(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、マルチ縦モードを含むレーザ光を出力するマスタオシレータと、
前記マスタオシレータに対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、
前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、
前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記マルチ縦モードを含む前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、
を備え、
前記マスタオシレータは、
第１の光共振器と、
前記第１の光共振器中に配置された第１のゲイン媒体と、
前記第１の光共振器中に配置され、前記スペクトル線幅を変更可能な狭帯域化部と、
前記狭帯域化部を駆動する駆動部と、
を含み、
前記制御部は、前記駆動部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、
固体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１のゲイン媒体は、第１のチタンサファイア結晶を含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記狭帯域化部は、複屈折フィルタ、エタロン、および回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記狭帯域化部は、前記レーザ光の入射面および出射面の少なくとも一方に反射膜がコーティングされたエタロンを備え、
前記エタロンは、前記レーザ光の光路と異なる方向に移動可能に配置され、
前記反射膜の反射率は、前記入射面または前記出射面の位置に依存して変化し、
前記制御部は、前記駆動部を介して前記エタロンの前記レーザ光の光路に対する位置を制御する、
請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、マルチ縦モードを含むレーザ光を出力するマスタオシレータと、
前記マスタオシレータに対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、
前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、
前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記マルチ縦モードを含む前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、
を備え、
前記マスタオシレータは、
マルチ縦モードを含むシード光を出力するシードレーザと、
前記シードレーザに対して下流側の光路上に配置された光変調器と、
前記光変調器を駆動する駆動部と、
を含み、
前記制御部は、前記駆動部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、
固体レーザ装置。
【請求項６】
前記光変調器は、電気光学素子を含む、請求項５記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記光変調器は、光音響素子を含む、請求項５記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、マルチ縦モードを含むレーザ光を出力するマスタオシレータと、
前記マスタオシレータに対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、
前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、
前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記マルチ縦モードを含む前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、
を備え、
前記マスタオシレータは、
少なくとも１つの縦モードを含むシード光をそれぞれ出力する複数のシードレーザと、
前記複数のシードレーザから出力されたシード光の光路を実質的に一致させる光路調節器と、
前記シードレーザを制御するシードレーザ制御部と、
を含み、
前記複数のシードレーザのうち少なくとも１つは、他のシードレーザと異なる中心波長の縦モードを含むシード光を出力し、
前記制御部は、前記シードレーザ制御部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、
固体レーザ装置。
【請求項９】
前記シードレーザ制御部は、前記シードレーザの出力強度を制御する、請求項８記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記シードレーザ制御部は、前記シードレーザの発振波長を制御する、請求項８記載の固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記シードレーザは、半導体レーザである、請求項８記載の固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記増幅器は、第２のゲイン媒体として第２のチタンサファイア結晶を含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項１３】
前記増幅器は、第２の光共振器と、前記第２の光共振器中に配置された第２のゲイン媒体とを含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項１４】
前記波長変換部は、前記マスタオシレータから出力された前記レーザ光を当該レーザ光の高次高調波光に変換する少なくとも１つの非線形光学結晶を含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの非線形光学結晶は、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１４記載の固体レーザ装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一つに記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅装置と、
を備える、レーザシステム。
【請求項１７】
前記検出部は、前記少なくとも１つの増幅装置に対して下流側の光路上に配置されている、請求項１６記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記増幅装置は、第３のゲイン媒体を含む、請求項１６記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記増幅装置は、前記第３のゲイン媒体としてＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ2ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含む、請求項１８記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記増幅装置は、第３の光共振器と、前記第３の光共振器中に配置された第３のゲイン媒体とを含む、請求項１６記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、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】
従来より、半導体装置製造における露光用の光源としては、深紫外光領域のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザや真空紫外光領域のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が使用されている。このレーザ装置では、ガスをゲイン媒体とするマスタオシレータから出力されたレーザ光を、同じくガスをゲイン媒体とする増幅器で増幅する。
【概要】
【０００３】
本開示の一態様による固体レーザ装置は、出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、マルチ縦モードを含むレーザ光を出力するマスタオシレータと、前記マスタオシレータに対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記マルチ縦モードを含む前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、を備えてもよい。
【０００４】
本開示の他の態様によるレーザシステムは、上記の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
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１】図１は、本開示の実施の形態の概要を説明するための図である。
【図２】図２は、本開示の実施の形態１によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。
【図３】図３は、実施の形態１による固体レーザ装置の概略構成を模式的に示す。
【図４】図４は、実施の形態１によるリットマンキャビティを備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。
【図５】図５は、実施の形態１による波長フィルタを備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。
【図６】図６は、実施の形態１におけるＴｉ：サファイア結晶が発振するレーザ光の波長スペクトルと、複屈折フィルタ、コースおよびファインエタロンそれぞれの波長選択特性とを示す。
【図７】図７は、実施の形態１におけるファインエタロンの波長選択特性とレーザ光の縦モードとを示す。
【図８】図８は、図５に示すファインエタロンの概略構成を模式的に示す。
【図９】図９は、エタロンの一例を示す。
【図１０】図１０は、図９に示すエタロンのＦＳＲとＦＷＨＭとの関係を示す。
【図１１】図１１は、図９に示すエタロンの反射率毎のＦｉｎｅｓｓ特性を示す。
【図１２】図１２は、実施の形態１による狭帯域化素子を備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。
【図１３】図１３は、実施の形態１による狭帯域化部を備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。
【図１４】図１４は、実施の形態１による半導体レーザを備えたマスタオシレータの概略構成を示す。
【図１５】図１５は、図１４に示す光路調節器の一例の概略構成を模式的に示す。
【図１６】図１６は、透過型のグレーティングに入射角β＝０°で入射したレーザ光に対する±ｍ次回折光を模式的に示す。
【図１７】図１７は、複数の縦モードレーザ光を入射角β＝０°でグレーティングに入射させた際の各縦モードレーザ光の互いに異なる次数の回折光を示す。
【図１８】図１８は、図１４に示す光路調節器の他の一例の概略構成を模式的に示す。
【図１９】図１９は、実施の形態１による光変調器を備えたマスタオシレータの概略構成を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態１による電気光学素子を光変調器として備えたマスタオシレータの概略構成を示す。
【図２１】図２１は、図２０に示すシードレーザから出力されたシード光の一例を示す。
【図２２】図２２は、図２０に示す電気光学素子から出力されたレーザ光の一例を示す。
【図２３】図２３は、実施の形態１による光音響素子を光変調器として備えたマスタオシレータの概略構成を示す。
【図２４】図２４は、図２３に示すシードレーザから出力されたシード光の一例を示す。
【図２５】図２５は、図２３に示す１つ目の光音響素子から出力されたレーザ光の一例を示す。
【図２６】図２６は、図２３に示す２つ目の光音響素子から出力されたレーザ光の一例を示す。
【図２７】図２７は、実施の形態１によるファブリペロー型パワーオシレータの増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図２８】図２８は、実施の形態１によるリング型のパワーオシレータとして構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図２９】図２９は、実施の形態１による再生増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図３０】図３０は、実施の形態１によるマルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図３１】図３１は、実施の形態１による２つのＳＨＧ結晶を備えた波長変換部の概略構成を模式的に示す。
【図３２】図３２は、実施の形態１において増幅器から出力されたレーザ光を示す。
【図３３】図３３は、図３２に示すレーザ光の入射に対してＢＢＯ結晶から出力された第２高調波光を示す。
【図３４】図３４は、図３３に示すレーザ光の入射に対してＫＢＢＦ結晶から出力された第４高調波光を示す。
【図３５】図３５は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。
【図３６】図３６は、図３５に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。
【図３７】図３７は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。
【図３８】図３８は、図３７に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。
【図３９】図３９は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。
【図４０】図４０は、図３９に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。
【図４１】図４１は、実施の形態１による検出部の一例の概略構成を模式的に示す。
【図４２】図４２は、実施の形態１による検出部の他の一例の概略構成を模式的に示す。
【図４３】図４３は、スペクトル純度Ｅ９５を説明するための図である。
【図４４】図４４は、実施の形態１によるパワーオシレータとして構成された増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図４５】図４５は、本開示の実施の形態２によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。
【図４６】図４６は、固体レーザ装置の変形例１の概略構成を模式的に示す。
【図４７】図４７は、図４６に示す低コヒーレンス化部の概略構成を模式的に示す。
【図４８】図４８は、固体レーザ装置の変形例２の概略構成を模式的に示す。
【図４９】図４９は、本開示の実施の形態３によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。
【図５０】図５０は、図４９に示す増幅装置の光路に沿う他の断面構成を模式的に示す。
【実施の形態】
【０００６】
以下、本開示を実施するための形態を、例として、図面と共に詳細に説明する。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、以下の説明において、各図は本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本開示は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成例の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本開示の好適な例に過ぎず、従って、本開示は例示された数値に限定されるものではない。以下では、ＭＯＰＯ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が例として説明されているが、これに限らず、例えばＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に適用することもできる。
【０００７】
以下、本開示の実施の形態による固体レーザ装置およびレーザシステムを、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【０００８】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．レーザシステム（実施の形態１）
３．１  スペクトル線幅をフィードバック制御する固体レーザ装置
３．１．１  マスタオシレータ
３．１．１．１  リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ
３．１．１．２  波長フィルタを備えたマスタオシレータ（変形例１）
３．１．１．３  狭帯域化部を備えたマスタオシレータ（変形例２）
３．１．１．３．１  ビームエキスパンダおよびグレーティングを用いた狭帯域化部
３．１．１．４  シードレーザを備えたマスタオシレータ（変形例３）
３．１．１．４．１  複数のミラーを用いた光路調節器
３．１．１．４．２  グレーティングを用いた光路調節器
３．１．１．５  光変調器を備えたマスタオシレータ（変形例４）
３．１．１．５．１  電気光学素子を用いた光変調器
３．１．１．５．２  光音響素子を用いた光変調器
３．１．２  増幅器
３．１．２．１  ファブリペロー型パワーオシレータ
３．１．２．２  リング型パワーオシレータ（変形例１）
３．１．２．３  再生増幅器（変形例２）
３．１．２．４  マルチパス型パワー増幅器（変形例３）
３．１．３  波長変換部
３．１．３．１  ＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いた波長変換部
３．１．４  検出部
３．１．４．１  モニタエタロンを用いた検出部
３．１．４．２  ツェルニターナ型分光器を用いた検出部
３．１．５  制御部
３．２  増幅装置
３．２．１  パワーオシレータ
４．スペクトル線幅を全体フィードバック制御するレーザシステム（実施の形態２）
５．固体レーザ装置の変形例
５．１  低コヒーレンス化部を備えた固体レーザ装置（変形例１）
５．１．１  光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部
５．２  ＬＢＯ結晶およびＴＨＧ結晶を用いた波長変換部を備えた固体レーザ装置（変形例２）
６．増幅装置にパワー増幅器を用いたレーザシステム（実施の形態３）
【０００９】
１．概要
まず、以下で例示する実施の形態の概要を説明する。図１は、以下で例示する実施の形態の概要を説明するための図である。
【００１０】
半導体や液晶パネル等の製造に用いられる露光装置用の光源は、色収差を抑えつつスペックルを抑制し得る特性を備えることが望まれる。そのため、光源から出力されるレーザ光のスペクトルＳＰは、たとえば図１に示されるように、比較的狭帯域で且つ適度な広がりを持つことが好ましい。なお、図１に示すスペクトル純度Ｅ９５は、スペクトル中の９５％の光エネルギーが集中している周波数領域又は波長帯域の線幅であってもよい。
【００１１】
このようなスペクトルＳＰは、一例として、複数の縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎを用いて近似的に実現されてもよい。その際には、図１に示すように、各縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎの強度が、スペクトルＳＰの形状に合わせて増減されてもよい。
【００１２】
ただし、レーザシステムに使用されるシード光源としてのマスタオシレータは、必ずしも比較的狭帯域で且つ適度な広がりを持つスペクトルＳＰのレーザ光を出力可能とは限らない。そこで、以下の実施の形態では、図１に示すように、露光装置などの外部装置から要求されるレーザ光のスペクトルＳＰを、複数の縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎを含むレーザ光を用いて近似的に実現してもよい。その際、各縦モードＬ１〜Ｌｎの中心周波数や隣り合う縦モードＬ１〜Ｌｎ間の周波数差（以下、縦モード間隔という）や各縦モードＬ１〜Ｌｎの光強度は、スペクトルＳＰの形状に基づいて調整されてもよい。これにより、色収差を抑えつつスペックルを抑制し得るスペクトル形状のレーザ光を実現し得る。なお、図１では、スペクトルＳＰの形状としてガウシアンを例示した。ただし、これに限るものではない。たとえば、中心波長付近が比較的ブロードなトップハット形状のスペクトルや、複数のピークを持つ形状のスペクトルや、左右非対称な形状のスペクトルなど、種々変形可能である。すなわち、以下の実施の形態は、要求される様々な形状のスペクトルに対応し得る。
【００１３】
２．用語の説明
マルチ縦モードとは、複数の縦モードを含むことをいう。複数の縦モードを含むレーザ光のスペクトル線幅とは、複数の縦モードを含んだレーザ光全体のスペクトルの線幅をいう。レーザ光は、パルス状のレーザ光であってもよいし、コンティニュアスなレーザ光であってもよい。増幅器および増幅装置には、パワーオシレータ、パワー増幅器、および再生増幅器などが含まれてもよい。パワーオシレータは、レーザ光を増幅するためのゲイン媒体と、光共振器とを含んでもよい。パワー増幅器は、レーザ光を増幅するためのゲイン媒体と、ゲイン媒体を通過するパスを形成する１つ以上の光学素子を含んでもよい。マスタオシレータには、マルチ縦モードのレーザ光を出力するレーザや、レーザ発振器などが含まれてもよい。
【００１４】
３．レーザシステム（実施の形態１）
まず、本開示の実施の形態１によるレーザシステム１を、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態１では、レーザシステム１として、出力レーザ光の中心波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザを例に挙げる。ただし、これに限定されるものではない。ＫｒＦレーザやＸｅＣｌレーザやＸｅＦレーザなどのエキシマレーザなど、種々のレーザシステムをレーザシステム１として適用可能である。
【００１５】
図２は、実施の形態１によるレーザシステム１の概略構成を模式的に示す。図２に示すように、レーザシステム１は、固体レーザ装置１０と、増幅装置８０と、を備えてもよい。固体レーザ装置１０は、スペクトルＳＰを近似的に実現する複数の縦モードを含むレーザ光２０を出力してもよい。固体レーザ装置１０から出力されたレーザ光２０は、光学システム３０によって増幅装置８０に導かれてもよい。光学システム３０は、レーザ光２０を高反射する複数の高反射ミラー３１および３２を含んでもよい。増幅装置８０は、入射したレーザ光２０を増幅し、レーザ光４０として出力してもよい。出力されたレーザ光４０は、たとえば露光装置へ入力されてもよい。
【００１６】
３．１  スペクトル線幅をフィードバック制御する固体レーザ装置
まず、図２に示す固体レーザ装置１０について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、固体レーザ装置１０の概略構成を模式的に示す。図３に示すように、固体レーザ装置１０は、マスタオシレータ１００と、増幅器２００と、波長変換部３００とを備えてもよい。マスタオシレータ１００は、いわゆるシード光源であってもよい。マスタオシレータ１００は、少なくとも１つの縦モードを含むレーザ光をレーザ光２１として出力してもよい。レーザ光２１が複数の縦モードを含む場合、レーザ光２１に含まれる各縦モードの光強度のピークを結んだ曲線は、スペクトルＳＰに近似していてもよい。増幅器２００は、レーザ光２１を増幅し、レーザ光２２として出力してもよい。波長変換部３００は、マスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１（または増幅器２００による増幅後のレーザ光２２）の波長が増幅段である増幅装置８０の増幅可能な波長領域にマッチングするように、レーザ光２３を波長変換してもよい。たとえば、波長変換装置３００は、レーザ光２２に含まれる各縦モードを基本波として、それらの第４高調波光を生成してもよい。波長変換部３００は、生成した第４高調波光を、レーザ光２３として出力してもよい。
【００１７】
また、固体レーザ装置１０は、ビームスプリッタ４１０と、検出部４２０と、制御部４３０とをさらに備えてもよい。ビームスプリッタ４１０は、波長変換部３００から出力されたレーザ光２３の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ４１０は、レーザ光２３の光路を２つに分岐してもよい。このビームスプリッタ４１０には、レーザ光２３を部分反射する膜がコーティングされていてもよい。ビームスプリッタ４１０を透過したレーザ光２３は、レーザ光２０として固体レーザ装置１０から出力されてもよい。ビームスプリッタ４１０で反射したレーザ光２３は、レーザ光２４として検出部４２０に入射してもよい。
【００１８】
検出部４２０は、レーザ光２４全体のスペクトル線幅を検出してもよい。制御部４３０は、検出されたスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。その際、制御部４３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードＬ１〜Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。また、制御部４３０は、露光装置コントローラなどの外部装置５０からの要求にしたがって、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
【００１９】
３．１．１  マスタオシレータ
以下に、図３に示す固体レーザ装置１０におけるマスタオシレータ１００の具体例について、いくつか例を挙げて説明する。
【００２０】
３．１．１．１  リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ
まず、リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ１００を例に挙げて説明する。図４は、リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ１００の概略構成を模式的に示す。図４に示すように、マスタオシレータ１００は、高反射ミラー１０１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１０２と、グレーティング１０３と、高反射ミラー１０４と、出力カプラ１０５と、ポンピングレーザ１０６とを備えてもよい。高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５は、光共振器を構成してもよい。チタンサファイア結晶１０２およびグレーティング１０３は、高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー１０４は、グレーティング１０３で回折されたレーザ光を反射してグレーティング１０３に戻してもよい。この高反射ミラー１０４は、反射面がグレーティング１０３の分散方向に対して曲率を変化させることができるディフォーマブルミラーであってもよい。この際、高反射ミラー１０１および１０４は、高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５が構成する光共振器とは別の光共振器を形成してもよい。ただし、高反射ミラー１０１から高反射ミラー１０４までの共振器長Ｌｓｏｌ１と、高反射ミラー１０１から出力カプラ１０５までの共振器長Ｌｓｏｌ２とは、等しくてもよい。
【００２１】
高反射ミラー１０１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高反射し、ポンピングレーザ１０６からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。高反射ミラー１０１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、高反射ミラー１０１は、ポンピングレーザ１０６からの励起光６１を光共振器内に取り込み、且つチタンサファイア結晶１０２からのレーザ光を反射し得る。
【００２２】
高反射ミラー１０１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１０２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１０２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。ブリュースタカットされた端面は、レーザ光の反射を抑え得る。これにより、増幅効率を向上し得る。また、ブリュースタカットによってレーザ光の偏光状態が規定され得る。そのため、励起光６１およびレーザ光がチタンサファイア結晶１０２に入射する効率が向上し得る。
【００２３】
励起光６１が入射した結果、チタンサファイア結晶１０２からレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶１０２から出射されたレーザ光は、高反射ミラー１０１、グレーティング１０３、および高反射ミラー１０４で構成される光共振器、ならびに、高反射ミラー１０１、グレーティング１０３、および出力カプラ１０５で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１０２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。チタンサファイア結晶１０２を通過したレーザ光は、グレーティング１０３によって回折されてもよい。
【００２４】
出力カプラ１０５の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１０５の反対側の面は、反射防止膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１０５は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し得る。
【００２５】
この出力カプラ１０５は、グレーティング１０３に対して例えば０次回折光の出射方向に配置されてもよい。高反射ミラー１０４は、グレーティング１０３に対して±ｍ次回折光の出射方向に配置されてもよい。このような構成によれば、グレーティング１０３の単位長さあたりの溝本数を調整することで、レーザ光のスペクトル線幅を調節し得る。また、グレーティング１０３に対する高反射ミラー１０４の角度を調節することで、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の波長を選択し得る。
【００２６】
マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の縦モード数は、スペクトル線幅と縦モード間隔とによって決定され得る。そこで、グレーティング１０３の単位長さあたりの溝本数は、レーザ光２１全体のスペクトル線幅が所望するスペクトルＳＰのスペクトル線幅となるように設計されるとよい。また、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌ１およびＬｓｏｌ２は、所定の縦モード間隔となるように設計されるとよい。これにより、所望の縦モード数およびスペクトル線幅を有するレーザ光２１を生成し得る。
【００２７】
ここで、レーザシステム１を半導体露光用の光源として用いる場合のマスタオシレータ１００の好適な共振器長Ｌｓｏｌについて説明する。レーザシステム１から出力されるレーザ光４０の縦モード間隔は、Ｃ/２ＬＥＸＣと表され得る。ここで、Ｃは光速である。ＬＥＸＣは、各縦モードのピークがたとえば半導体露光に適したスペクトルＳＰをなぞるように分布する複数の縦モードを含んだレーザ光２１を生成するためのマスタオシレータ１００の共振器長である。
【００２８】
図１に示すように各縦モードＬ１〜Ｌｎのピークを所望するスペクトルＳＰをなぞるように分布させるためには、レーザ光４０の縦モード間隔Δν（＝｜νＬ１−νＬ２｜＝…＝｜νＬｎ−１−νＬｎ｜）をＣ／２ＬＥＸＣ以下に設定するとよい（ν≦Ｃ／２ＬＥＸＣ）。
【００２９】
一方、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の縦モード間隔Δνは、Ｃ／２Ｌｓｏｌと表され得る。そこで、マスタオシレータ１００によって所望の縦モード間隔を得るためには、マスタオシレータ１００の共振器長ＬｓｏｌがＬＳＯＬ≧ＬＥＸＣを満足すればよい。たとえば、レーザ光２１の縦モード間隔Δνを１５０ＭＨｚとする場合、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌは１．００ｍであるとよい。
【００３０】
なお、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌは、たとえば０．５ｍ以上１．５ｍ以下であってもよい。より好ましくは、共振器長Ｌｓｏｌは、たとえば０．８ｍ以上１．２ｍ以下であってもよい。ただし、共振器長Ｌｓｏｌの下限は、たとえば露光装置側からの要求によって決定されるとよい。また、共振器長Ｌｓｏｌの上限は、設計のし易さ等に基づいて決定されるとよい。
【００３１】
マスタオシレータ１００は、共振器内の波面を変化させるためにディフォーマブルミラーである高反射ミラー１０４の反射面を変化させる駆動機構を備えてもよい。この駆動機構は、高反射ミラー１０４の表面の曲率を変化させる駆動部１０１ｂを含んでもよい。制御部４３０は、駆動部１０１ｂを介して高反射ミラー１０４の反射面の曲率を制御してもよい。このようにして光共振器中の波面を変化させることによって、グレーティング１０３に入射するレーザ光の波面の曲率が変化し得る。したがって、グレーティングによって選択される波長帯域が変化させ得る。これにより、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１全体のスペクトル線幅を制御し得る。この実施の形態では、高反射ミラー１０４によって、光共振器中の波面を変化させる場合を例示した。ただし、これに限定されない。グレーティング１０３や高反射ミラー１０１や出力カプラ１０５の反射面の曲率を変化させてもよい。
【００３２】
３．１．１．２  波長フィルタを備えたマスタオシレータ（変形例１）
つぎに、マスタオシレータの変形例１を、図面を参照して詳細に説明する。図５は、波長フィルタを備えたマスタオシレータ１１０の概略構成を模式的に示す。図５に示すように、マスタオシレータ１１０は、高反射ミラー１１１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１１２と、コースエタロン１１３と、ファインエタロン１１４と、複屈折フィルタ１１５と、出力カプラ１１６と、ポンピングレーザ１１７とを備えてもよい。高反射ミラー１１１と出力カプラ１１６とは、光共振器を構成してもよい。チタンサファイア結晶１１２、コースエタロン１１３、ファインエタロン１１４、および複屈折フィルタ１１５は、高反射ミラー１１１および出力カプラ１１６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。また、コースエタロン１１３と、ファインエタロン１１４と、複屈折フィルタ１１５は、狭帯域化部１１８を構成してもよい。
【００３３】
高反射ミラー１１１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高反射し、ポンピングレーザ１１７からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。高反射ミラー１１１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、高反射ミラー１１１は、ポンピングレーザ１１７からの励起光６１を光共振器内に取り込み、且つチタンサファイア結晶１１２からのレーザ光を光共振器内側に反射し得る。
【００３４】
高反射ミラー１１１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１１２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１１２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。励起光６１によって励起されたチタンサファイア結晶１１２からは、レーザ光が出射してもよい。レーザ光は、高反射ミラー１１１および出力カプラ１１６で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１１２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。
【００３５】
出力カプラ１１６の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１１６の反対側の面は、反射防止膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１１６は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し得る。
【００３６】
光共振器内に配置された複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４は、それぞれ波長フィルタとして機能し得る。図６に、チタンサファイア結晶１１２が発振するレーザ光の波長スペクトルと、複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４それぞれの波長選択特性とを示す。図７に、ファインエタロン１１４の波長選択特性とレーザ光２１の縦モードとを示す。
【００３７】
図６に示すように、励起光６１によってポンプアップされたチタンサファイア結晶１１２からは、約６５０〜１１００ｎｍ程度という比較的広い波長範囲に縦モードが分布したスペクトルＢ１１２のレーザ光が出力され得る。これに対し、ファインエタロン１１４の光透過スペクトルＢ１１４は、レーザ光のスペクトルＢ１１２よりも狭い。この光透過スペクトルＢ１１４は、実質的に所望のスペクトルＳＰ（図１参照）と等しくてもよい。そこで、ファインエタロン１１４を波長フィルタとして使用することで、図７に示すように、マスタオシレータ１１０から出力されるレーザ光２１全体のスペクトルが、実質的に所望のスペクトルＳＰに変換され得る。
【００３８】
ただし、ファインエタロン１１４の光透過バンド（光透過スペクトルＢ１１４）は１つとは限らない。同様に、複屈折フィルタ１１５およびコースエタロン１１３の光透過バンドもそれぞれ１つとは限らない。そこで、複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４を組み合わせて使用することで、ファインエタロン１１４の複数の光透過バンドから所望の１つの光透過バンド（光透過スペクトルＢ１１４）を選択してもよい。これにより、スペクトルＳＰと同形状の光透過スペクトルが実現され得る。
【００３９】
なお、複屈折フィルタ１１５は、光共振器内の光路に対し、レーザ光の入射角度がブリュースタ角となるように、傾いて配置されてもよい。複屈折フィルタ１１５の２つの光入出力面は、それぞれ反射防止膜でコーティングされてもよい。複屈折フィルタ１１５の光路に沿った厚みは、たとえば７７３．６ｎｍの光に対して波長板として機能可能な厚みであってもよい。
【００４０】
コースエタロン１１３の反射面間隔と反射率とは、その光透過スペクトルＢ１１３が複屈折フィルタ１１５の光透過スペクトルＢ１１５よりも狭くなるようなスペックであってもよい。これにより、複屈折フィルタ１１５を透過した縦モードの本数をコースエタロン１１３で絞り込むことが可能となる。コースエタロン１１３は、レーザの波長を透過する所定の基板の両面に所定の反射率の膜をコーティングしたソリッドエタロンであってもよい。また、所定の部分反射率の２つのミラーが、スペーサを介することで所定のミラー間隔で組み合わされたエアギャップエタロンであってもよい。
【００４１】
ファインエタロン１１４の反射面間隔と反射率とは、その光透過スペクトルＢ１１４がコースエタロン１１３の光透過スペクトルＢ１１３よりも狭くなるようなスペックであってもよい。ファインエタロン１１４の少なくとも一方の光入出力面は、その光透過スペクトルＢ１１４がコースエタロン１１３の光透過スペクトルＢ１１３よりも狭くなるように、膜でコーティングされていてもよい。これにより、コースエタロン１１３を透過した縦モードの本数をファインエタロン１１４でさらに絞り込むことが可能となる。ここで、ファインエタロンはソリッドエタロンであってもよいし、エアギャップエタロンであってもよい。
【００４２】
この構成において、ポンピングレーザ１１７から出力されたパルス状の励起光６１は、高反射ミラー１１１を透過して、チタンサファイア結晶１１２に入射してもよい。この結果、チタンサファイア結晶１１２が励起され得る。チタンサファイア結晶１１２は、励起状態から基底状態に遷移する際に光を放出し得る。この光は、スペクトル線幅が比較的広い。そこで、コースエタロン１１３、ファインエタロン１１４および複屈折フィルタ１１５を用いることで、この光共振器内のレーザ光を狭帯域化してもよい。狭帯域化されたレーザ光は、出力カプラ１１６に入射してもよい。出力カプラ１１６は、一部のレーザ光をレーザ光２１として光共振器の外部へ出力してもよい。また、出力カプラ１１６は、他の一部のレーザ光を光共振器中に反射してもよい。この反射されたレーザ光は、複屈折フィルタ１１５、ファインエタロン１１４およびコースエタロン１１３を通過することによって、さらに狭帯域化されてもよい。狭帯域化されたレーザ光は、チタンサファイア結晶１１２を透過することによって増幅されてもよい。増幅後のレーザ光は、高反射ミラー１１１によって折り返され、再びチタンサファイア結晶１１２を透過することで、さらに増幅されてもよい。この増幅後のレーザ光は、再びコースエタロン１１３、ファインエタロン１１４および複屈折フィルタ１１５を透過することで、狭帯域化されてもよい。狭帯域化されたレーザ光は、出力カプラ１１６に入射してもよい。出力カプラ１１６は、一部のレーザ光をレーザ光２１として光共振器の外部へ出力し、他の一部のレーザ光を光共振器中に反射してもよい。マスタオシレータ１１０は、このような動作を繰り返すことによってレーザ発振し、所望の縦モードを含むスペクトルのレーザ光を出力し得る。
【００４３】
ファインエタロン１１４の両方の光入出力面には、レーザ光の透過位置によって反射率が異なるコーティングがされていてもよい。ただし、レーザ光がエタロンを透過する際、入射面と出射面が同じ反射率となるようにしてもよい。たとえば、図８に示すように、ファインエタロン１１４の両方の光入出力面には、レーザ光が透過する位置によって両方の面の反射率が同様に次第に変化する部分反射膜１１４ｃがコーティングされていてもよい。ここで、エタロンの反射率とＦｉｎｅｓｓ特性との関係について説明する。図９は、エタロンの一例を示す断面図である。図１０は、図９に示すエタロンのＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）とＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）との関係を示す。図１１は、図９に示すエタロンの反射率毎のＦｉｎｅｓｓ特性を示す。
【００４４】
図９に示すエタロン１１１４は、たとえばファブリペローエタロンであってもよい。このエタロン１１１４の光入出力面には、それぞれ部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂがコーティングされていてもよい。エタロン１１１４は、対向する反射面（光入出力面）間の干渉効果によって特定の波長が強められるという波長フィルタの効果を備え得る。このようなエタロン１１１４の特性は、通常、ＦＳＲとＦ（Ｆｉｎｅｓｓ）とにより特定し得る。Ｆは、ＦＳＲとＦＷＨＭとの比で表され得る。したがって、Ｆは、主として反射率によって決定され得る。ここで、エタロン１１１４の基板厚をｄ、基板の屈折率をｎ、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率をＲとする。すると、以下の式（１）〜（３）の関係式が成り立ち得る。なお、λは、レーザ光Ｌｉｎの波長を示す。
【００４５】
Ｆ＝πＲ１／２／（１・Ｒ）      ・・・（１）
ＦＳＲ＝λ２／（２ｎｄ）    ・・・（２）
ＦＷＨＭ＝ＦＳＲ／Ｆ        ・・・（３）
【００４６】
式（１）〜（３）から、エタロン１１１４の光透過スペクトルＢ１１１４は、図１０に示すように、ＦＳＲ毎にピークを持つ形状となり得る。また、図１１に示すように、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率Ｒを高くした場合、エタロン１１１４の光透過スペクトルＢ１１１４ａは、非常にシャープな山が繰返し現れる形状となり得る。一方、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率を低くすると、光透過スペクトルＢ１１１４ｂは、比較的ブロードな形状となる。なお、光透過スペクトルＢ１１１４は反射率Ｒを５０％とした場合を示し、光透過スペクトルＢ１１１４ａは反射率Ｒを９０％とした場合を示し、光透過スペクトルＢ１１１４ｂは反射率Ｒを４％とした場合を示している。
【００４７】
図８に示すように位置によって反射率が次第に変化する部分反射膜１１４ｃがコーティングされたファインエタロン１１４は、光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に移動されてもよい。ファインエタロン１１４を反射率が変化する方向に移動させることで、ファインエタロン１１４の光透過スペクトルＢ１１４の線幅を制御し得る。その結果、マスタオシレータ１１０から出力されるレーザ光２１全体のスペクトル線幅を制御し得る。
【００４８】
そこで、図５に示すように、マスタオシレータ１１０は、ファインエタロン１１４を移動させ得る移動機構を備えてもよい。移動機構は、ファインエタロン１１４の光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に、ファインエタロン１１４を移動させてもよい。移動ステージ１１４ａと、駆動部１１４ｂとを含んでもよい。移動ステージ１１４ａは、ファインエタロン１１４を保持してもよい。駆動部１１４ｂは、ファインエタロン１１４の光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に、移動ステージ１１４ａを移動させてもよい。なお、ファインエタロン１１４は、移動ステージ１１４ａの移動方向に沿って反射率が次第に変化するように、移動ステージ１１４ａに対して固定されてもよい。ファインエタロン１１４を移動させることによって、移動前に光路中に配置されていたファインエタロン１１４の部分とは反射率が異なる部分の光路中にファインエタロン１１４を配置してもよい。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１１０をマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１１４ｂを介して移動ステージ１１４ａを制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
【００４９】
図５に示す構成によれば、高反射ミラー１１１と出力カプラ１１６とが形成する光共振器の共振器長Ｌｓｏｌを調整することで、レーザ光２１の縦モード間隔を調整し得る。また、ファインエタロン１１４を移動させて、レーザ光が透過する部分の反射率を調整することで、レーザ光２１のスペクトル線幅を調整し得る。
【００５０】
３．１．１．３  狭帯域化部を備えたマスタオシレータ（変形例２）
つぎに、マスタオシレータの変形例２を、図面を参照して詳細に説明する。図１２は、狭帯域化素子を備えたマスタオシレータ１２０の概略構成を模式的に示す。図１２に示すように、マスタオシレータ１２０は、出力カプラ１２１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１２２と、狭帯域化部１２３と、ビームスプリッタ１２５と、ポンピングレーザ１２６とを備えてもよい。狭帯域化部１２３は、光共振器のリアミラーとして機能してもよい。その場合、出力カプラ１２１と狭帯域化部１２３とは、光共振器を形成してもよい。もしくは、マスタオシレータ１２０は、狭帯域化部１２３とは別に、光共振器のリアミラーを備えてもよい。チタンサファイア結晶１２２は、出力カプラ１２１および狭帯域化部１２３が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。
【００５１】
出力カプラ１２１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射し、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１２１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１２１は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し、且つポンピングレーザ１２６からの励起光を光共振器内に取り込み得る。
【００５２】
ビームスプリッタ１２５は、出力カプラ１２１を介して出力されるレーザ光２１の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ１２５の光共振器側の面は、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を高反射し、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高透過する膜でコーティングされていてもよい。ビームスプリッタ１２５の反対側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光（レーザ光２１）を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、ビームスプリッタ１２５は、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を出力カプラ１２１へ反射し、且つ出力カプラ１２１を介して出力されたレーザ光２１をマスタオシレータ１２０から出力し得る。
【００５３】
出力カプラ１２１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１２２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１２２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。励起光６１がチタンサファイア結晶１２２に入射するとレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶１２２から出射したレーザ光は、出力カプラ１２１および狭帯域化部１２３で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１２２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。
【００５４】
狭帯域化部１２３は、光共振器内のレーザ光全体のスペクトル線幅を調整し得る。そこで、マスタオシレータ１２０は、狭帯域化部１２３によるスペクトル線幅を変更し得る駆動部１２４を備えてもよい。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１２０をマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１２４を介して狭帯域化部１２３を制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
【００５５】
３．１．１．３．１  ビームエキスパンダおよびグレーティングを用いた狭帯域化部
ここで、図１２に示す狭帯域化部１２３の一例を、図面を用いて詳細に説明する。図１３は、狭帯域化部１２３Ａを備えたマスタオシレータ１２０Ａの概略構成を模式的に示す。図１３に示すように、狭帯域化部１２３Ａは、ビームエキスパンダ１２３ａと、グレーティング１２３ｂとを備えてもよい。ビームエキスパンダ１２３ａは、たとえばプリズムやコリメータレンズ等の１つ以上の光学素子を用いて構成されてもよい。グレーティング１２３ｂは、光共振器のリアミラーとして機能してもよい。グレーティング１２３ｂは、ビームエキスパンダ１２３ａからの出射光に対してリトロー配置されていてもよい。グレーティング１２３ｂは、ブレーズドグレーティングであってもよい。この場合、グレーティング１２３ｂは、ビームエキスパンダ１２３ａからの出射光に対してブレーズ角の角度で入射するように設定されてもよい。
【００５６】
この構成において、ポンピングレーザ１２６から出力された励起光６１は、ビームスプリッタ１２５および出力カプラ１２１を介してチタンサファイア結晶１２２に入射してもよい。この結果、チタンサファイア結晶１２２が励起し、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとの間でレーザ発振し得る。光共振器内のレーザ光は、ビームエキスパンダ１２３ａによってビーム拡大されてもよい。この結果、レーザ光が、所定の入射角度でグレーティング１２３ｂに入射し得る。グレーティング１２３ｂは、このレーザ光のスペクトルを狭帯域化し得る。
【００５７】
ここで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化させることによって、グレーティング１２３ｂによるスペクトルの帯域幅を変化させ得る。また、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとの間の共振器長Ｌｓｏｌによって、縦モード間隔が決定され得る。そのため、縦モードの強度分布は、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化させることで制御し得る。
【００５８】
ビームエキスパンダ１２３ａによるビーム拡大率は、変更可能であってもよい。駆動部１２４は、ビームエキスパンダ１２３ａを動作させることにより、ビームエキスパンダ１２３ａによるビーム拡大率を変更してもよい。たとえばビームエキスパンダ１２３ａをプリズムで構成した場合、駆動部１２４は、共振器内の光路に対するプリズムの傾きを調整可能なターンテーブルを含んでいてもよい。その場合、駆動部１２４は、ターンテーブルを回転させて光路に対するプリズムの傾きを調整することで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化し得る。また、ビームエキスパンダ１２３ａをズーム式のコリメータレンズで構成した場合、駆動部１２４は、コリメータレンズのズーム倍率を調整することで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化し得る。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１２０Ａをマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１２４を介してビームエキスパンダ１２３ａを制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
【００５９】
図１３に示す構成によれば、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとが形成する光共振器の共振器長Ｌｓｏｌを調整することで、レーザ光２１の縦モード間隔を調整し得る。また、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を調整することで、レーザ光２１のスペクトル線幅を調整し得る。
【００６０】
３．１．１．４  シードレーザを備えたマスタオシレータ（変形例３）
つぎに、マスタオシレータの変形例３を、図面を参照して詳細に説明する。図１４は、シード光を出力するシードレーザを備えたマスタオシレータ１３０の概略構成を示す。図１４に示すように、マスタオシレータ１３０は、複数のシードレーザとして複数の半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎと、光路調節器１３３と、シードレーザ制御部１３１とを備えてもよい。
【００６１】
各半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎは、たとえばダイオードレーザであってもよい。各半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎは、シングル縦モードまたはマルチ縦モードで発振してもよい。シードレーザ制御部１３１は、複数の半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎが出力する縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−ｎをコンバインさせることで得られるレーザ光（レーザ光２１）の各縦モードのピークの分布が図１に示すスペクトルＳＰに近い分布となるように、各半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎが発振する縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−ｎの発振波長および出力強度を制御してもよい。
【００６２】
光調節器１３３は、各半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎから出力された縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−ｎの光路を一致させることにより、波長が異なる複数の縦モードを含むレーザ光２１を出力してもよい。ここで、図１４に示す光路調節器１３３の例を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、説明の簡略化のため、半導体レーザ１３２−１〜１３２−ｎの個数を５つとする。
【００６３】
３．１．１．４．１  複数のミラーを用いた光路調節器
まず、複数のミラーを用いた光路調節器１３３Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図１５は、光路調節器１３３Ａの概略構成を模式的に示す。図１５に示す構成において、半導体レーザ１３２−１から出力された縦モードレーザ光Ｌ１−１は、ハーフミラー１３３１を透過し、高反射ミラー１３３８で反射し、ハーフミラー１３３７で反射してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１−１の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２−２から出力された縦モードレーザ光Ｌ１−２は、高反射ミラー１３３２で反射し、ハーフミラー１３３１で反射し、高反射ミラー１３３８で反射し、ハーフミラー１３３７で反射してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１−２の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２−３から出力された縦モードレーザ光Ｌ１−３は、ハーフミラー１３３５および１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１−３の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２−４から出力された縦モードレーザ光Ｌ１−４は、ハーフミラー１３３４および１３３３で反射し、高反射ミラー１３３６で反射し、ハーフミラー１３３５で反射し、ハーフミラー１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１−４の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２−５から出力された縦モードレーザ光Ｌ１−５は、ハーフミラー１３３３を透過し、高反射ミラー１３３６で反射し、ハーフミラー１３３５で反射し、ハーフミラー１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１−５の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。
【００６４】
以上のように、複数の高反射ミラーおよびハーフミラーを組み合わせることで、複数の縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−ｎの光路を一致し得る光路調節器１３３Ａを実現してもよい。
【００６５】
３．１．１．４．２  グレーティングを用いた光路調節器
つぎに、グレーティング１３３ｂを用いた光路調節器１３３Ｂを、図面を用いて詳細に説明する。図１６は、透過型のグレーティング１３３ｂに入射角β＝０°で入射したレーザ光Ｌに対する±ｍ次回折光を模式的に示す。図１６に示すように、グレーティング１３３ｂは、それが持つ波長選択性（分散）に基づいて、入射角β＝０°で入射したレーザ光Ｌの±ｍ次回折光Ｌ±ｍを、レーザ光Ｌの波長λに依存した回折角α−ｍ及びα＋ｍで回折し得る。その際、回折角α±ｍと波長λとの関係は、以下の式（４）を満足し得る。なお、式（４）において、ｍは光路を一致させる回折光の次数、Ｎはグレーティング１３３ｂの単位長さあたりの溝本数（本／ｍｍ）であってよい。ただし、式（４）において、入射角βは０°である。そのため、入射角βに関する項は省略されている。
【００６６】
【数１】
0005914329.tif 000002
【００６７】
また、図１７は、縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５を入射角β＝０°でグレーティング１３３ｂに入射させた際の各縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の互いに異なる次数の回折光Ｌ１−１−２、Ｌ１−２−１、Ｌ１−３−０、Ｌ１−４＋１およびＬ１−５＋２を示す。図１７に示すように、グレーティング１３３ｂから出射する縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の互いに異なる次数の回折光Ｌ１−１−２、Ｌ１−２−１、Ｌ１−３−０、Ｌ１−４＋１およびＬ１−５＋２は、それぞれ異なる回折角α１−１−２、α１−２−１、α１−４＋１およびα１−５＋２の方向へ出射し得る。なお、少なくとも１つの縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の波長が、他の縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の波長と異なっていてもよいし、全ての縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の波長が同一であってもよい。
【００６８】
そこで、図１８に示すように、半導体レーザ１３２−１〜１３２−５からの縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５を、それぞれの波長および目的とする次数に応じた入射角α１−１−２〜α１−５＋２でグレーティング１３３ｂに入射させてもよい。それにより、縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の異なる次数の回折光を同一の回折角β＝０°の方向に出射させ得る。その結果、縦モードレーザ光Ｌ１−１〜Ｌ１−５の回折光よりなるレーザ光２１を出力し得る。
【００６９】
なお、上述した光路調節器１３３Ｂは、複数の固体レーザ、たとえばチタンサファイアレーザ発振器であってもよい、をシードレーザとして用いた場合にも有効であり得る。
【００７０】
３．１．１．５  光変調器を備えたマスタオシレータ（変形例４）
つぎに、マスタオシレータの変形例４を、図面を参照して詳細に説明する。図１９は、光変調器を備えたマスタオシレータ１４０の概略構成を示す。図１９に示すように、マスタオシレータ１４０は、シードレーザ１４１と、光変調器１４２と、駆動部１４３とを備えてもよい。シードレーザ１４１は、半導体レーザであってもよいし、チタンサファイアレーザ発振器のような固体レーザであってもよい。シードレーザ１４１は、発振効率の良い波長領域（例えば、可視域）で発振してもよい。シードレーザ１４１は、少なくとも１つの縦モードを含むシード光２１ａを出力すればよい。
【００７１】
光変調器１４２は、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを光変調することで、各縦モードのピークの分布がスペクトルＳＰに近い分布となる複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。駆動部１４３は、光変調器１４２を制御することで、光変調器１４２から出力されるレーザ光２１の中心波長およびスペクトル線幅を制御してもよい。ここで、図１９に示す光変調器１４２の例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００７２】
３．１．１．５．１  電気光学素子を用いた光変調器
まず、電気光学素子（ＥＯ）１４２Ａを用いた光変調器１４２を、図面を用いて詳細に説明する。図２０は、電気光学素子１４２Ａを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ａの概略構成を示す。図２１は、図２０に示すシードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａの一例を示す。図２２は、電気光学素子１４２Ａから出力されたレーザ光２１の一例を示す。
【００７３】
図２０に示すように、マスタオシレータ１４０Ａは、光変調器１４２として、電気光学素子１４２Ａを備えてもよい。電気光学素子１４２Ａは、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを位相変調することで、シード光２１ａよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。
【００７４】
電気光学素子１４２Ａは、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）等の電気光学結晶が持つ電気光学効果によって、透過する光の位相を変調する光変調器であってもよい。電気光学結晶に電圧を印加すると、電気光学結晶の屈折率が変化し得る。これは、ポッケルス効果と呼ばれ得る。すなわち、電気光学素子１４２Ａは、ポッケルスセルであってもよい。電気光学素子１４２Ａに電圧を印加すると、電圧の印加によって形成された電界の強度に応じて電気光学素子１４２Ａの屈折率が変化し得る。その際、電気光学素子１４２Ａを通過するシード光２１ａの光路長が変化するため、シード光２１ａの位相が変調され得る。それにより、シード光２１ａの周波数シフトが生じ、スペクトル線幅が拡大し得る。そこで、位相が周期的に変化する電圧を電気光学素子１４２Ａに印加してもよい。それにより、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａが、これよりも多くの縦モードを含むレーザ光２１に変換され得る。変換後のレーザ光２１の縦モード間隔は、印加される電圧の周波数によって決定され得る。また、変換後のレーザ光２１全体のスペクトル線幅は、位相変調の大きさ、言い換えれば、屈折率を決定する印加電圧の大きさによって決定され得る。なお、周波数変調器を用いてもよい。
【００７５】
たとえば図２１に示すように、シードレーザ１４１からシングル縦モードのシード光２１ａが出力されたとする。このシード光２１ａの中心周波数ω０に対応する波長は、７７３．６ｎｍであってもよい。また、電気光学素子１４２Ａには、周波数ω１で変化する電圧が印加されたとする。この周波数ω１は、たとえば１５０ＭＨｚ程度であってもよい。すると、図２２に示すように、電気光学素子１４２Ａに入射したシード光２１ａは、縦モード間隔がω１のマルチ縦モードのレーザ光２１に変換され得る。
【００７６】
駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａに電圧を印加してもよい。駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａに印加する電圧の大きさ（振幅）及び周波数を制御してもよい。それにより、駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａで生成されるレーザ光２１のスペクトル線幅および縦モード間隔を制御し得る。たとえばエキシマレーザである場合、固体レーザ装置１０から出力されるレーザ光２０の縦モード間隔をΔωｇａｓ（＝Ｃ/２ＬＥＸＣ）とすると、電気光学素子１４２Ａが生成するレーザ光２１の縦モード間隔ω１は、Δωｇａｓ以下であればよい。この条件を満足するためには、電気光学素子１４２Ａの印加電圧の周波数をΔωｇａｓ以下に設定すればよい。
【００７７】
このように、電気光学素子１４２Ａを用いることで、シードレーザ１４１から出力されたシングル縦モードのシード光２１ａから複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成し得る。そのため、シードレーザ１４１に要求される共振器長に関する制約を低減し得る。
【００７８】
３．１．１．５．２  光音響素子を用いた光変調器
つぎに、光音響素子（ＡＯ）を用いた光変調器１４２を、図面を用いて詳細に説明する。図２３は、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ｂの概略構成を示す。図２４は、図２３に示すシードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａの一例を示す。図２５は、光音響素子１４２Ｂから出力されたレーザ光２１ｂの一例を示す。図２６は、光音響素子１４２Ｃから出力されたレーザ光２１の一例を示す。
【００７９】
図２３に示すように、マスタオシレータ１４０Ｂは、光変調器１４２として、２つの光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを備えてもよい。光音響素子１４２Ｂは、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを回折することで、シード光２１ａよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１ｂを生成してもよい。光音響素子１４２Ｃは、光音響素子１４２Ｂから出力されたレーザ光２１ｂを回折することで、レーザ光２１ｂよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。
【００８０】
光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃは、ＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベート）等の音響光学結晶が持つ音響光学効果によって、透過する光の強度を変調する光変調器であってもよい。音響光学結晶に超音波等の音響波を入力すると、結晶内に粗密波の回折格子が生成され得る。そこで、音響波が入力されている光音響素子にレーザ光を入射すると、ラマン・ナース効果により、音響光学結晶を通過するレーザ光が回折し得る。そこで、音響光学結晶に音響波を入力した場合と入力しない場合とのレーザ光の光路に合わせてレーザ装置の光軸を設計することで、音響波の入力／非入力を用いて出力レーザ光の強度を変化させ得る。このように、光音響素子を光変調器１４２に使用したマスタオシレータ１４０Ｂでは、回折効率を用いて変調の度合いを設定し得る。また、音響波のオン／オフ周期を用いて変調周波数を設定し得る。たとえば、光音響素子１４２Ｂの回折効率を略５０％、光音響素子１４２Ｃの回折効率を略１００％としてもよい。また、最終的に得られるマルチ縦モードのレーザ光２１の縦モード間隔を２ω１としてもよい。この縦モード間隔２ω１は、上述の縦モード間隔Δωｇａｓ以下を満足するとよい。そのためには、たとえば２ω１＝Δωｇａｓのように設定するとよい。
【００８１】
たとえば図２４に示すように、シードレーザ１４１からシングル縦モードのシード光２１ａが出力されたとする。このシード光２１ａの中心周波数ω０に対応する波長は、７７３．６ｎｍであってもよい。また、そのパルス幅は、１０〜２０ｎｓであってもよい。そこで、光音響素子１４２Ｂは、回折効率が５０％、変調周波数が４ω１（例えば、３００ＭＨｚ）の強度変調を、シード光２１ａに与えてもよい。その結果、図２５に示すように、シード光２１ａが、縦モード間隔が４ω１、スペクトル幅が８ω１、縦モード数が３本のマルチ縦モードのレーザ光２１ｂに変換され得る。その際の光変調は、次式（５）で表し得る。
【００８２】
【数２】
0005914329.tif 000003
【００８３】
光音響素子１４２Ｂから出力されたマルチ縦モードのレーザ光２１ｂは、光音響素子１４２Ｃに入力してもよい。光音響素子１４２Ｃは、回折効率が１００％、変調周波数がω１（例えば、７５ＭＨｚ）の強度変調を、レーザ光２１ｂに与えてもよい。その結果、図２６に示すように、レーザ光２１ｂが、縦モード間隔が２ω１（例えば、１５０ＭＨｚ）、スペクトル幅が１０ω１、縦モード数が６本のマルチ縦モードのレーザ光２１に変換され得る。その際の光変調は、次式（６）で表し得る。
【００８４】
【数３】
0005914329.tif 000004
【００８５】
このように、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを用いることでも、シードレーザ１４１から出力されたシングル縦モードのシード光２１ａから複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成し得る。そのため、シードレーザ１４１に要求される共振器長に関する制約を低減し得る。
【００８６】
３．１．２  増幅器
つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における増幅器２００について説明する。増幅器２００は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅器であってよい。また、増幅器２００は、１つの増幅器であってもよいし、複数の増幅器を含んでいてもよい。以下に、増幅器２００の具体例について、いくつか例を挙げて説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。また、マスタオシレータ１００が十分な強度のレーザ光２１を出力可能な場合、増幅器２００は省略されてもよい。
【００８７】
３．１．２．１  ファブリペロー型パワーオシレータ
まず、ファブリペロー型のパワーオシレータを増幅器２００として用いた場合を例に挙げて説明する。図２７は、ファブリペロー型パワーオシレータの増幅器２００の概略構成を模式的に示す。図２７に示すように、増幅器２００は、高反射ミラー２０２と、出力カプラ２０４と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２０３と、高反射ミラー２０１と、ポンピングレーザ２０５とを備えてもよい。ポンピングレーザ２０５は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
【００８８】
高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４は、光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶２０３は、高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー２０１は、マスタオシレータ１００から入射したレーザ光２１およびポンピングレーザ２０５から入射した励起光６１を光共振器内に導いてもよい。
【００８９】
具体的には、高反射ミラー２０１は、マスタオシレータ１００から入射したレーザ光２１を光共振器へ反射してもよい。高反射ミラー２０１は、ポンピングレーザ２０５から入射した励起光６１を光共振器へ透過してもよい。光共振器を形成する一方の高反射ミラー２０２は、レーザ光２１および励起光６１を透過してもよい。これにより、レーザ光２１および励起光６１が光共振器内部に取り込まれてもよい。また、高反射ミラー２０２は、チタンサファイア結晶２０３から出射したレーザ光を反射してもよい。
【００９０】
高反射ミラー２０２を介して光共振器内に入射したレーザ光２１および励起光６１は、チタンサファイア結晶２０３に入射してもよい。チタンサファイア結晶２０３の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。チタンサファイア結晶２０３から出射したレーザ光は、高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶２０３からポンプアップされたレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶２０３から出射されたレーザ光は、出力カプラ２０４を介してレーザ光２２として出力されてもよい。
【００９１】
３．１．２．２  リング型パワーオシレータ（変形例１）
つぎに、増幅器２００の変形例１を、図面を参照して詳細に説明する。図２８は、リング型のパワーオシレータとして構成された増幅器２１０の概略構成を模式的に示す。図２８に示すように、増幅器２１０は、入出力カプラ２１１と、高反射ミラー２１２〜２１４と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２１５と、ポンピングレーザ２１６とを備えてもよい。ポンピングレーザ２１６は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
【００９２】
入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２〜２１４は、リング状（８字状）の光路Ｐを備えた光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶２１５は、入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２〜２１４が形成する光共振器内の光路Ｐ上に配置されてもよい。
【００９３】
この構成において、入出力カプラ２１１は、例えば、マスタオシレータ１００からのレーザ光２１を透過し、チタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を反射してもよい。入出力カプラ２１１はチタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を透過してもよい。高反射ミラー２１３は、ポンピングレーザ２１６からの励起光６１を光共振器側へ透過し、チタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を反射してもよい。光共振器内に取り込まれたレーザ光２１は、入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２〜２１４が形成するリング状（８字状）の光路Ｐを進行してもよい。光路Ｐを進行中にチタンサファイア結晶２１５によってポンプアップされたレーザ光は、入出力カプラ２１１を介してレーザ光２２として出力されてもよい。このように、増幅器２１０にリング型のパワーオシレータを用いることで、例えばファブリペロー型のレーザを用いた場合よりも効率よくレーザ光２１を増幅し得る。さらに、レーザ光２１の入射端に反射率の比較的低い入出力カプラ２１１を用いることで、レーザ光２１の光量下限値を抑えることが可能となり得る。
【００９４】
３．１．２．３  再生増幅器（変形例２）
つぎに、増幅器２００の変形例２を、図面を参照して詳細に説明する。増幅器２００の変形例２では、増幅器２００として再生増幅器２２０を用いてもよい。図２９は、再生増幅器２２０の概略構成を模式的に示す。図２９に示すように、再生増幅器２２０は、高反射ミラー２２１および２２６と、ポッケルスセル２２２と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２２３と、偏光ビームスプリッタ２２４と、ポッケルスセル２２５と、ポンピングレーザ２２７とを備えてもよい。ポンピングレーザ２２７は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
【００９５】
高反射ミラー２２１および２２６は、光共振器を形成してもよい。ポッケルスセル２２２、チタンサファイア結晶２２３、偏光ビームスプリッタ２２４およびポッケルスセル２２５は、高反射ミラー２２１および２２６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。ポッケルスセル２２２および２２５は、例えば電圧が印加されている期間、λ／４板として機能してもよい。
【００９６】
この構成において、たとえばマスタオシレータ１００からは、例えば偏光ビームスプリッタ２２４の入射面に対してＳ偏光のレーザ光２１が入射してもよい。このレーザ光２１は、まず、光共振器の光路に対して４５°傾いた偏光ビームスプリッタ２２４に入射してもよい。偏光ビームスプリッタ２２４は、たとえば入射面に対してＳ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過してもよい。その場合、マスタオシレータ１００から入射されたレーザ光２１は、偏光ビームスプリッタ２２４で反射して、光共振器内に導入され得る。この際、ポッケルスセル２２５のみに電圧を印加しておいてもよい。これにより、高反射ミラー２２６で反射されるまでに２回、ポッケルスセル２２５を通過したレーザ光２１が、偏光ビームスプリッタ２２４の光入射面に対してＰ偏光のレーザ光に変換され得る。なお、レーザ光２１を光共振器内に導入する期間のみ、電圧がポッケルスセル２２５へ印加されてもよい。つづいて、ポッケルスセル２２５への電圧印加が停止されてもよい。これにより、光共振器内のレーザ光２１の偏光状態が変化しないため、光共振器内にレーザ光２１が閉じ込められ得る。閉じ込められたレーザ光２１は、光共振器内を１回以上往復してもよい。光共振器内を往復するレーザ光２１は、チタンサファイア結晶２２３を複数回通過することで再生増幅されてもよい。その後、電圧がポッケルスセル２２２に印加されてもよい。これにより、高反射ミラー２２１で反射されるまでにポッケルスセル２２２を２回通過したレーザ光２１が、偏光ビームスプリッタ２２４の光入射面に対してＳ偏光のレーザ光２１に変換され得る。その結果、このレーザ光２１が偏光ビームスプリッタ２２４によって反射され、レーザ光２２として出力され得る。
【００９７】
３．１．２．４  マルチパス型パワー増幅器（変形例３）
つぎに、増幅器２００の変形例３を、図面を参照して詳細に説明する。図３０は、マルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器２３０の概略構成を模式的に示す。図３０に示すように、増幅器２３０は、複数の高反射ミラー２３１〜２３７と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２３８と、ポンピングレーザ２３９とを備えてもよい。ポンピングレーザ２３９は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
【００９８】
複数の高反射ミラー２３１〜２３７は、例えば、マスタオシレータ１００から入力したレーザ光２１がチタンサファイア結晶２３８を複数回（本例では４回）通過するマルチパスを形成してもよい。チタンサファイア結晶２３８には、ポンピングレーザ２３９からの励起光６１が、高反射ミラー２３７を介して入射してもよい。すなわち、高反射ミラー２３７は、励起光６１を透過し、チタンサファイア結晶２３８からのレーザ光を反射してもよい。その場合、チタンサファイア結晶２３８を複数回通過する際に、レーザ光２１がマルチパス増幅され得る。マルチパス増幅後のレーザ光は、レーザ光２２として出力されてもよい。
【００９９】
３．１．３  波長変換部
つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における波長変換部３００について、例を挙げて説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
【０１００】
３．１．３．１  ＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いた波長変換部
図３１は、２つのＳＨＧ結晶を備えた波長変換部３００の概略構成を模式的に示す。なお、以下では、１つ目のＳＨＧ結晶で発生した第２高調波に基づいて２つ目のＳＨＧ結晶で発生した第２高調波を、第４高調波という。
【０１０１】
図３１に示すように、波長変換部３００は、集光レンズ３０１と、１つ目のＳＨＧ結晶であるＢＢＯ結晶３０２と、コリメータレンズ３０３と、高反射ミラー３０４および３０５と、集光レンズ３０６と、２つ目のＳＨＧ結晶であるＫＢＢＦ結晶３０７と、コリメータレンズ３０８と、高反射ミラー３０９とを備えてもよい。
【０１０２】
増幅器２００から出力されたレーザ光２２は、まず、集光レンズ３０１によってＢＢＯ結晶３０２に集光されてもよい。このレーザ光２２は、高調波に対する基本波であり得る。この基本波の中心周波数は、たとえばω（＝２πν）であってよい。基本波の中心波長は７７２ｎｍであってよい。基本波全体のスペクトル線幅は１．２ｐｍであってよい。
【０１０３】
ＢＢＯ結晶３０２は、レーザ光２２の入射に対して第２高調波光のレーザ光２３ａを出射してもよい。このレーザ光２３ａは、たとえば中心周波数が２ω、中心波長が３８６ｎｍ、スペクトル線幅が０．６ｐｍであってもよい。ＢＢＯ結晶３０２から出射されたレーザ光２３ａは、コリメータレンズ３０３で平行光化されてもよい。平行光化されたレーザ光２３ａは、高反射ミラー３０４および３０５を介して集光レンズ３０６に入射してもよい。集光レンズ３０６は、入射したレーザ光２３ａをＫＢＢＦ結晶３０７に集光してもよい。ここで、高反射ミラー３０４は、周波数が２ωのレーザ光（レーザ光２３ａ）を反射し、周波数がωのレーザ光（レーザ光２２ｔ）を透過してもよい。それにより、ＫＢＢＦ結晶３０７には、周波数が２ωのレーザ光２３ａのみが導かれ得る。
【０１０４】
ＫＢＢＦ結晶３０７は、波長が１９３ｎｍ程度の真空紫外光への波長変換に適していると考えられる。ＫＢＢＦ結晶３０７は、中心周波数が２ωのレーザ光２３ａの入射に対し、これを基本波とする第２高調波光（第４高調波光）のレーザ光２３を出射してもよい。このレーザ光２３は、たとえば中心周波数が２×２ω＝４ω、中心波長が１９３ｎｍ、スペクトル線幅が０．３ｐｍであってもよい。ＫＢＢＦ結晶３０７から出射されたレーザ光２３は、コリメータレンズ３０８で平行光化されてもよい。平行光化されたレーザ光２３は、高反射ミラー３０９に入射してもよい。高反射ミラー３０９は、周波数が２ωのレーザ光（レーザ光２３ｔ）を透過するとともに、中心周波数が４ωのレーザ光（レーザ光２３）を反射してもよい。これにより、波長変換部３００から中心周波数が４ωのレーザ光２３が出力され得る。
【０１０５】
ここで、ＢＢＯ結晶やＫＢＢＦ結晶などのＳＨＧ結晶に複数の縦モードを含むレーザ光を入力すると、単純な第２高調波光だけでなく、和周波や差周波もレーザ光の縦モード間隔で発生し得る。その結果、レーザ光のスペクトル形状が変化し得る。これを、図３２〜図３４を用いて説明する。図３２は、増幅器２００から出力されたレーザ光２２（もしくはマスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１であってもよい）を示す。図３３は、図３２に示すレーザ光２２の入射に対してＢＢＯ結晶３０２から出力された第２高調波光（レーザ光２３ａ）を示す。図３４は、図３３に示すレーザ光２３ａの入射に対してＫＢＢＦ結晶３０７から出力された第４高調波光（レーザ光２３）を示す。なお、図３２〜図３４において、横軸は、各スペクトルの中心周波数に対する差周波を示しており、縦軸は、各スペクトルの光強度を示している。
【０１０６】
図３２に示すように、増幅器２００（またはマスタオシレータ１００）からは、縦モード間隔Δνが１５０ＭＨｚ、縦モード数が５本、全体のスペクトル線幅を６００ＭＨｚ（＝１．２ｐｍ）のレーザ光２２が出力されたとする。その場合、図３３に示すように、ＢＢＯ結晶３０２からは、縦モード数が９本、全体のスペクトル線幅が１．２ＧＨｚ（＝０．６ｐｍ）のレーザ光２３ａが出力され得る。ただし、レーザ光２３ａの縦モード間隔Δνは、レーザ光２２と同じ１５０ＭＨｚであり得る。また、図３４に示すように、ＫＢＢＦ結晶３０７からは、縦モード数が１７本、全体のスペクトル線幅が２．４ＧＨｚ（＝０．３ｐｍ）のレーザ光２３が出力され得る。ただし、レーザ光２３の縦モード間隔Δνは、レーザ光２２および２３ａと同じ１５０ＭＨｚであり得る。
【０１０７】
このように、ＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７は、基本波とするレーザ光２２（またはレーザ光２１）の縦モード間隔Δνで第２高調波光または第４高調波光を発生し得る。その結果、所望するスペクトルＳＰに実質的に近似するレーザ光２０を生成し得る。
【０１０８】
ところで、半導体露光で要求されるスペクトル形状は、露光条件に応じて可変であってもよい。また、波長変換部３００から出力されるレーザ光２３のスペクトル（スペクトル形状）は、波長変換部３００に入力されるレーザ光２２のスペクトルに応じて変化し得る。そのため、たとえば図２３に示す光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ｂを使用する場合、固体レーザ装置１０から所望のスペクトル形状を有するレーザ光２０を出力できるように、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃにおいて生成されるレーザ光２３ａおよび２３のスペクトルを調整することが望ましい。この強度分布は、たとえば、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃにおいてレーザ光２２または２３ａに与えられる強度変調を設定することで制御し得る。
【０１０９】
図３６は、図３５に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。図３８は、図３７に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。図４０は、図３９に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。なお、図３５、図３７および図３９のいずれも、基本波とするレーザ光２１の縦モード間隔Δνは１５０ＭＨｚであってよい。また、その縦モード数は５本であってもよい。図３５〜図４０において、横軸は、各スペクトルの中心周波数との差周波を示しており、縦軸は、各スペクトルの光強度を示している。図３５〜図４０では、最大値が１となるようにスペクトル強度が規格化されている。
【０１１０】
３．１．４  検出部
つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における検出部４２０について説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
【０１１１】
波長変換部３００から出力されたレーザ光２３は、図３を用いて説明したように、ビームスプリッタ４１０によって分岐されてもよい。ビームスプリッタ４１０を透過したレーザ光２３は、たとえばレーザ光２０として、固体レーザ装置１０から出力されてもよい。ビームスプリッタ４１０で反射されたレーザ光２４は、検出部４２０に入射してもよい。検出部４２０は、入射したレーザ光２４のスペクトル線幅を検出し得る。ここで、図３に示す検出部４２０の例を、図面を用いて説明する。
【０１１２】
３．１．４．１  モニタエタロンを用いた検出部
まず、モニタエタロンを用いた検出部４２０を、図面を用いて詳細に説明する。図４１は、検出部４２０の概略構成を模式的に示す。図４１に示すように、検出部４２０は、拡散板４２１と、モニタエタロン４２２と、集光レンズ４２３と、イメージセンサ４２５（またはフォトダイオードアレイでもよい）とを備えてもよい。
【０１１３】
ビームスプリッタ４１０で分岐されたレーザ光２４は、まず、拡散板４２１に入射してもよい。拡散板４２１は、入射したレーザ光２４を散乱させてもよい。この散乱光は、モニタエタロン４２２に入射してもよい。このモニタエタロン４２２は、レーザ光２４を透過する基板の表面に部分反射膜がコーティングされた２枚のミラーが所定の間隔となるようにスペーサを介して張り合わされたエアギャップエタロンであってもよい。モニタエタロン４２２は、入射した散乱光のうち所定の波長の光を透過してもよい。この透過光は、集光レンズ４２３に入射してもよい。イメージセンサ４２５は、集光レンズ４２３の焦点面に配置されてもよい。集光レンズ４２３によって集光された透過光は、イメージセンサ４２５に干渉縞を発生させ得る。イメージセンサ４２５は、発生した干渉縞を検出してもよい。この干渉縞の半径の２乗は、レーザ光２４の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザ光２４全体のスペクトルを検出し得る。スペクトル線幅は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求めてもよいし、制御部４３０で算出してもよい。
【０１１４】
なお、集光レンズ４２３とイメージセンサ４２５との間に、遮光板４２４を設けてもよい。これにより、迷光を低減し、高精度に干渉縞を検出し得る。
【０１１５】
３．１．４．２  ツェルニターナ型分光器を用いた検出部
つぎに、ツェルニターナ型分光器を用いた検出部４２０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図４２は、検出部４２０Ａの概略構成を模式的に示す。図４２に示すように、検出部４２０Ａは、拡散板４２１ａと、集光レンズ４２２ａと、分光器４２３ａとを備えてもよい。分光器４２３ａは、凹面ミラー４２５ａと、グレーティング４２６ａと、凹面ミラー４２７ａと、イメージセンサ（ラインセンサ）４２８ａとを備えてもよい。
【０１１６】
ビームスプリッタ４１０で分岐されたレーザ光２４は、まず、拡散板４２１ａに入射してもよい。拡散板４２１ａは、入射したレーザ光２４を散乱してもよい。この散乱光は、集光レンズ４２２ａに入射してもよい。集光レンズ４２２ａの焦点面付近には、分光器４２３ａの入射スリット４２４ａが配置されてもよい。入射スリット４２４ａは、集光レンズ４２２ａの焦点面より多少手前側に位置していてもよい。集光レンズ４２２ａで集光された散乱光は、入射スリット４２４ａを介して凹面ミラー４２５ａに入射してもよい。凹面ミラー４２５ａは、入射した散乱光を平行光に変換して反射してもよい。この反射光は、グレーティング４２６ａに入射してもよい。グレーティング４２６ａは、入射した平行光を回折してもよい。この回折光は、凹面ミラー４２７ａに入射してもよい。凹面ミラー４２７ａは、入射した回折光を集光するように反射してもよい。凹面ミラー４２７ａの焦点面には、イメージセンサ４２８ａが配置されていてもよい。その場合、凹面ミラー４２７ａによって集光された反射光は、イメージセンサ４２８ａに結像され得る。イメージセンサ４２８ａは、各結像位置（チャネル）の光の強度分布を検出してもよい。反射光の結像位置は、レーザ光２４の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出された結像位置からレーザ光２４全体のスペクトルを検出し得る。スペクトル線幅は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求めてもよいし、制御部４３０で算出してもよい。
【０１１７】
レーザ光２４全体のスペクトル線幅は、各縦モードの光強度のピークを結んだ曲線をフィッティング等で求め、この曲線の線幅として求められてもよい。あるいは、レーザ光２４全体のスペクトル線幅は、比較的低い解像度の検出部４２０を用いてぼやけたスペクトルを検出し、このスペクトルの線幅として求められてもよい。検出部４２０は、検出したスペクトル線幅を、制御部４３０に入力してもよい。
【０１１８】
なお、実施の形態１では、波長変換部３００から出力されたレーザ光２３、すなわち固体レーザ装置１０の出力をサンプルし、これのスペクトル線幅を検出部４２０で検出する。ただし、これに限るものではない。たとえばマスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１または増幅器２００から出力されたレーザ光２２をサンプルし、これのスペクトル線幅を検出部４２０で検出してもよい。
【０１１９】
３．１．５  制御部
つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における制御部４３０について説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
【０１２０】
制御部４３０は、上述したように、検出部４２０で検出されたスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。具体的には、制御部４３０は、検出部４２０で検出されるスペクトル線幅が所望のスペクトル線幅となるように、マスタオシレータ１００の駆動部１０１ｂに制御信号を送信してもよい。その際、制御部４３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードレーザ光Ｌ１〜Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。
【０１２１】
ここで、図４３を用いて、スペクトル純度Ｅ９５について説明する。図４３に示すように、スペクトルＳｐ全体の光エネルギーをＳａ、線幅Δλｃに含まれる光エネルギーをＳｂとすると、スペクトル純度Ｅ９５は、以下の式（７）で表現されるスペクトル純度Ｊが９５％となる線幅Δλｃと定義し得る。
Ｊ＝Ｓｂ／Ｓａ      ・・・（７）
【０１２２】
このスペクトル純度Ｅ９５は、たとえば露光装置のレンズの解像力に影響を与える指標の１つであり得る。露光装置側で要求されるスペクトル純度Ｅ９５は、露光装置コントローラやレーザシステム１の上位コントローラなどの外部装置５０から、制御部４３０に入力されてもよい。制御部４３０は、検出部４２０によって検出されたスペクトルからスペクトル純度Ｅ９５を計算し、この算出したスペクトル純度と、要求されたスペクトル純度Ｅ９５とを比較してもよい。また、制御部４３０は、この比較結果に基づいて、パルスレーザ光２１のスペクトル純度が要求されたスペクトル純度Ｅ９５となるように、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
【０１２３】
３．２  増幅装置
つぎに、図２に示す増幅装置８０について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置８０は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置８０は、１つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。なお、固体レーザ装置としては、図３に示す固体レーザ装置１０を引用するが、他の固体レーザ装置であってもよい。
【０１２４】
３．２．１  パワーオシレータ
図４４は、パワーオシレータとして構成された増幅装置８０の概略構成を模式的に示す。図４４に示すように、増幅装置８０は、リアミラー８１と、チャンバ８３と、出力カプラ８８とを備えてもよい。リアミラー８１は、光共振器の一方の共振器ミラーであってもよい。チャンバ８３は、光共振器内を往復するレーザ光２０を増幅する増幅領域を備えてもよい。出力カプラ８８は、光共振器の他方の共振器ミラーであってもよい。この出力カプラ８８は、レーザ光４０の出力端であってもよい。増幅装置８０は、光共振器内を往復するレーザ光２０のビームプロファイルを調整するスリット８２をさらに備えてもよい。チャンバ８３には、ウィンドウ８４および８７が設けられてもよい。ウィンドウ８４および８７は、チャンバ８３の機密性を保持しつつ、チャンバ８３内をレーザ光２０に対して光学的に開放してもよい。このチャンバ８３内には、ガス状のゲイン媒体が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。さらに、チャンバ８３内には、一対の放電電極８５および８６が設けられてもよい。放電電極８５および８６は、レーザ光２０が通過する領域（増幅領域）を挟むように配置されていてもよい。放電電極８５および８６間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光２０が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極８５および８６間に印可されてもよい。放電電極８５および８６間に高電圧が印加されると、放電電極８５および８６間に、活性化されたゲイン媒体を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光２０は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。なお、増幅後のレーザ光２０は、レーザ光４０として出力カプラ８８から出力されてもよい。
【０１２５】
以上のように、実施の形態１およびその変形例によれば、マスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１が波長変換部３００によって波長変換され得る。それにより、色収差を抑え、且つスペックルを抑制し得る程度のスペクトル線幅を持つレーザ光２０が生成され得る。チタンサファイア結晶や半導体等の固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般的なガスレーザと比較して発振効率がよい場合がある。そのため、実施の形態１によれば、省エネルギー化を達成し得る。このようなレーザシステム１を半導体露光用の光源に適用した場合、露光装置におけるスループット及び解像力を向上し得る。また、チタンサファイア結晶や半導体等の固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般に、ガスレーザよりも小型で且つ構成がシンプルである。そのため、レーザシステム１全体の小型化および簡略化をも達成し得る。
【０１２６】
また、実施の形態１では、波長変換後のレーザ光２３のスペクトル線幅を検出し、この検出結果に基づいてマスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。この構成によれば、実際に露光に用いられるレーザ光４０のスペクトルに近いスペクトルのレーザ光２０のスペクトル線幅を検出し得る。その結果、より高精度に且つ安定してマスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。
【０１２７】
ここで、半導体露光用のレーザ光には、中心波長が１９３．５ｎｍであるレーザ光（ＡｒＦレーザ）が要求される場合がある。その場合、共振器長ＬＥＸＣを約１ｍ、スペクトル純度Ｅ９５を０．３ｐｍとし、レーザ光に含まれる縦モードの数を１７本とすることが好ましい場合が存在する。そこで、実施の形態１によるレーザシステム１を用いて縦モード数が１７本のレーザ光を生成する場合を以下に説明する。
【０１２８】
一般的な固体レーザが発振するレーザ光の縦モード間隔Δω（又はΔν）は、たとえば半導体レーザなどが発振するレーザ光の縦モード間隔と比較して非常に広い。そのため、所望のスペクトル線幅内に所望数の縦モードを含ませることが困難な場合がある。
【０１２９】
そこで、実施の形態１では、例として、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌを１ｍ、レーザ光２１（基本波）の縦モード数を５本とする。また、レーザ光２１の中心波長を７７３．６ｎｍとする。ＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いた波長変換部３００は、増幅器２００による増幅後のレーザ光２２から、例えば縦モード数が１７本の第４高調波光（レーザ光２３）を生成し得る。このレーザ光２３の中心波長は１９３．４ｎｍであり得る。具体的には、波長変換部３００のＢＢＯ結晶３０２は、中心波長が７７３．６ｎｍ、縦モード数が５本のレーザ光２２（基本波）から、中心波長が３８６．８ｎｍ、縦モード数が９本の第２高調波光（レーザ光２３ａ）を生成し得る。ＫＢＢＦ結晶３０７は、中心波長が３８６．８ｎｍ、縦モード数が９本の第２高調波光（レーザ光２３ａ）から、中心波長が１９３．４ｎｍ、縦モード数が１７本の第４高調波光（レーザ光２３）を生成し得る。このような縦モード数が１７本のレーザ光２３によれば、色収差を抑え、且つスペックルを抑制し得る。
【０１３０】
４．スペクトル線幅を全体フィードバック制御するレーザシステム（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２によるレーザシステム２を、図面を用いて詳細に説明する。図４５は、実施の形態２によるレーザシステム２の概略構成を模式的に示す。図４５に示すように、レーザシステム２は、図１に示すレーザシステム１と同様に、固体レーザ装置１０と、増幅装置８０とを備えてもよい。また、レーザシステム２は、ビームスプリッタ６１０と、検出部６２０と、制御部６３０とをさらに備えてもよい。ビームスプリッタ６１０は、増幅装置８０から出力されたレーザ光４０の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ６１０は、レーザ光４０の光路を２つに分岐してもよい。ビームスプリッタ６１０を透過したレーザ光４０は、たとえば露光装置等へ出力されてもよい。ビームスプリッタ６１０で反射したレーザ光４０は、レーザ光４１として検出部６２０に入射してもよい。
【０１３１】
検出部６２０は、実施の形態１における検出部４２０と同様であってよい。この検出部６２０は、レーザ光４１全体のスペクトル線幅を検出してもよい。制御部６３０は、検出されたスペクトル線幅に基づいて、固体レーザ装置１０のマスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。その際、制御部６３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードＬ１〜Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。また、制御部６３０は、露光装置コントローラなどの外部装置５０からの要求にしたがって、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
【０１３２】
また、制御部６３０には、露光装置側で要求されるスペクトル純度Ｅ９５が、露光装置コントローラやレーザシステム２の上位コントローラなどの外部装置５０から入力されてもよい。制御部６３０は、検出部６２０によって検出されたスペクトルからスペクトル純度Ｅ９５を計算し、この算出したスペクトル純度と、要求されたスペクトル純度Ｅ９５とを比較してもよい。また、制御部６３０は、この比較結果に基づいて、レーザ光２１のスペクトル純度が要求されたスペクトル純度Ｅ９５となるように、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
【０１３３】
実施の形態２によれば、実際に露光に使用されるレーザ光４０のスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。この結果、外部等からの要求をより満足し得るレーザ光４０を生成し得る。その他の構成、動作および効果は、実施の形態１またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１３４】
５．固体レーザ装置の変形例
つぎに、上述した固体レーザ装置１０の他の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【０１３５】
５．１  低コヒーレンス化部を備えた固体レーザ装置（変形例１）
まず、固体レーザ装置１０の変形例１を、図面を用いて詳細に説明する。図４６は、固体レーザ装置１０の変形例１による固体レーザ装置１０Ａの概略構成を模式的に示す。
【０１３６】
図４６に示すように、固体レーザ装置１０Ａは、図３に示した固体レーザ装置１０と同様の構成に加え、低コヒーレンス化部５００をさらに備えてもよい。低コヒーレンス化部５００は、波長変換部３００の後段に配置されていてもよい。低コヒーレンス化部５００は、入射したレーザ光２３のコヒーレンシーを低下させてもよい。これにより、スペックルを発生させ難いレーザ光２５が生成され得る。
【０１３７】
５．１．１  光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部
ここで、光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部５００について、図面を用いて詳細に説明する。図４７は、図４６に示す低コヒーレンス化部５００の概略構成を模式的に示す。
【０１３８】
図４７に示すように、低コヒーレンス化部５００は、ビームスプリッタ５０１と、凹面高反射ミラー５０２〜５０５とを備えてもよい。ビームスプリッタ５０１は、レーザ光２３の一部を反射し、他の一部を透過してもよい。凹面高反射ミラー５０２〜５０５は、ビームスプリッタ５０１で反射されたレーザ光２３の光学像を再びビームスプリッタ５０１に転写結像する光路を形成してもよい。ビームスプリッタ５０１に入射したレーザ光２３ｓの光路は、ビームスプリッタ５０１を透過したレーザ光２３ｆの光路と一致し得る。この結果、入射したレーザ光２３の一部を遅延させ得る。これにより、レーザ光２３ｓおよび２３ｆを含むレーザ光２５のコヒーレンシーを低下させ得る。
【０１３９】
上述のように、固体レーザ装置１０Ａに低コヒーレンス化部５００を備えることで、コヒーレンシーが低化されたレーザ光２０を出力し得る。それにより、半導体露光の際にスペックルの発生を抑制し得る。なお、低コヒーレンス化部５００は、光学パルスストレッチに限らず、他の光学素子を用いて構成されてもよい。たとえばランダム位相板を用いることで、レーザ光のコヒーレンシーを低下させ得る。
【０１４０】
また、低コヒーレンス化部５００は、波長変換部３００の前段に設けられてもよい。その場合、反射によるエネルギーロスが比較的小さい短い波長の段階でレーザ光のコヒーレンシーを低下させ得る。なお、波長変換部３００と低コヒーレンス化部５００との配置順序は、上述の順序に限定されない。
【０１４１】
ここで、低コヒーレンス化部５００を、増幅器２００と波長変換部３００との間の光路上に配置した場合について説明する。たとえば、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の波長をλｓｏｌｉｄ＿ｍｏとし、レーザ光２１のスペクトル幅をΔλｓｏｌｉｄ＿ｍｏとし、増幅器２００の高反射ミラー２０２及び出力カプラ２０４が形成する共振器の光路長をＬｒｅｓｏとし、低コヒーレンス部５００の光路長をＬｏｐｓとする。この場合、低コヒーレンス化後のレーザ光２５のコヒーレント長Ｌｃｏｈは、次式（８）の関係を満たしてもよい。
【０１４２】
【数４】
0005914329.tif 000005
【０１４３】
５．２  ＬＢＯ結晶およびＴＨＧ結晶を用いた波長変換部を備えた固体レーザ装置（変形例２）
つぎに、固体レーザ装置１０の変形例２を、図面を用いて詳細に説明する。図４８は、固体レーザ装置１０の変形例２による固体レーザ装置１０Ｂの概略構成を模式的に示す。
【０１４４】
図４８に示すように、固体レーザ装置１０Ｂは、図３に示すマスタオシレータ１００および波長変換部３００の変わりに、マスタオシレータ１００Ｂおよび波長変換部３００Ｂを有していてもよい。その他の構成については、図３に示すものと同様であってもよい。
【０１４５】
マスタオシレータ１００Ｂは、例えば、チタンサファイア結晶をレーザ結晶とする固体レーザまたは半導体レーザであってもよい。マスタオシレータ１００Ｂは、例えば波長が７４５．３ｎｍのマルチ縦モードレーザ光（基本波）を出力してもよい。なお、マルチ縦モードレーザ光を生成する機構としては、種々の機構を適用可能である。
【０１４６】
波長変換部３００Ｂは、ＬＢＯ結晶３１２とＴＨＧ結晶３１７とを備えてもよい。マスタオシレータ１００Ｂは、中心波長が７４５．３ｎｍのレーザ光２１Ｂを出力してもよい。増幅部２００は、レーザ光２１Ｂを増幅してレーザ光２２Ｂを出力してもよい。ＬＢＯ結晶３１２は、増幅後のレーザ光２２Ｂ（波長＝７４５．３ｎｍ）の第２高調波光（波長＝４９６．８ｎｍ）をレーザ光２３ｂとして出力してもよい。ＴＨＧ結晶３１７は、第３高調波光を発生し得る非線形光学結晶であってもよい。ＴＨＧ結晶３１７は、レーザ光２３ｂを基本波として、これの第３高調波光（波長＝２４８．４ｎｍ）をレーザ光２３Ｂとして出力してもよい。このレーザ光２３Ｂは、レーザ光２０として固体レーザ装置１０Ｂから出力されてもよい。
【０１４７】
以上のように、種々の非線形光学結晶を波長変換部に用いることで、ＡｒＦレーザに限らず、ＫｒＦレーザやその他のレーザに適用可能なマルチ縦モードレーザ光を生成し得る。なお、非線形光学結晶としては、上述したＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶の他、たとえばＣＬＢＯ結晶など、種々の非線形光学結晶を用いることが可能である。
【０１４８】
６．増幅装置にパワー増幅器を用いたレーザシステム（実施の形態３）
つぎに、本開示の実施の形態３によるレーザシステム３を、図面を用いて詳細に説明する。図４９は、実施の形態３によるレーザシステム３の概略構成を模式的に示す。図５０は、図４９に示す増幅装置９０の光路に沿う他の断面構成を模式的に示す。
【０１４９】
図４９に示すように、実施の形態３では、図２に示すパワーオシレータ型の増幅装置８０の代わりに、パワー増幅器である増幅装置９０を用いてもよい。また、レーザシステム３は、増幅装置９０から出力されたレーザ光４０を遮断するシャッタ９８をさらに備えてもよい。
【０１５０】
図４９および図５０に示すように、増幅装置９０は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと、出力カプラ９１と、チャンバ９２とを備えてもよい。高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とは、チャンバ９２内の増幅領域を複数回通過するマルチパスを形成してもよい。出力カプラ９１は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ９２は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置９０は、内部を進行するレーザ光のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ９２内には、増幅領域を満たすようガス状のゲイン媒体が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０１５１】
上記の構成において、例えば固体レーザ装置１０から出力されたレーザ光２０は、高反射ミラー３１およびビームスプリッタ３３を含む光学システム３０Ａを介して増幅装置９０に入射してもよい。入射したレーザ光２０は、まず、高反射ミラー９１ａおよび９１ｂで反射された後、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２内に入射してもよい。チャンバ９２内に入射したレーザ光２０は、電圧が印加された２つの放電電極９４および９５間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光２０は、ウィンドウ９６を介してチャンバ９２から出射してもよい。出射したレーザ光２０は、高反射ミラー９７ａおよび９７ｂで反射されることで、ウィンドウ９６を介して再びチャンバ９２内に入射してもよい。その後、レーザ光２０は、チャンバ９２内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光２０は、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２から出射してもよい。
【０１５２】
このようにチャンバ９２内の増幅領域を２回通過したレーザ光２０は、その後、その一部が出力カプラ９１を介してレーザ光４０として出力されてもよい。また、出力カプラ９１で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
【０１５３】
実施の形態３によれば、増幅装置９０においてレーザ光２０をマルチパス増幅することが可能となり得る。そのため、より高強度のレーザ光４０を生成し得る。また、実施の形態３においては、増幅装置９０の出力段に配置したシャッタ９８を用いてレーザ光４０の出力を遮断し得る。このシャッタ９８は、例えば不図示の制御機構による駆動制御のもとで、レーザ光４０の光路を開放／遮断してもよい。その他の構成、動作および効果は、実施の形態１、２またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１５４】
以上説明したように、上述の実施の形態およびその変形例によれば、マスタオシレータから出力されたレーザ光を波長変換することにより、色収差を抑え、且つスペックルも抑制できる程度のスペクトル線幅を有するレーザ光を生成し得る。固体レーザや半導体レーザなどの固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般的なガスレーザよりも発振効率が良い。また、その構成は、簡単で且つ小型である。そのため、上述のマスタオシレータをＭＯＰＯやＭＯＰＡに適用することにより、消費電力を低減して省エネルギー化を図り得るレーザシステムを実現し得る。
【０１５５】
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。例えば上述の実施の形態および変形例を適宜組み合わせることは、本開示の範疇に含まれるものである。
【０１５６】
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。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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