１３】
【実施例】以下、図示の実施例に基づいてこの発明を詳細に説明すると、１は処理チェンバー、２は真空排気装置、３はプラズマ発生用石英管、４はＲＦプラズマ発生用コイル（水冷、２ターン）、５はＲＦ電源（13.56MHz、1kW) 、６はプラズマ発生用ガス供給装置、７は処理チェンバー１内に配置された被処理ミラーを示す。
【００１４】先ず処理チェンバー１内を真空排気装置２にて10-5Torr程度以下の圧力まで排気した後、被処理ミラー７の上部よりプラズマ発生用ガス（ここではＯ2 ）を50SCCMの流量で供給しながらＲＦ電源５及びプラズマ発生用コイル４を用いて石英管３内にプラズマを発生させる。
【００１５】このプラズマ内では各種の励起された粒子が発生するが、このうち高エネルギーの荷電粒子は被処理ミラーの表面に衝突することによって損傷を与え、却ってミラー損失を増加させるため、被処理ミラー７とプラズマ間距離を適切に配置し（ここでは被処理ミラーとプラズマ中心との距離は20cm) 、また処理チェンバー１内のガス圧力を制御する（ここでは2Torr)ことによって、主に励起状態の中性原子（ここでは原子状酸素ラジカル）のみが被処理ミラー面に到達するように設定した。
【００１６】このような実験配置で、ＲＦ電源５の入力電力450Wにおいて１時間程度被処理ミラー１の表面処理を行うことによって、1000ppm 程度のミラー損失が100ppm程度まで低減できることが実験的に確認された。
【００１７】更に処理条件の最適化を進めることによって、ミラー劣化の一層の回復が期待できる。
【００１８】またプラズマ処理を、ミラーをレーザー装置に取り付けたままで行うことにより（その場処理）、ミラーの着脱・調整も不要となり、レーザー装置の高安定化の実現が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】以上要するに、この発明によればプラズマ内の高エネルギー粒子による損傷が少ない状態で、プラズマ中で発生するラジカルを劣化した高性能レーザー用ミラー表面に照射することができるので、ミラー表層に堆積或は注入された原子・分子を除去して、従来不可能であった100ppm程度の超低損失領域においてもミラーの劣化を回復させることが可能となる。
【００２０】したがって、この発明によれば自由電子レーザー、レーザージャイロ、重力波レーザー干渉計をはじめ、各種高性能レーザー装置の長寿命・高安定動作化を実現でき、これらを用いた物理学の基礎研究や各種研究や各種応用研究の進展が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例を示す模式図。
【符号の説明】
１は処理チャンバ
２は真空排気装置
３はプラズマ発生用石英管
４はＲＦプラズマ発生用コイル
５はＲＦ電源
６はプラズマ発生用ガス供給装置
７は被処理ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】 処理チェンバー内に被処理ミラーを配置し、該ミラーの表面にはＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射することを特徴とする高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法。
【請求項１】 処理チェンバー内に被処理ミラーを配置し、該ミラーの表面にはＲＦプラズマ中で発生するラジカルを照射することを特徴とする高性能レーザー装置に用いられる超低損失ミラーの再生方法。
【図１】
【公開番号】特開平７−１７４９１２
【公開日】平成７年（１９９５）７月１４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３４４９４５
【出願日】平成５年（１９９３）１２月２０日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９３年９月２７日〜９月３０日 主催の「１９９３年（平成５年）秋季 第５４回応用物理学会学術講演会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【指定代理人】
【氏名又は名称】工業技術院電子技術総合研究所長
【公開日】平成７年（１９９５）７月１４日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）１２月２０日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９３年９月２７日〜９月３０日 主催の「１９９３年（平成５年）秋季 第５４回応用物理学会学術講演会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【指定代理人】
【氏名又は名称】工業技術院電子技術総合研究所長
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