(57)【要約】このレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、第１の増幅器に入射するレーザ光の第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が第２の一対の放電電極の第１のギャップ間隔と略同じとなるように、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
2016151827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置され、前記第１の増幅器に入射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が前記第２の一対の放電電極の前記第１のギャップ間隔と略同じとなるように、前記発振器から出力された前記レーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、
を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記第１のビーム調節光学系は、正のパワーの第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第１の光学素子は、第１の焦点距離ＦＬ１を有し、
前記第２の光学素子は、前記第１の焦点距離ＦＬ１以下の第２の焦点距離ＦＬ２を有し、
前記第１の光学素子に入射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿った第１のビーム幅Ａと、前記第２の光学素子から出射する前記レーザ光の前記第２の一対の放電電極の放電方向に沿った第２のビーム幅Ｂとの比Ｂ／ＡがＢ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１の式で与えられ、且つ、前記第２のビーム幅Ｂが、前記第２の一対の放電電極の前記第１のギャップ間隔と略同じである、
請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置され、前記発振器から出力された前記レーザ光を調節する第１のビーム調節光学系であって、正のパワーの第１の光学素子と、前記第１の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む前記第１のビーム調節光学系と、
を備えるレーザ装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子は、第１の焦点距離ＦＬ１を有し、
前記第２の光学素子は、前記第１の焦点距離ＦＬ１以下の第２の焦点距離ＦＬ２を有し、
前記第１の光学素子の後側焦点の位置に対して前記第２の光学素子の前側焦点の位置がわずかに前記レーザ光の下流側となるように配置された、
請求項４記載のレーザ装置。
【請求項６】
第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、
前記発振器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、前記第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、前記レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、
前記発振器と前記第１の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第１のビーム調節光学系と、
を備えるレーザ装置。
【請求項７】
前記第１のビーム調節光学系の倍率が略等倍である、請求項６記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器内に位置し、
前記第１のビーム調節光学系の像点が前記第２の一対の放電電極の間に位置する、
請求項６記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器の略中心に位置し、
前記第１のビーム調節光学系の像点が前記第２の一対の放電電極の間の略中心に位置する、
請求項６記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に第２のギャップ間隔で配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置され、前記第２の増幅器に入射する前記レーザ光の前記第３の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が前記第３の一対の放電電極の前記第２のギャップ間隔と略同じとなるように、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を調節する第２のビーム調節光学系と、
をさらに備える請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置され、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を調節する第２のビーム調節光学系であって、正のパワーの第３の光学素子と、前記第３の光学素子よりも前記レーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第４の光学素子と、を含む前記第２のビーム調節光学系と、
をさらに備える請求項４記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光の光路に配置された第３のレーザチャンバと、前記第３のレーザチャンバの中に配置された第３の一対の放電電極と、を含み、前記第１の増幅器から出力された前記レーザ光を増幅して出力する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第２のビーム調節光学系と、
をさらに備える請求項６記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記第１のビーム調節光学系の物点が前記光共振器の略中心に位置し、
前記第１のビーム調節光学系の像点及び前記第２のビーム調節光学系の物点が前記第２の一対の放電電極の間の略中心に位置し、
前記第２のビーム調節光学系の像点が前記第３の一対の放電電極の間の略中心に位置する、
請求項１２記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第１の一対の放電電極は、前記第１のレーザチャンバの中に前記第１のギャップ間隔で配置されている、
請求項１記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザアニール装置は、基板上に成膜されたアモルファス（非結晶）シリコン膜にエキシマレーザ等のレーザシステムから出力された紫外線領域の波長を有するパルスレーザ光を照射し、ポリシリコン膜に改質する装置である。アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に改質することにより、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製することができる。このＴＦＴは、比較的大きな液晶ディスプレイに使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７９７７号公報
【特許文献２】米国特許第８８０３０２７号明細書
【特許文献３】特許第４８１８８７１号公報
【特許文献４】特許第５３７６９０８号公報
【概要】
【０００４】
本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に第１のギャップ間隔で配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、第１の増幅器に入射するレーザ光の第２の一対の放電電極の放電方向に沿ったビーム幅が第２の一対の放電電極の第１のギャップ間隔と略同じとなるように、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
【０００５】
本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置され、発振器から出力されたレーザ光を調節する第１のビーム調節光学系であって、正のパワーの第１の光学素子と、第１の光学素子よりもレーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含む第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
【０００６】
本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバの中に配置された第１の一対の放電電極と、光共振器と、を含み、レーザ光を出力する発振器と、発振器から出力されたレーザ光の光路に配置された第２のレーザチャンバと、第２のレーザチャンバの中に配置された第２の一対の放電電極と、を含み、レーザ光を増幅して出力する第１の増幅器と、発振器と第１の増幅器との間の光路に配置された両テレセントリックな光学系である第１のビーム調節光学系と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示される増幅器ＰＡを一対の放電電極間の放電方向と平行な方向から見た図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１ＡのＩＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１ＡのＩＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図３ＡのＩＶＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３ＡのＩＶＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図３ＡのＩＶＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第１の例としてのビーム調節光学系４０ａをＶ方向から見た図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ビーム調節光学系４０ａをＨ方向から見た図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第２の例としてのビーム調節光学系４０ｂをＶ方向から見た図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ビーム調節光学系４０ｂをＨ方向から見た図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第３の例としてのビーム調節光学系４０ｃをＶ方向から見た図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ビーム調節光学系４０ｃをＨ方向から見た図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第４の例としてのビーム調節光学系４０ｄをＶ方向から見た図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ビーム調節光学系４０ｄをＨ方向から見た図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図３Ａに示されるビーム調節光学系の第５の例としてのビーム調節光学系４０ｅをＶ方向から見た図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ビーム調節光学系４０ｅをＨ方向から見た図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０ＡのＸＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１０ＡのＸＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１０ＡのＸＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。
【図１３】図１３は、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３に示されるレーザ装置を簡略化して示す光学配置図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第１の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第２の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。
【実施形態】
【０００８】
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザ装置
２．１  ＭＯＰＡレーザ源の構成
２．２  ＭＯＰＡレーザ源の動作
２．３  課題
３．ビーム調節光学系を含むレーザ装置
３．１  構成
３．２  動作
３．３  作用
３．４  その他
３．５  ビーム調節光学系の第１の例
３．６  ビーム調節光学系の第２の例
３．７  ビーム調節光学系の第３の例
３．８  ビーム調節光学系の第４の例
３．９  ビーム調節光学系の第５の例
４．両テレセントリックなビーム調節光学系を含むレーザ装置
４．１  構成
４．２  動作
４．３  作用
４．４  その他
４．５  第２の実施形態の変形例
５．複数の増幅器を含むレーザ装置
５．１  構成
５．２  動作及び作用
５．３  第３の実施形態の変形例
【０００９】
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、本開示のいくつかの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。
【００１０】
１．概要
レーザアニール装置は、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜にパルス状のレーザ光を所定のエネルギー密度で照射することによって、レーザアニールを行ってもよい。近年のようにますます大きな液晶ディスプレイが製造されるようになると、所定のエネルギー密度での照射面積を広げるために、レーザ光の１つのパルスあたりのエネルギーを増加させることが求められ得る。１つのパルスあたりのエネルギーを増加させるために、発振器（ＭＯ）と増幅器（ＰＡ）とを有する２チャンバシステムを用いる場合がある。このような２チャンバシステムを用いたレーザ装置をＭＯＰＡレーザ源ともいう。
【００１１】
発振器から出力されたレーザ光のビームは拡がりを有するため、増幅器に入射するまでの間にビーム径が大きくなり得る。このビーム径が増幅器の放電空間よりも大きくなると、レーザ光の一部が増幅器の放電空間に入りきらずに無駄となるため、ＭＯＰＡレーザ源によるレーザ光の生成効率が低下し得る。例えば、発振器の放電空間と増幅器の放電空間が略同じで、発振器と増幅器との間の距離が離れている場合に、特に問題となり得る。
【００１２】
本開示の１つの観点において、発振器と増幅器との間の光路に配置された第１のビーム調節光学系が、正のパワーの第１の光学素子と、第１の光学素子よりもレーザ光の下流側に配置された正又は負のパワーの第２の光学素子と、を含んでもよい。
本開示の１つの観点において、発振器と増幅器との間の光路に配置された第１のビーム調節光学系が、両テレセントリックな光学系であってもよい。
第１のビーム調節光学系は、増幅器に入射するレーザ光のビーム幅が当該増幅器の一対の放電電極のギャップ間隔と略同じとなるように、レーザ光を調節してもよい。
【００１３】
２．比較例に係るレーザ装置
２．１  ＭＯＰＡレーザ源の構成
図１Ａは、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。このレーザ装置は、発振器ＭＯと、増幅器ＰＡと、複数の高反射ミラー１８及び１９とを備えたＭＯＰＡレーザ源であってもよい。図１Ａは、レーザ光の進行方向と垂直で、且つ、発振器ＭＯ及び増幅器ＰＡにおける一対の放電電極間の放電方向と垂直な方向から見た図である。図１Ｂは、図１Ａに示される増幅器ＰＡを一対の放電電極間の放電方向と平行な方向から見た図である。レーザ光の進行方向をＺ方向としてもよい。発振器ＭＯ及び増幅器ＰＡにおける一対の放電電極間の放電方向をＶ方向としてもよい。Ｚ方向及びＶ方向の両方に垂直な方向をＨ方向としてもよい。高反射ミラー１８又は１９によってレーザ光が反射されて進行方向が変化するのに伴って、Ｚ方向及びＶ方向が変化してもよい。
【００１４】
発振器ＭＯは、第１のレーザチャンバ１０と、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂと、リアミラー１４と、出力結合ミラー１５と、を含んでもよい。第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂは、第１のレーザチャンバ１０の内部に配置されていてもよい。リアミラー１４及び出力結合ミラー１５は、光共振器を構成してもよい。リアミラー１４と出力結合ミラー１５との間に、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間が位置していてもよい。リアミラー１４は、レーザ光を高い反射率で反射するミラーでもよい。出力結合ミラー１５は、エキシマレーザ光を透過させるＣａＦ２結晶などの基板に、エキシマレーザ光を１０％〜４０％反射する部分反射膜がコートされたものでもよい。第１のレーザチャンバ１０の両端には、それぞれウインドウ１０ａ及び１０ｂが配置されていてもよい。
【００１５】
複数の高反射ミラー１８及び１９は、発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光がシード光として増幅器ＰＡに入射するように配置されてもよい。
【００１６】
増幅器ＰＡは、第２のレーザチャンバ２０と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂと、を含んでもよい。第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂは、第２のレーザチャンバ２０の内部に配置されていてもよい。第２のレーザチャンバ２０の両端には、それぞれウインドウ２０ａ及び２０ｂが配置されていてもよい。
【００１７】
第１のレーザチャンバ１０及び第２のレーザチャンバ２０は、それぞれエキシマレーザガスを封入していてもよい。エキシマレーザガスは、希ガスとしてアルゴンガス、クリプトンガス又はキセノンガスを含み、ハロゲンガスとしてフッ素ガス又は塩素ガスを含み、バッファガスとしてネオンガス又はヘリウムガスを含んでもよい。
【００１８】
第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間に形成される放電空間と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間に形成される放電空間とは、略同じ形状及び大きさであってもよい。従って、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂのギャップ間隔と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔とは、略同じであってもよい。
【００１９】
ウインドウ１０ａ、１０ｂ、２０ａ及び２０ｂは、いずれも、エキシマレーザ光を透過させるＣａＦ２結晶などで構成されてもよい。ウインドウ１０ａ、１０ｂ、２０ａ及び２０ｂは、いずれも、反射が低減されるように、ブリュースター角でＨ方向に傾けられて配置されていてもよい。
【００２０】
２．２  ＭＯＰＡレーザ源の動作
図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図２Ｂは、図１ＡのＩＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図２Ｃは、図１ＡのＩＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【００２１】
発振器ＭＯにおいて、図示しない電源によって第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されてもよい。第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されると、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間にパルス状の放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザガスは励起されて高エネルギー準位に遷移し得る。励起されたレーザガスがその後低エネルギー準位に遷移する時、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。エキシマレーザ装置においては、この光は紫外線の光を含んでもよい。レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射し得る。この光が、光共振器を構成するリアミラー１４と出力結合ミラー１５との間で往復して定常波を形成してもよい。この光が、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間を繰り返し通過することにより増幅され、レーザ発振が起こり得る。
【００２２】
出力結合ミラー１５が、光共振器において発生した光の一部を透過させることにより、発振器ＭＯからパルス状のレーザ光が出力され得る。ここで、出力されるレーザ光のビームプロファイルは、図２Ａに示されるような形状となり得る。すなわち、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間と略同じ寸法のビームプロファイルとなり得る。
【００２３】
図２Ａに示されるように、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のビーム断面は、放電方向すなわちＶ方向に長い形状であってよく、ほぼ長方形状であってもよい。さらに、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のＶ方向のビームプロファイルは、略均一なエネルギー密度を有する略トップハット状であってもよい。また、発振器ＭＯから出力されるレーザ光のＨ方向のビームプロファイルは、中央付近でエネルギー密度が高く、端部付近ではエネルギー密度が低いガウス分布状であってもよい。
【００２４】
このレーザ光は、Ｈ方向とＶ方向に対してそれぞれの発散角で拡がりながら、高反射ミラー１８及び１９を経由して、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａにシード光として入射し得る。ウインドウ２０ａに入射するパルス状のレーザ光のビームプロファイルは、図２Ｂに示されるような形状となり得る。ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の一部は、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に入射し得る。しかしながら、ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の別の一部は、放電空間の±Ｖ方向にはみ出て第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂに当たってしまい、放電空間に入らない場合がある。また、ウインドウ２０ａに入射したレーザ光の別の一部は、放電空間から±Ｈ方向にはみ出てしまい、放電空間に入らない場合がある。
【００２５】
レーザ光の一部が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に入射するのと同期して、図示しない電源によって第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されてもよい。第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の高電圧が印加されると、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間にパルス状の放電が起こり得る。レーザガス中で放電が発生すると、レーザガスは励起され得る。その結果、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間を通過するレーザ光が増幅され、増幅された光がウインドウ２０ｂを介して増幅器ＰＡから外部に出力され得る。増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のビームプロファイルは、図２Ｃに示されるような形状となり得る。ウインドウ２０ｂから出射したレーザ光は、僅かに拡がりつつ進行し得る。このため、図１ＡのＩＩＣ線位置におけるＶ方向ビーム幅は、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップよりも僅かに大きくなり得る。
【００２６】
２．３  課題
発振器ＭＯと増幅器ＰＡの間の距離が離れている場合、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａに入射するレーザ光のビームサイズは、増幅器ＰＡの放電空間に対して大きくなり得る。このため、レーザ光の一部は増幅器ＰＡの放電空間に入りきらずに、増幅されなくなり得る。その結果、ＭＯＰＡレーザ源によるレーザ光の生成効率が低下し得る。
そこで、以下に本開示の実施形態を説明する。
【００２７】
３．ビーム調節光学系を含むレーザ装置
３．１  構成
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザ装置は、高反射ミラー１８及び１９の間のレーザ光の光路に、ビーム調節光学系４０を備えていてもよい。
【００２８】
ビーム調節光学系４０は、増幅器ＰＡに入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅が、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略一致する形状となるように調節する光学系であってもよい。このビーム調節光学系４０は、例えば、シリンドリカル凸レンズ４１とシリンドリカル凹レンズ４２とを含んでいてもよい。
【００２９】
３．２  動作
図４Ａは、図３ＡのＩＶＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図４Ｂは、図３ＡのＩＶＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図４Ｃは、図３ＡのＩＶＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【００３０】
発振器ＭＯから出力されたレーザ光は、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０に入射し得る。ビーム調節光学系４０によって、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略同じ大きさとなるように、レーザ光のビームプロファイルが変換され得る（図４Ｂ）。
【００３１】
Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略同じ大きさに変換されたレーザ光のビームは、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の放電空間に注入され得る。
【００３２】
３．３  作用
これにより、ビーム調節光学系４０がなかった場合に比べて、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂにレーザ光の一部が当たって無駄になるのを抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーは増加し得る。
図４Ｂに示されるように±Ｈ方向にレーザ光がはみ出た場合は、±Ｈ方向の両端部分が無駄となるが、レーザ光の±Ｈ方向の両端部分は光強度が比較的弱い部分であるので、レーザ光のエネルギーの無駄はあまり大きくないと言い得る。
【００３３】
３．４  その他
なお、この実施形態では、ビーム調節光学系４０が高反射ミラー１８及び１９の間の光路に配置された例を示したが、本開示はこれに限定されない。ビーム調節光学系４０の少なくとも一部が、出力結合ミラー１５と高反射ミラー１８との間の光路、又は、高反射ミラー１９とウインドウ２０ａとの間の光路に配置されてもよい。
【００３４】
また、ビーム調節光学系の機能として、Ｖ方向のビーム幅が、第２の１対の放電電極のギャップ間隔と略同じとなるビーム調節光学系の例を示したが、本開示はこの例に限定されない。Ｖ方向だけでなく、Ｈ方向のビーム幅も、増幅器ＰＡの放電領域のＨ方向の幅と略一致するようにしてもよい（図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂを参照しながら後述する）。
【００３５】
３．５  ビーム調節光学系の第１の例
図５Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第１の例としてのビーム調節光学系４０ａをＶ方向から見た図である。図５Ｂは、ビーム調節光学系４０ａをＨ方向から見た図である。
【００３６】
ビーム調節光学系４０ａは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１は、シリンドリカル凹レンズ４２よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
【００３７】
シリンドリカル凸レンズ４１は、当該シリンドリカル凸レンズ４１よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とは、シリンドリカル凸レンズ４１に対して図の左側から平行光線が入射して右側に通過したときに、線上に集光する位置を示す軸に相当し得る。平行光線が入射したときに透過させて集光するシリンドリカル凸レンズ４１のような光学素子、あるいは平行光線が入射したときに反射して集光する凹面ミラーのような光学素子を、正のパワーの光学素子という。
【００３８】
シリンドリカル凹レンズ４２は、当該シリンドリカル凹レンズ４２よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点軸Ｆ２を有していてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、シリンドリカル凹レンズ４２に対して図の右側から平行光線が入射して図の左側に通過したときの発散光線を、シリンドリカル凹レンズ４２の右側に延長して交差する位置を示す軸に相当し得る。平行光線が入射したときに透過させて発散させるシリンドリカル凹レンズ４２のような光学素子、あるいは平行光線が入射したときに反射して発散させる凸面ミラーのような光学素子を、負のパワーの光学素子という。
【００３９】
シリンドリカル凹レンズ４２の焦点距離ＦＬ２は、シリンドリカル凸レンズ４１の焦点距離ＦＬ１以下であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００４０】
シリンドリカル凸レンズ４１は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２は、ホルダー５２に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２を支持するホルダー５２は、１軸ステージ５３に支持されて、レーザ光の光路軸に沿って移動できてもよい。ホルダー５１及び１軸ステージ５３は、プレート５４に支持されてもよい。これにより、シリンドリカル凹レンズ４２は、レーザ光の光路軸に沿ってＺ方向と平行に移動でき、シリンドリカル凸レンズ４１との距離を変更し得る。
【００４１】
１軸ステージ５３には、図示しないマイクロメータが配置されており、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とのレーザ光の光路軸に沿った距離を調整できてもよい。図示しないマイクロメータは、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの電極ギャップと略一致するように、シリンドリカル凹レンズ４２の位置を調整してもよい。不図示のマイクロメータは手動式マイクロメータあるいは自動式マイクロメータであってよい。自動式マイクロメータは、図示しない制御装置によって駆動するように構成してもよい。
【００４２】
発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ａのシリンドリカル凸レンズ４１に入射し得る。
【００４３】
拡がりを有するビームとしてシリンドリカル凸レンズ４１に入射したレーザ光は、シリンドリカル凸レンズ４１を通過すると、収束光となってＶ方向のビーム幅を次第に縮小させ、シリンドリカル凹レンズ４２に入射し得る。
シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
【００４４】
図５Ｂに示されるように、シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅をＡとし、シリンドリカル凹レンズ４２を通過したレーザ光のＶ方向のビーム幅をＢとした場合、以下の関係が成立することが望ましい。
Ｂ≒Ｇ
Ｂ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１
ここで、Ｇは第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔でもよい。シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅Ａと第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔Ｇとから、レンズの焦点距離の比を決定することにより、レーザ光を所望のビーム幅に調整することができる。
【００４５】
この例においては、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行に配置したが、本開示はこの例に限定されない。
例えば、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とを、Ｖ方向と略平行に配置してもよい。その場合は、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略一致するように、レンズ間隔が調節されてもよい。
【００４６】
３．６  ビーム調節光学系の第２の例
図６Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第２の例としてのビーム調節光学系４０ｂをＶ方向から見た図である。図６Ｂは、ビーム調節光学系４０ｂをＨ方向から見た図である。
【００４７】
図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明したビーム調節光学系４０ａに対して、ビーム調節光学系４０ｂは、シリンドリカル凸レンズ４１の代わりに球面凸レンズ４５を備えてもよい。ビーム調節光学系４０ｂは、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりに球面凹レンズ４６を備えていてもよい。
【００４８】
球面凸レンズ４５は、当該球面凸レンズ４５よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点Ｆ１を有していてもよい。球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１とは、球面凸レンズ４５に対して図の左側から平行光線が入射して右側に通過したときに、通過した光が集光する点に相当し得る。
【００４９】
球面凹レンズ４６は、当該球面凹レンズ４６よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点Ｆ２を有していてもよい。球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２とは、球面凹レンズ４６に対して図の右側から平行光線が入射して図の左側に通過したときの発散光線を、球面凹レンズ４６の右側に延長して交差する点に相当し得る。
【００５０】
球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１と球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２とは、略一致していてもよい。球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００５１】
球面凸レンズ４５は、ホルダー５１に支持されていてもよい。球面凹レンズ４６は、ホルダー５２に支持されていてもよい。
レンズ保持及び位置調整のための構成については、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
【００５２】
発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ａの球面凸レンズ４５に入射し得る。
【００５３】
拡がりを有するビームとして球面凸レンズ４５に入射したレーザ光は、球面凸レンズ４５を通過すると、収束光となってＶ方向及びＨ方向のビーム幅を次第に縮小させ、球面凹レンズ４６に入射し得る。
球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、球面凹レンズ４６を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
球面凹レンズ４６を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなり、又は、Ｈ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
【００５４】
ビーム調節光学系４０ｂによって調整されるビーム幅は、Ｖ方向のビーム幅を第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔に合わせられてもよいし、Ｈ方向のビーム幅を増幅器ＰＡにおける放電幅に合わせられてもよい。あるいは、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略一致するようなレンズ間隔と、Ｈ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略一致するようなレンズ間隔との間で、レンズ間隔を設定してもよい。
【００５５】
このように、第２の例によれば、レーザ光のＶ方向のビーム幅とＨ方向のビーム幅との両方を小さくして、増幅器ＰＡに入射させることができる。従って、レーザ光の一部が無駄になるのを第１の例よりも抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーが増加し得る。
【００５６】
３．７  ビーム調節光学系の第３の例
図７Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第３の例としてのビーム調節光学系４０ｃをＶ方向から見た図である。図７Ｂは、ビーム調節光学系４０ｃをＨ方向から見た図である。
【００５７】
ビーム調節光学系４０ｃは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凹レンズ４２との構成及び動作は、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
【００５８】
ビーム調節光学系４０ｃは、さらに、シリンドリカル凸レンズ４３と、シリンドリカル凹レンズ４４とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３と、シリンドリカル凹レンズ４４との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３は、シリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
【００５９】
シリンドリカル凸レンズ４３は、当該シリンドリカル凸レンズ４３よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ３離れた位置に、後側焦点軸Ｆ３を有していてもよい。
シリンドリカル凹レンズ４４は、当該シリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ４離れた位置に、前側焦点軸Ｆ４を有していてもよい。
【００６０】
シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、それぞれＶ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００６１】
シリンドリカル凸レンズ４３は、ホルダー５６に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４は、ホルダー５７に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４を支持するホルダー５７は、１軸ステージ５８に支持されてレーザ光の光路軸に沿って移動できてもよい。ホルダー５６及び１軸ステージ５８は、プレート５９に支持されてもよい。これにより、シリンドリカル凹レンズ４４は、レーザ光の光路軸に沿ってＺ方向と平行に移動でき、シリンドリカル凸レンズ４３との距離を変更し得る。
【００６２】
１軸ステージ５８には、図示しないマイクロメータが配置されており、シリンドリカル凸レンズ４３とシリンドリカル凹レンズ４４とのレーザ光の光路軸に沿った距離を調整できてもよい。
【００６３】
以上の構成により、シリンドリカル凸レンズ４１とシリンドリカル凹レンズ４２とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなるようにしてもよい。さらに、シリンドリカル凸レンズ４３とシリンドリカル凹レンズ４４とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなるようにしてもよい。
【００６４】
このように、第３の例によれば、レーザ光のビーム幅を、Ｖ方向とＨ方向とで独立に制御し得る。従って、レーザ光の一部が無駄になるのを第１の例及び第２の例よりも抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーが増加し得る。
【００６５】
３．８  ビーム調節光学系の第４の例
図８Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第４の例としてのビーム調節光学系４０ｄをＶ方向から見た図である。図８Ｂは、ビーム調節光学系４０ｄをＨ方向から見た図である。
【００６６】
第４の例においては、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した第３の例に対し、２つのシリンドリカル凸レンズの代わりに両面シリンドリカル凸レンズを用いてもよい。
【００６７】
ビーム調節光学系４０ｄは、両面シリンドリカル凸レンズ４７と、シリンドリカル凹レンズ４２と、シリンドリカル凹レンズ４４と、を備えていてもよい。これらのシリンドリカルレンズは、レーザ光の光路に位置していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７は、シリンドリカル凹レンズ４２及びシリンドリカル凹レンズ４４よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
【００６８】
両面シリンドリカル凸レンズ４７は、Ｈ方向に平行な軸を有する第１のシリンドリカル凸面と、Ｖ方向に平行な軸を有する第２のシリンドリカル凸面と、を有していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７は、当該両面シリンドリカル凸レンズ４７よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。また、両面シリンドリカル凸レンズ４７は、当該両面シリンドリカル凸レンズ４７よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ３離れた位置に、後側焦点軸Ｆ３を有していてもよい。
【００６９】
両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００７０】
両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、それぞれＶ方向と略平行であってもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３とシリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４とは、略一致していてもよい。両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００７１】
両面シリンドリカル凸レンズ４７は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４２は、ホルダー５２に支持されていてもよい。シリンドリカル凹レンズ４４は、ホルダー５７に支持されていてもよい。
両面シリンドリカル凸レンズ４７、シリンドリカル凹レンズ４２及びシリンドリカル凹レンズ４４の保持及び位置調整のための構成については、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した構成と実質的に同様でよい。
【００７２】
以上の構成により、両面シリンドリカル凸レンズ４７とシリンドリカル凹レンズ４２とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＶ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなるようにしてもよい。さらに、両面シリンドリカル凸レンズ４７とシリンドリカル凹レンズ４４とのレンズ間隔を調整することにより、レーザ光のＨ方向のビーム幅が増幅器ＰＡにおける放電幅と略同じサイズとなるようにしてもよい。
【００７３】
このように、第４の例によれば、レーザ光のビーム幅を、Ｖ方向とＨ方向とで独立に制御し得る。また、第４の例によれば、第３の例に比べてレンズの数が少なくて済み、コンパクトな構成とすることができる。
【００７４】
３．９  ビーム調節光学系の第５の例
図９Ａは、図３Ａに示される第１の実施形態におけるビーム調節光学系４０の第５の例としてのビーム調節光学系４０ｅをＶ方向から見た図である。図９Ｂは、ビーム調節光学系４０ｅをＨ方向から見た図である。
【００７５】
第５の例においては、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例に対し、シリンドリカル凹レンズの代わりに、正のパワーの光学素子であるシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。
【００７６】
ビーム調節光学系４０ｅは、シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凸レンズ４８とを備えていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１と、シリンドリカル凸レンズ４８との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１は、シリンドリカル凸レンズ４８よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
【００７７】
シリンドリカル凸レンズ４１は、当該シリンドリカル凸レンズ４１よりもレーザ光の下流側に焦点距離ＦＬ１離れた位置に、後側焦点軸Ｆ１を有していてもよい。
シリンドリカル凸レンズ４８は、当該シリンドリカル凸レンズ４８よりもレーザ光の上流側に焦点距離ＦＬ２離れた位置に、前側焦点軸Ｆ２を有していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、シリンドリカル凸レンズ４８に対して図の右側から平行光線が入射して左側に通過したときに、線上に集光する位置を示す軸に相当し得る。
【００７８】
シリンドリカル凸レンズ４８の焦点距離ＦＬ２は、シリンドリカル凸レンズ４１の焦点距離ＦＬ１以下であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、略一致していてもよい。シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００７９】
シリンドリカル凸レンズ４１は、ホルダー５１に支持されていてもよい。シリンドリカル凸レンズ４８は、ホルダー５２に支持されていてもよい。
レンズ保持及び位置調整のための構成については、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
【００８０】
発振器ＭＯから出力されたパルス状のレーザ光は、発散光となってビーム幅を次第に拡大しながら、高反射ミラー１８を経由して、ビーム調節光学系４０ｅのシリンドリカル凸レンズ４１に入射し得る。
【００８１】
拡がりを有するビームとしてシリンドリカル凸レンズ４１に入射したレーザ光は、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、わずかにレーザ光の下流側の位置で集光した後に発散し、シリンドリカル凸レンズ４８に入射し得る。
シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側となるように調節することにより、シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光が平行に近いビームとなり得る。
シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光は、Ｖ方向のビーム幅が第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔と略同じサイズとなって、増幅器ＰＡに入射し得る。
【００８２】
図９Ｂに示されるように、シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅をＡとし、シリンドリカル凸レンズ４８を通過したレーザ光のＶ方向のビーム幅をＢとした場合、以下の関係が成立することが望ましい。
Ｂ≒Ｇ
Ｂ／Ａ≒ＦＬ２／ＦＬ１
ここで、Ｇは第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔でもよい。シリンドリカル凸レンズ４１に入射するレーザ光のＶ方向のビーム幅Ａと第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔Ｇとから、レンズの焦点距離の比を決定することにより、レーザ光を所望のビーム幅に調整することができる。
【００８３】
この例においては、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とは、それぞれＨ方向と略平行に配置したが、本開示はこの例に限定されない。
例えば、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１とシリンドリカル凸レンズ４８の前側焦点軸Ｆ２とを、Ｖ方向と略平行に配置してもよい。
【００８４】
また、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明した第２の例において、球面凹レンズの代わりに球面凸レンズを用いてもよい。この場合でも、球面凸レンズ４５の後側焦点Ｆ１よりも、球面凹レンズ４６の代わりの球面凸レンズの前側焦点Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００８５】
また、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明した第３の例において、シリンドリカル凹レンズの代わりにシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。この場合でも、シリンドリカル凸レンズ４１の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。また、シリンドリカル凸レンズ４３の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００８６】
また、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら説明した第４の例において、シリンドリカル凹レンズの代わりにシリンドリカル凸レンズを用いてもよい。この場合でも、両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ１よりも、シリンドリカル凹レンズ４２の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ２の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。また、両面シリンドリカル凸レンズ４７の後側焦点軸Ｆ３よりも、シリンドリカル凹レンズ４４の代わりのシリンドリカル凸レンズの前側焦点軸Ｆ４の方が、わずかにレーザ光の下流側に配置されてもよい。
【００８７】
４．両テレセントリックなビーム調節光学系を含むレーザ装置
４．１  構成
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第２の実施形態に係るレーザ装置は、高反射ミラー１８及び１９の間のレーザ光の光路に、両テレセントリックな光学系であるビーム調節光学系６０ａを備えていてもよい。
【００８８】
ビーム調節光学系６０ａは、焦点距離ＦＬ１の球面凸レンズ６１と、焦点距離ＦＬ１の球面凸レンズ６２と、を含んでもよい。球面凸レンズ６１と、球面凸レンズ６２との両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。
【００８９】
球面凸レンズ６１の後側焦点と、球面凸レンズ６２の前側焦点とが略同じ位置となるように、これらのレンズが配置されてもよい。ここで、これらの焦点の重なる位置に仮想の絞りを配置したとき、この仮想の絞りの中心を通る光線は、球面凸レンズ６１よりもレーザ光の上流側においてはレーザ光の光路軸と略平行であってもよい。すなわち、入射瞳が無限遠にあってもよい。また、この仮想の絞りの中心を通る光線は、球面凸レンズ６２よりもレーザ光の下流側においてもレーザ光の光路軸と略平行であってもよい。すなわち、出射瞳が無限遠にあってもよい。
【００９０】
加えて、球面凸レンズ６１の前側焦点の位置に、出力結合ミラー１５の部分反射面が位置していてもよい。図１０Ａにおいて、球面凸レンズ６１から高反射ミラー１８までの距離ＦＬ１ａと、高反射ミラー１８から出力結合ミラー１５の部分反射面までの距離ＦＬ１ｂとの合計は、以下の式で与えられてもよい。
ＦＬ１ａ＋ＦＬ１ｂ＝ＦＬ１
同様に、球面凸レンズ６２から高反射ミラー１９までの距離ＦＬ１ａ'と、高反射ミラー１９から球面凸レンズ６２の後側焦点までの距離ＦＬ１ｂ'との合計もＦＬ１でよい。このとき、出力結合ミラー１５の部分反射面の像が、球面凸レンズ６２の後側焦点面の位置に、略等倍の転写倍率で結像してもよい。すなわち、図１０Ａに示される物体面Ｏが、図１０Ａに示される像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。
【００９１】
４．２  動作
図１１Ａは、図１０ＡのＸＩＡ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図１１Ｂは、図１０ＡのＸＩＢ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。図１１Ｃは、図１０ＡのＸＩＣ線におけるビーム断面のビームプロファイルを示す。
【００９２】
発振器ＭＯから出力されたレーザ光は、高反射ミラー１８及び１９と、ビーム調節光学系６０ａとを介して、増幅器ＰＡに入射し得る。ビーム調節光学系６０ａによって、発振器ＭＯの出力結合ミラー１５の部分反射面に位置する物体面Ｏが、ビーム調節光学系６０ａよりレーザ光の下流側の像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。従って、図１１Ａに示されるビーム断面のビームプロファイルと、図１１Ｂに示されるビーム断面のビームプロファイルとが略同じとなり得る。
【００９３】
さらに、ビーム調節光学系６０ａが両テレセントリックな光学系であるので、レーザ光の光路軸に沿って物体面Ｏを移動した場合も、転写倍率の変化がわずかであり得る。また、レーザ光の光路軸に沿って像面Ｉを移動した場合も、転写倍率の変化がわずかであり得る。
【００９４】
４．３  作用
これにより、増幅器ＰＡの放電空間にレーザ光が入りきらずにレーザ光の一部が無駄になるのを抑制し得る。そして、増幅器ＰＡから出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーは増加し得る。
【００９５】
４．４  その他
なお、この実施形態では、ビーム調節光学系６０ａが高反射ミラー１８及び１９の間の光路に配置された例を示したが、本開示はこれに限定されない。ビーム調節光学系６０ａは、出力結合ミラー１５とウインドウ２０ａとの間の光路の任意の位置に配置されてもよい。
【００９６】
また、球面凸レンズ６１の焦点距離と球面凸レンズ６２の焦点距離とが略同じである場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。球面凸レンズ６１と球面凸レンズ６２とは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂのギャップ間隔と、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂのギャップ間隔との比率に応じて、互いに異なる焦点距離を有していてもよい。
【００９７】
また、出力結合ミラー１５の部分反射面を物体面Ｏとし、増幅器ＰＡのウインドウ２０ａの近傍位置を像面Ｉとした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。発振器ＭＯの光共振器内の位置を物体面Ｏとしてもよい。発振器ＭＯのウインドウ１０ａ及びウインドウ１０ｂの間の位置を物体面Ｏとしてもよい。増幅器ＰＡのウインドウ２０ａ及びウインドウ２０ｂの間の位置を像面Ｉとしてもよい。好ましくは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の位置を物体面Ｏとし、第２の一対の放電電極２１ａ及び２１ｂの間の位置を像面Ｉとしてもよい。さらに好ましくは、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間の略中心位置を物体面Ｏとし、第１の一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間の略中心位置を像面Ｉとしてもよい。
【００９８】
４．５  第２の実施形態の変形例
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を概略的に示す。このレーザ装置においては、２つの軸外放物面ミラー６８及び６９を用いて、両テレセントリックな光学系であるビーム調節光学系６０ｂを構成してもよい。
【００９９】
軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９の両方が、レーザ光の光路に位置していてもよい。軸外放物面ミラー６８は、軸外放物面ミラー６９よりもレーザ光の上流側に位置していてもよい。
【０１００】
軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、いずれも、回転放物面の内面を反射面とするミラーであってもよい。軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、それらの回転放物面の軸が互いに略平行で、且つ、それらの焦点Ｆ１が略一致するように配置されてもよい。
【０１０１】
軸外放物面ミラー６８は、発振器ＭＯから平行光のレーザ光が回転放物面の軸と平行に入射した場合に、レーザ光の光路軸を９０°変化させるとともに、焦点Ｆ１において集光させてもよい。軸外放物面ミラー６９は、焦点Ｆ１から発散したレーザ光が入射した場合に、レーザ光の光路軸を９０°変化させるとともに、回転放物面の軸と平行に、増幅器ＰＡに平行光のレーザ光を導いてもよい。実際には、レーザ光は平行光ではなく、ある程度の拡がり角を有していてもよい。
【０１０２】
軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９の焦点距離は、互いに等しくてもよい。このとき、軸外放物面ミラー６８からレーザ光の光路の上流側に向けて焦点距離ＦＬ１に相当する距離に位置する物体面Ｏが、軸外放物面ミラー６９からレーザ光の光路の下流側に向けて焦点距離ＦＬ１に相当する距離に位置する像面Ｉに、転写倍率１：１で転写されてもよい。物体面Ｏは、発振器ＭＯの放電空間内に位置してもよい。像面Ｉは、増幅器ＰＡの放電空間内に位置してもよい。
【０１０３】
この変形例によれば、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら説明したビーム調節光学系６０ａと同様の作用を有するほか、高反射ミラー１８及び１９とビーム調節光学系６０ａとをほぼ合わせた役割を、ビーム調節光学系６０ｂに持たせることができる。従って、光学素子の数を低減し得る。
【０１０４】
なお、軸外放物面ミラー６８及び軸外放物面ミラー６９は、発振器ＭＯの放電空間の大きさと増幅器ＰＡの放電空間の大きさとの比率に応じて、互いに異なる焦点距離を有していてもよい。
【０１０５】
５．複数の増幅器を含むレーザ装置
５．１  構成
図１３は、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第３の実施形態に係るレーザ装置は、発振器ＭＯの他に、第１の増幅器ＰＡ１及び第２の増幅器ＰＡ２を備えていてもよい。
【０１０６】
発振器ＭＯ及び第１の増幅器ＰＡ１の構成は、それぞれ、上述の発振器ＭＯ及び上述の増幅器ＰＡの構成と同様でよい。第２の増幅器ＰＡ２は、第３のレーザチャンバ３０と、第３の一対の放電電極３１ａ及び３１ｂと、を含んでもよい。第３の一対の放電電極３１ａ及び３１ｂは、第３のレーザチャンバ３０の内部に配置されていてもよい。第３のレーザチャンバ３０の両端には、それぞれウインドウ３０ａ及び３０ｂが配置されていてもよい。これらの各構成は、第１の増幅器ＰＡ１における各構成と同様でよい。
【０１０７】
発振器ＭＯと第１の増幅器ＰＡ１との間のレーザ光の光路には、例えば、高反射ミラー１８及び１９の他に、両テレセントリックなビーム調節光学系を構成する凸レンズ６１及び凸レンズ６２が配置されていてもよい。凸レンズ６１及び凸レンズ６２は、それぞれ焦点距離ＦＬ１を有していてもよい。図１３において、凸レンズ６１から高反射ミラー１８までの距離ＦＬ１ａと、高反射ミラー１８から凸レンズ６１の後側焦点までの距離ＦＬ１ｂとの合計は、以下の式で表されてもよい。
ＦＬ１ａ＋ＦＬ１ｂ＝ＦＬ１
同様に、凸レンズ６２の前側焦点から高反射ミラー１９までの距離ＦＬ１ｂ'と、高反射ミラー１９から凸レンズ６２までの距離ＦＬ１ａ'との合計もＦＬ１でよい。
【０１０８】
第１の増幅器ＰＡ１と第２の増幅器ＰＡ２との間のレーザ光の光路には、例えば、高反射ミラー２８及び２９の他に、両テレセントリックなビーム調節光学系を構成する凸レンズ６３及び凸レンズ６４が配置されていてもよい。凸レンズ６３及び凸レンズ６４は、それぞれ焦点距離ＦＬ２を有していてもよい。図１３において、凸レンズ６３から高反射ミラー２８までの距離ＦＬ２ａと、高反射ミラー２８から凸レンズ６３の後側焦点までの距離ＦＬ２ｂとの合計は、以下の式で表されてもよい。
ＦＬ２ａ＋ＦＬ２ｂ＝ＦＬ２
同様に、凸レンズ６４の前側焦点から高反射ミラー２９までの距離ＦＬ２ｂ'と、高反射ミラー２９から凸レンズ６４までの距離ＦＬ２ａ'との合計もＦＬ２でよい。
【０１０９】
凸レンズ６１及び凸レンズ６２のそれぞれの焦点距離ＦＬ１と、凸レンズ６３及び凸レンズ６４のそれぞれの焦点距離ＦＬ２とは、互いに異なっていてもよい。
【０１１０】
５．２  動作及び作用
図１４Ａは、図１３に示されるレーザ装置を簡略化して示す光学配置図である。
凸レンズ６１の前側焦点は、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。凸レンズ６２の後側焦点は、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。これにより、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置する物体面Ｏが、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置する第１の像面Ｉ１に転写されてもよい。
【０１１１】
凸レンズ６３の前側焦点は、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。凸レンズ６４の後側焦点は、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置していてもよい。これにより、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間のほぼ中心に位置する第１の像面Ｉ１が、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置する第２の像面Ｉ２に転写されてもよい。
【０１１２】
このように、凸レンズ６２の後側焦点と、凸レンズ６３の前側焦点とが略一致する場合に、発振器ＭＯの放電空間のほぼ中心に位置する物体面Ｏが、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間のほぼ中心に位置する第２の像面Ｉ２に転写されてもよい。
【０１１３】
これにより、レーザ光の一部が無駄になるのを抑制し、第２の増幅器ＰＡ２から出力されるパルス状のレーザ光のパルスエネルギーを増加し得るだけでなく、発振器ＭＯから第２の増幅器ＰＡ２までの光路の位置あわせ精度を向上し得る。
【０１１４】
５．３  第３の実施形態の変形例
図１４Ｂは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第１の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。このレーザ装置においては、凸レンズ６１及び凸レンズ６２で構成される両テレセントリックなビーム調節光学系が、発振器ＭＯの放電空間の出力結合ミラー寄りの端部位置を第１の物体面Ｏ１とし、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間の入口寄りの位置を第１の像面Ｉ１としてもよい。また、凸レンズ６３及び凸レンズ６４で構成される両テレセントリックなビーム調節光学系が、第１の増幅器ＰＡ１の放電空間の出口寄りの端部位置を第２の物体面Ｏ２とし、第２の増幅器ＰＡ２の放電空間の入口寄りの位置を第２の像面Ｉ２としてもよい。
【０１１５】
図１４Ｃは、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置の第２の変形例の構成を概略的に示す光学配置図である。このレーザ装置においては、凸レンズ４１ａ及び凹レンズ４２ａで構成されるビーム調節光学系が、発振器ＭＯと第１の増幅器ＰＡ１との間に配置されてもよい。また、凸レンズ４１ｂ及び凹レンズ４２ｂで構成されるビーム調節光学系が、第１の増幅器ＰＡ１と第２の増幅器ＰＡ２との間に配置されてもよい。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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修飾句「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。
【図１Ａ】
2016151827.tif 000003
【図１Ｂ】
2016151827.tif 000004
【図２Ａ】
2016151827.tif 000005
【図２Ｂ】
2016151827.tif 000006
【図２Ｃ】
2016151827.tif 000007
【図３Ａ】
2016151827.tif 000008
【図３Ｂ】
2016151827.tif 000009
【図４Ａ】
2016151827.tif 000010
【図４Ｂ】
2016151827.tif 000011
【図４Ｃ】
2016151827.tif 000012
【図５Ａ】
2016151827.tif 000013
【図５Ｂ】
2016151827.tif 000014
【図６Ａ】
2016151827.tif 000015
【図６Ｂ】
2016151827.tif 000016
【図７Ａ】
2016151827.tif 000017
【図７Ｂ】
2016151827.tif 000018
【図８Ａ】
2016151827.tif 000019
【図８Ｂ】
2016151827.tif 000020
【図９Ａ】
2016151827.tif 000021
【図９Ｂ】
2016151827.tif 000022
【図１０Ａ】
2016151827.tif 000023
【図１０Ｂ】
2016151827.tif 000024
【図１１Ａ】
2016151827.tif 000025
【図１１Ｂ】
2016151827.tif 000026
【図１１Ｃ】
2016151827.tif 000027
【図１２Ａ】
2016151827.tif 000028
【図１２Ｂ】
2016151827.tif 000029
【図１３】
2016151827.tif 000030
【図１４Ａ】
2016151827.tif 000031
【図１４Ｂ】
2016151827.tif 000032
【図１４Ｃ】
2016151827.tif 000033
【国際調査報告】
2016151827.tif 000034
2016151827.tif 000035
2016151827.tif 000036
2016151827.tif 000037