(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に角度をなす入射側平面と射出側平面からなる屈折媒体からなり、前記入射側平面は、Ｐ偏光の入射光をブルースター角以外の所定の角度で入射させるように角度設定されていると共に、前記射出側平面は前記入射側平面で屈折した入射光をブルースター角で入射させるように角度設定されており、前記Ｐ偏光の入射光を、前記入射側平面でフレネル反射された反射光と、前記射出側平面を屈折した透過射出光とに分割することを特徴とするビームスプリッター。
【請求項２】
前記屈折媒体がＣａＦ２  からなることを特徴とする請求項１記載のビームスプリッター。
【請求項３】
前記Ｐ偏光の入射光が波長２００ｎｍ以下の紫外光であることを特徴とする請求項１又は２記載のビームスプリッター。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項記載のビームスプリッターをレーザ発振器から射出されたレーザ光の一部をモニター光として分岐するために用いていることを特徴とするレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームスプリッター及びそれを用いたレーザシステムに関し、特に、コーティングを用いないでも所望の反射率が得られ耐久性に優れたビームスプリッターとそれを用いたレーザシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来のエキシマレーザ等のガスレーザシステムの概略の構成を示す。このレーザシステムは、レーザ媒質であるレーザガスが封入されたレーザチェンバー１、その両側に配置された反射鏡あるいは狭帯域化光学系４と出力鏡５からなる共振器から構成されたレーザ発振器１０と、出力鏡５から射出されたレーザ光６の一部を分岐してその分岐光７をパワーモニターや波長モニターのモニター装置１５へ入射させると共に、透過光８を出力レーザ光とするビームスプリッター１１とからなり、レーザチェンバー１内部には、レーザガスを放電励起するためにレーザ光軸（点線）を挟んで離間して紙面に垂直方向に対向配置された一対の放電用電極２、２が設けられ、レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、レーザ光を通過させるブリュースター窓３、３が設けられている。
【０００３】
このような構成のレーザシステムにおいて、ビームスプリッター１１は、エキシマレーザ用の場合には、紫外線が透過するＣａＦ２  （螢石）からなる基板の入射側の面に部分反射コーティング１３を施し、射出側の面に反射防止コーティング１４を施したものを用い、レーザ発振器１０から射出されたレーザ光６に対して４５°の角度をなすように配置し、入射光６の５〜１０％程度をレーザ光軸の方向に対して９０°方向へモニター光７として反射させ、射出側の面の反射防止コーティング１４で裏面反射を抑制して残りの光を出力レーザ光８として射出させている。
【０００４】
なお、モニター装置１５から得られたパワーや波長に関する情報は、そのままモニターに用いられる。あるいは、得られたパワー情報は放電用電極２、２に印加する電圧制御等の出力制御に用いられ、波長情報は狭帯域化光学系４の角度制御等の波長制御に用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えばＡｒＦエキシマレーザシステムにおいては、ビームスプリッター１１の特に射出側の面の反射防止コーティング１４が波長１９３ｎｍの紫外のレーザ光６により傷められやすく、ビームスプリッター１１の耐久性がよくない。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特にエキシマレーザ等のレーザシステムのモニター光の分岐に好適であって、レーザ光によるダメージが少なく耐久性に優れたビームスプリッターとそれを用いたレーザシステムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のビームスプリッターは、相互に角度をなす入射側平面と射出側平面からなる屈折媒体からなり、前記入射側平面は、Ｐ偏光の入射光をブルースター角以外の所定の角度で入射させるように角度設定されていると共に、前記射出側平面は前記入射側平面で屈折した入射光をブルースター角で入射させるように角度設定されており、前記Ｐ偏光の入射光を、前記入射側平面でフレネル反射された反射光と、前記射出側平面を屈折した透過射出光とに分割することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、屈折媒体としてＣａＦ２  等を用いることができる。
【０００９】
また、Ｐ偏光の入射光としては波長２００ｎｍ以下の紫外光に適用することが望ましい。
【００１０】
本発明は、以上のビームスプリッターをレーザ発振器から射出されたレーザ光の一部をモニター光として分岐するために用いていることを特徴とするレーザシステムを含むものである。
【００１１】
本発明においては、相互に角度をなす入射側平面と射出側平面からなる屈折媒体からなり、前記入射側平面は、Ｐ偏光の入射光をブルースター角以外の所定の角度で入射させるように角度設定されていると共に、前記射出側平面は前記入射側平面で屈折した入射光をブルースター角で入射させるように角度設定されており、前記Ｐ偏光の入射光を、前記入射側平面でフレネル反射された反射光と、前記射出側平面を屈折した透過射出光とに分割するようにしたので、波長が２００ｎｍ以下の紫外レーザ光が入射しても、部分反射コーティングや反射防止コーティングがないため、それらの損傷による耐久性の低下が起こり難く、また、ＣａＦ２  等の屈折媒体単体のみからなるので、作製が容易である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるビームスプリッターとそれを用いたレーザシステムの原理と実施例について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による１実施例のビームスプリッター２０の断面図であり、このビームスプリッター２０は相互に角度５．３°（θＷ  ）をなす入射側平面２２と射出側平面２３からなるウエッジ状のＣａＦ２  単体２１からなるものであり、その両面２２、２３には何らのコーティングも施されていない。このビームスプリッター２０は波長１９３．４ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して設計されたものであり、ＣａＦ２  のその波長での屈折率（ｎ２  ）は、１．５０１１４２である。このビームスプリッター２０の入射側平面２２に入射角（θｉ１）７０．８°でＰ偏光のＡｒＦエキシマレーザ光の入射光１６が空気あるいは真空中から入射した場合、入射側平面２２でフレネル反射して、反射光１７として入射光１６に対して偏向角（２θｉ１）１４１．６°で部分反射する。その割合は５％である。一方、入射側平面２２でフレネル反射せずに屈折した屈折光１９はＰ偏光のまま射出側平面２３にブルースター角（θｉ２＝ａｒｃｔａｎ（１／ｎ２  ））で入射し、そこで全く反射されず屈折されて、入射光１６に対して偏向角（θＬ  ）９．２°をなしてＰ偏光のまま射出光１８として出て行く。その入射光１６に対する割合は９５％である。
【００１４】
このように、本発明によるビームスプリッター２０は、相互に角度をなす入射側平面と射出側平面からなる屈折媒体からなり、Ｐ偏光の入射光を入射側平面でフレネル反射させて０でない所定割合を反射光として部分反射させ、入射側平面で屈折した屈折光をＰ偏光のまま射出側平面にブルースター角で入射させるようにして、入射側平面でフレネル反射しなかった割合部分を射出光として入射光に対して所定の偏向角をなして射出させるものである。
【００１５】
図２に、各面での入射角θｉ１、θｉ２、屈折角θｔ１、θｔ２、反射光１７の反射角θｉ１、ビームスプリッター２０を構成するウエッジの頂角θＷ  、射出光１８の偏向角θＬ  を示す。ビームスプリッター２０の外の媒体（空気又は真空）の屈折率をｎ１  、ビームスプリッター２０の屈折媒体の屈折率をｎ２  とすると、屈折の法則より、
0003613153.tif 000002
を満足する。また、θｉ２、θｔ２はブルースター角であるから、
0003613153.tif 000003
を満足する。また、簡単な幾何学から、
0003613153.tif 000004
また、反射光１７の反射率は、フレネル係数から、
0003613153.tif 000005
で与えられる。
【００１６】
上記（１）〜（７）式を用いて、ｎ１  ＝１、ｎ２  ＝１．５０１１４２、θｉ１＝７０．８°とすることにより、図１のように、θＷ  ＝５．３°、θＬ  ＝９．２°、反射光１７の入射光１６に対する偏向角２θｉ１＝１４２°、反射光１７の反射率５％、射出光１８の透過率９５％が導かれる。
【００１７】
とろで、図３は、波長１９３．４ｎｍでのＣａＦ２  単体２１の入射側平面２２での入射角に対するＰ偏光反射率とＳ偏光反射率を示す図であるが、この図から、特に、レーザシステム用のモニター光を分離するために適したビームスプリッターの反射率としては、１〜９％の範囲にあればよい。そのためには、Ｐ偏光の入射角は６４．１°〜７４°の範囲で選ばれる。また、反射率の範囲が１〜３％で十分であれば、Ｐ偏光の入射角は２４．８°〜４３．７°の範囲で選ばれる。
【００１８】
次に、図４に上記の角度範囲に入射角が選ばれたときの、その入射角に対するＰ偏光反射率、ビームスプリッター２０を構成するウエッジの頂角θＷ  、射出光１８の偏向角θＬ  の関係を示す。なお、この図の関係は、下記の図５（ａ）、（ｃ）の面配置の場合である。
【００１９】
ところで、本発明によるビームスプリッター２０の入射側平面２２と射出側平面２３の配置としては、図１の実施例のように、入射側平面２２で屈折された光１９の入射光１６に対する回転方向と、射出側平面２３で屈折される射出光１８の光１９に対する回転方向とが逆の方向になるように、射出側平面２３を配置する場合と、同じ方向になるよう配置する場合がある。図５（ａ）、（ｂ）は何れも入射角が２４．８°〜４３．７°の場合で、図５（ａ）は上記の逆の方向の場合、図５（ｂ）は上記の同じ方向の場合であり、図５（ｃ）、（ｄ）は何れも入射角が６４．１°〜７４°の場合で、図５（ｃ）は上記の逆の方向の場合、図５（ｄ）は上記の同じ方向の場合である。ただし、何れにおいても、反射光１７の図示は省いてある。
【００２０】
以上のような本発明のビームスプリッターは特に２００ｎｍ以下の波長の紫外線に対して有効であり、特に、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザシステムや波長１５７ｎｍのＦ２  レーザシステムのモニター光分岐用に適していて、耐久性に優れたものである。
【００２１】
図６は、本発明の図１のビームスプリッター２０を適用したＡｒＦエキシマレーザ等の放電励起紫外線レーザシステムの概略の構成を示す図であり、このレーザシステムは、図７の従来例と同様に、レーザ媒質であるレーザガスが封入されたレーザチェンバー１、その両側に配置された反射鏡あるいは狭帯域化光学系４と出力鏡５からなる共振器から構成されたレーザ発振器１０と、出力鏡５から射出されたレーザ光６の一部を分岐してその分岐光７をパワーモニターや波長モニターのモニター装置１５へ入射させると共に、透過光８を出力レーザ光とするビームスプリッター２０とからなり、レーザチェンバー１内部には、レーザガスを放電励起するためにレーザ光軸（点線）を挟んで離間して紙面に垂直に対向配置された一対の放電用電極２、２が設けられ、レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、レーザ光を通過させるブリュースター窓３、３が設けられている。
【００２２】
そして、ビームスプリッター２０としては、図１の実施例のように、レーザ発振器１０中の光軸と、ビームスプリッター２０から射出する出力レーザ光８の光軸とが９．２°の角度をなすように、入射側平面２２と射出側平面２３の角度が設定されたウエッジ状のＣａＦ２  単体２１からなるものを用いており、出力レーザ光８の光軸がレーザ装置の外側筐体３１に平行に射出するように、レーザシステムの各部品が基板３０上に設置されている。
【００２３】
このような構成において、ビームスプリッター２０が相互に角度をなす入射側平面２２と射出側平面２３とからなるウエッジ状のＣａＦ２  単体２１からなるので、波長が２００ｎｍ以下の紫外レーザ光６が入射しても、部分反射コーティングや反射防止コーティングがないため、それらの損傷による耐久性の低下が起こり難く、また、ＣａＦ２  等の屈折媒体単体２１のみからなるので、作製が容易である。加えて、このようなビームスプリッター２０をモニター光７の分岐用に用いる場合、レーザ発振器１０中の光軸をレーザ装置の外側筐体３１あるいはレーザシステムの各部品を取り付けた基板３０に対して傾けて配置することができ、基板３０を筐体３１から矢印方向へ取り出す場合レーザ発振器１０中の光軸に垂直に基板３０を移動させる必要がなくなる。
【００２４】
以上、本発明のビームスプリッター及びそれを用いたレーザシステムを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。また、用いる屈折媒体もＣａＦ２  に限らず種々の透明な屈折媒体を用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のビームスプリッター及びそれを用いたレーザシステムによると、相互に角度をなす入射側平面と射出側平面からなる屈折媒体からなり、前記入射側平面は、Ｐ偏光の入射光をブルースター角以外の所定の角度で入射させるように角度設定されていると共に、前記射出側平面は前記入射側平面で屈折した入射光をブルースター角で入射させるように角度設定されており、前記Ｐ偏光の入射光を、前記入射側平面でフレネル反射された反射光と、前記射出側平面を屈折した透過射出光とに分割するようにしたので、波長が２００ｎｍ以下の紫外レーザ光が入射しても、部分反射コーティングや反射防止コーティングがないため、それらの損傷による耐久性の低下が起こり難く、また、ＣａＦ２  等の屈折媒体単体のみからなるので、作製が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１実施例のビームスプリッターの断面図である。
【図２】説明に用いる入射角等のパラメータを示す図である。
【図３】波長１９３．４ｎｍでのＣａＦ２  単体の入射側平面での入射角に対するＰ偏光反射率とＳ偏光反射率を示す図である。
【図４】所定の角度範囲に入射角が選ばれたときのその入射角に対するＰ偏光反射率、ウエッジの頂角θＷ  、射出光の偏向角θＬ  の関係を示す図である。
【図５】本発明によるビームスプリッターの入射側平面と射出側平面の可能な配置を示す図である。
【図６】本発明の図１のビームスプリッターを適用した放電励起紫外線レーザシステムの概略の構成を示す図である。
【図７】従来のガスレーザシステムの概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザチェンバー
２…放電用電極
３…ブリュースター窓
４…反射鏡又は狭帯域化光学系
５…出力鏡
６…出力レーザ光（入射光）
７…分岐光（モニター光、反射光）
８…透過光（射出光、出力レーザ光）
１０…レーザ発振器
１５…モニター装置
１６…入射光
１７…反射光
１８…射出光
１９…屈折光
２０…ビームスプリッター
２１…屈折媒体単体
２２…入射側平面
２３…射出側平面
３０…基板
３１…レーザ装置の外側筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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