(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の一つまたは複数の中心波長を有する励起レーザー光源と上記励起レーザー光源により出射された励起レーザー光を集光する集光光学系と、上記集光光学系により上記励起レーザー光が集光される集光位置に設けられ、集光された励起レーザー光により励起されて、上記励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）を発生する短波長コヒーレント光発生手段と、
上記短波長コヒーレント光発生手段から出射される上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口を有し、上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板からなる透過型の減光機構とを備え、
上記遮蔽板は、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を上記遮蔽板により遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出し、
上記開口は、上記励起光成分を減光した上記短波長コヒーレント光が発生する際の上記発散角と、上記短波長コヒーレント光発生手段と上記遮蔽板の距離との積の３倍と同等又はそれ以下のサイズのピンホールであることを特徴とする短波長コヒーレント光源。
【請求項２】
上記遮蔽板は、光軸部に開口を有する反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の短波長コヒーレント光源。
【請求項３】
上記透過型の減光機構は、上記多波長コヒーレントビームの光軸上にそれぞれ開口を有する複数の遮蔽板を備え、
前段の遮蔽板の開口を介して入射される多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、複数の遮蔽板を介して励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の短波長コヒーレント光源。
【請求項４】
上記透過型の減光機構は、前段の遮蔽板の開口を介して出射される多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系を備え、
上記結像光学系による上記短波長コヒーレント光の結像位置において、上記多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことを特徴とする請求項３に記載の短波長コヒーレント光源。
【請求項５】
励起レーザー光により励起されて、該励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）と上記励起レーザー光を含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口を有し、上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板を備え、
上記遮蔽板は、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を上記遮蔽板により遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出し、
上記開口は、上記励起光成分を減光した上記短波長コヒーレント光が発生する際の上記発散角と、上記短波長コヒーレント光を発生させる短波長コヒーレント光発生手段と上記遮蔽板の距離との積の３倍と同等又はそれ以下のサイズのピンホールであることを特徴とする透過型の減光機構。
【請求項６】
上記遮蔽板は、光軸部に開口を有する反射鏡であることを特徴とする請求項５に透過型の減光機構。
【請求項７】
上記多波長コヒーレントビームの光軸上にそれぞれ開口を有する複数の遮蔽板を備え、
前段の遮蔽板の開口を介して入射される多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、複数の遮蔽板を介して励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことを特徴とする請求項５又は請求項６の何れか１項に記載の透過型の減光機構。
【請求項８】
前段の遮蔽板の開口を介して出射される多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系を備え、
上記結像光学系による上記短波長コヒーレント光の結像位置において、上記多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことを特徴とする請求項７に記載の透過型の減光機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光された励起レーザー光により励起されて、該励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された高次高調波光などの短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）と上記励起レーザー光を含む多波長コヒーレントビームの中から短波長コヒーレント光のみ高効率で取り出すことのできる短波長コヒーレント光源及び透過型の減光機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー光を結晶や気体に入射すると、レーザー光と原子や分子との非線形相互作用によって、入射した元のレーザー光の整数倍の周波数（整数分の一の波長）をもつコヒーレント光が発生される高調波発生という現象が知られており、こうした現象を利用して、入射レーザー光の高次高調波を発生して出射するようにした高次高調波発生装置が種々提案されている。なお、一般に、上記した入射レーザー光は、励起レーザー光と称されている。また、気体は等方媒質であるため発生する高次高調波は入射した元のレーザー光の奇数倍の周波数である。
【０００３】
こうした高次高調波発生装置としては、一般的に中心波長およそ８００ｎｍの近赤外光のチタンサファイアレーザー光を励起レーザー光として用いて、波長１ｎｍ乃至１００ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の波長の光、具体的には、２７次高調波として波長２９．６ｎｍの軟Ｘ線などを発生して出射するようにした高次高調波発生装置などが知られている。
【０００４】
高強度でフェムト秒のパルス幅が得られるチタンサファイアレーザー（中心波長８００ｎｍ）などを利用した高次高調波は１９８７年に報告された後、開発が進み現在は実用的な軟Ｘ線光源として注目されている。発振波長は２〜４ｎｍの水の窓領域まで達しており、スタンドアロンの軟Ｘ線光源として開発されている。高次高調波はレーザー光の非線形波長変換であるため、コヒーレントな軟Ｘ線が得られることが特長である。これまで、軟Ｘ線領域のコヒーレント光源は放射光等の大型施設でしか利用できなかったため、新しい計測技術や物理現象の観測技術としての応用が始まっている。特に波長１３．５ｎｍの極端紫外線（ＥＵＶ）は次世代リソグラフィー技術であるＥＵＶリソグラフィーの露光波長であるため、産業界からも高次高調波ＥＵＶ光源が期待されている。
【０００５】
ところで、高次高調波は高出力の励起レーザー光（例えば、中心波長８００ｎｍの近赤外光のチタンサファイアレーザー光である。）と同軸に伝搬するため、そのままでは軟Ｘ線用オプティクスに損傷を与え、さらに計測においてはノイズ源となる。そこで応用研究に利用するためには高次高調波発生装置から出射される多波長コヒーレントビームから励起レーザー光を取り除き、高次高調波たる軟Ｘ線のみを取り出す必要がある。これまでは、比較的低出力の励起レーザー光を軟Ｘ線から分離するには、軟Ｘ線は透過するが近赤外光は透過しない金属フィルターを利用していた。
【０００６】
例えばＥＵＶ領域では厚さ数１００ｎｍのＺｒ（ジルコニウム）の自立膜を利用すると、ＥＵＶの透過率は数１０％であり、近赤外光は１０万分の一以下の透過率となる。この透過率の差を利用して、近赤外光を減光する。しかし、高次高調波の近赤外の励起レーザー出力は通常１Ｗ以上であり、このように薄い自立膜は熱の問題で壊れてしまう。また、フェムト秒オーダーの非常に短いパルスであるため、瞬間的なアブレーションで破壊される恐れもある。そこで、励起レーザー出力をその他の機構で２桁以上弱めてから、金属フィルターによる減光をする必要がある。
【０００７】
これまでの高次高調波の開発は光源の研究開発が主で有り、実用的な減光機構はあまり開発されていない。例えば、光源のスペクトル測定には回折格子とマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を組み合わせた分光器を利用している。回折格子では、近赤外光と軟Ｘ線は容易に分離可能で有り、近赤外光だけを遮光すれば良い。また、ＭＣＰは近赤外線に感度をもっていないため、特別な迷光対策は必要ない。
【０００８】
そのなかで開発された減光機構では、発明者等が２００６年に発表したＮｂＮコートされた反射鏡による減光機構がある（例えば非特許文献１参照）。この減光機構はＮｂＮの８００ｎｍと軟Ｘ線での屈折率の違いを利用している。ＮｂＮの波長８００ｎｍの光に対するブリュースター角は８０°付近だが，軟Ｘ線では４５°付近である。よって、８０°付近で高次高調波光をｐ偏光配置で反射すると、波長８００ｎｍの反射率は計算上０．１％以下と減光でき、一方の軟Ｘ線は８０％近い反射率が得られる。よって、中心波長８００ｎｍの近赤外光を大幅に減光でき、かつ軟Ｘ線成分は高いスループットが得られる設計となっている。
【０００９】
また、プラズマの高密度高温部領域から放射される極端紫外光と極端紫外光以外の光とからなる光を集光するＥＵＶ集光鏡を備えた極端紫外光光源装置と、該光をマスクに投射する照明光学系と、マスクを反射した光をワーク上に投影結像させる投影光学系とを有する極端紫外光露光装置において、開口を有する遮光手段を、ＥＵＶ集光鏡と照明光学系の光学素子との間の光路空間内に設けることにより、 露光光である波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光のパワーを低下させず、効率よく露光に悪影響を及ぼす帯域外光を除去できるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
なお、ＥＵＶ放射種の加熱・励起により高密度高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出すＥＵＶ光源装置としては、固体、液体、気体等のターゲットをパルスレーザで照射して発生する高密度高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するＬＰＰ（Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：レーザ生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置や電流駆動によって生成した高密度高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｐｌａｓｍａ：放電生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２００６−３１０５２０号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Yutaka Nagata, Yasuo Nabekawa, and Katsumi Midorikawa, Development of high-throughput, high-damage-threshold beam separator for 13 nm high-order harmonics, Optics Letters 31 (2006) 1316.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の如く、高次高調波として軟Ｘ線を発生する高次高調波発生装置では、高次高調波たる軟Ｘ線が近赤外で平均出力１Ｗ以上の励起レーザー光と同軸上に発生する。フェムト秒の非常に高強度のパルスレーザーのため、そのまま光学素子やＣＣＤカメラ等の検出器に照射すると損傷を与える。また、計測時には励起レーザー光がノイズ源となることが多い。そのため，励起レーザーを光学素子等に損傷を与えない強度まで減光する減光機構が必要となる。
【００１４】
上記非特許文献１の減光機構において波長８００ｎｍのＮｂＮでの反射率は実測で１％と２桁程度の減光ができた。このときの波長１３．５ｎｍでの実測反射率は６０％以上が得られている。しかし、反射配置で利用するため光路が変化し、調整が複雑になる問題がある。さらには反射鏡の面精度はもっとも面精度の高いものでも軟Ｘ線の波長と比較して悪いため波面を歪ませ集光に悪影響を与える。そこで、軟Ｘ線成分を大幅に減光することなく、励起光成分のみを減光する簡便な透過配置での減光機構が求められている。
【００１５】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、その目的とするところは、集光された励起レーザー光により励起されて、該励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された高次高調波光などの短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）と上記励起レーザー光を含む多波長コヒーレントビームの中から短波長コヒーレント光のみ高効率で取り出すことのできる短波長コヒーレント光源及び透過型の減光機構を提供することにある。
【００１６】
具体的には、例えば、高強度なフェムト秒レーザーを利用して発生する高次高調波Ｘ線光源において、透過配置での減光機構により得ようとする波長領域のＸ線を減光することなく励起光成分であるフェムト秒レーザー成分のみを主に減光して、高調波発生により発生されたＸ線を含む多波長コヒーレントビームの中からＸ線を取り出すことで応用研究に供することのできる高次高調波光源及び透過型の光減光機構を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の如く、高次高調波の発生には、励起レーザー光であるフェムト秒レーザー光を集光し非常に強い電場を作り出して、媒質である希ガスの非線形効果を利用している。そのため、集光点でのレーザー光の集光径は１００μｍ程度で有り、軟Ｘ線の発生する部分はその中の３０μｍ程度である。また、発生した高次高調波軟Ｘ線の発散角は０．５ｍｒａｄ以下で有り、対する集光している近赤外の励起レーザー光の発散角は５ｍｒａｄ程度である。すなわち、１桁以上発散角が違う。
【００１９】
そこで、集光点下流に得ようとする波長領域のＸ線が通る程度のピンホールやスリットなどの開口を設置することで、Ｘ線を透過させ励起レーザー光を減光させる。
【００２０】
また、励起レーザー光の中心波長は、チタンサファイアレーザーでは８００ｎｍであり、波長が長いため１ｍｍ以下の小さな開口では回折角度が大きくビームサイズが開口のサイズに対して短距離でも有意に大きくなる。ピンホールサイズを高次高調波のビームサイズよりも大きくすることで回折の影響は受けないため光源位置は発生位置から変化しない。しかし、励起レーザー光は実質的に開口部分が光源位置とみなせるため集光した場合は集光位置が異なる。
【００２１】
そこで、下流に同様の開口を設置することで段階的に励起レーザー光の強度のみを低減させる。
【００２２】
さらに、開口の下流に結像光学系を設置し、Ｘ線像面にＸ線光源サイズと同等程度の開口を設置した場合、励起レーザー像は、上述の開口の像がぼけてＸ線像面に投影されるため、Ｘ線像と比較すると非常に大きなサイズとなる。
【００２３】
発明者等は、Ｘ線像面に開口を設置することにより励起レーザー光のみを減光させることを見出し、本発明を完成した。
【００２４】
すなわち、本発明は、短波長コヒーレント光源であって、所定の一つまたは複数の中心波長を有する励起レーザー光源と上記励起レーザー光源により出射された励起レーザー光を集光する集光光学系と、上記集光光学系により上記励起レーザー光が集光される集光位置に設けられ、集光された励起レーザー光により励起されて、上記励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）を発生する短波長コヒーレント光発生手段と、上記短波長コヒーレント光発生手段から出射される上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口を有し、上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板からなる透過型の減光機構とを備え、上記遮蔽板は、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を上記遮蔽板により遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出し、上記開口は、上記励起光成分を減光した上記短波長コヒーレント光が発生する際の上記発散角と、上記短波長コヒーレント光発生手段と上記遮蔽板の距離との積の３倍と同等又はそれ以下のサイズのピンホールであることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る短波長コヒーレント光源において、上記遮蔽板は、例えば、光軸部に開口を有する反射鏡であるものとすることができる。
【００２６】
また、本発明に係る短波長コヒーレント光源は、例えば、上記多波長コヒーレントビームの光軸上にそれぞれ開口を有する複数の遮蔽板を備え、前段の遮蔽板の開口を介して入射される多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、複数の遮蔽板を介して励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すものとすることができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る短波長コヒーレント光源は、例えば、前段の遮蔽板の開口を介して出射される多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系を備え、上記結像光学系による上記短波長コヒーレント光の結像位置において、上記多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すものとすることができる。
【００２８】
本発明は、透過型の減光機構であって、励起レーザー光により励起されて、該励起レーザーと同軸上に伝搬する非線形波長変換された短波長コヒーレント光または同軸励起短波長レーザー（以下、これらをまとめて短波長コヒーレント光と表記する）と上記励起レーザー光を含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口を有し、上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板を備え、上記遮蔽板は、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を上記遮蔽板により遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出し、上記開口は、上記励起光成分を減光した上記短波長コヒーレント光が発生する際の上記発散角と、上記短波長コヒーレント光を発生させる短波長コヒーレント光発生手段と上記遮蔽板の距離との積の３倍と同等又はそれ以下のサイズのピンホールであることを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る透過型の減光機構において、上記遮蔽板は、例えば、光軸部に開口を有する反射鏡であるものとすることができる。
【００３０】
また、本発明に係る透過型の減光機構は、例えば、上記多波長コヒーレントビームの光軸上にそれぞれ開口を有する複数の遮蔽板を備え、前段の遮蔽板の開口を介して入射される多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の上記開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、複数の遮蔽板を介して励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すものとすることができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る透過型の減光機構は、例えば、前段の遮蔽板の開口を介して出射される多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系を備え、上記結像光学系による上記短波長コヒーレント光の結像位置において、上記多波長コヒーレントビームに含まれる上記前段の遮蔽板の開口における回折角の大きな励起レーザー光を次段の遮蔽板により遮蔽し、上記前段の遮蔽板の開口における回折角の小さな短波長コヒーレント光を上記次段の遮蔽板の開口を介して通過させることにより、励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すものとすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことができる。
【００３３】
また、非特許文献１に記載されているようなＮｂＮミラーは素子自体の開発も困難であり偏光依存性,波長依存性および波面の歪み等の問題があるが、本発明では、単純な金属開口のみで透過型の減光機構を構成できるため、これらの問題が生じない上に非常に簡便に利用できる。
【００３４】
また、本発明では、上記開口の下流に同様の開口を設置することで段階的に励起レーザー光の強度のみを低減させることができる。
【００３５】
さらに、上記開口の下流に結像光学系を設置し、短波長コヒーレント光の線像面に短波長コヒーレント光の光源サイズと同等程度の開口を設置することにより励起レーザー光のみを減光させることができる。
【００３６】
例えば、高調波発生によりＸ線を上記励起レーザー光と同軸上に発生する高調波発生手段からされる出射される上記励起レーザー光と高次高調波としてＸ線を含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口を有する遮蔽板により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を遮蔽し、発散角の小さなＸ線を上記開口を介して通過させることにより、励起光成分のみを減光して、Ｘ線を減光することなく取り出すことができる。
【００３７】
例えば、励起レーザー光の発散角が５ｍｒａｄ，Ｘ線の発散角が０．５ｍｒａｄであれば、１段の開口により励起レーザー光の強度を１／１００に減光可能である。これにより、１Ｗ以上であった励起レーザー光の平均出力をミリワットクラスまで減光可能であり、Ｚｒ等の薄膜型減光フィルターが利用可能となる。非常にシンプルな構成であり、透過型であるため光軸がずれず光軸調整が非常に容易である。開口の位置合わせも、透過するＸ線の強度が最大となるように調整するだけで良い。
【００３８】
高次高調波の利用において、非常に強度の強い励起レーザー光を如何に減光するかは、必ず問題となる課題であり、本発明により簡便かつ効率よい減光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用した高次高調波Ｘ線光源の構成例を示す図である．
【図２】本発明を適用した高次高調波Ｘ線光源の他の構成例を示す図である．
【図３】本発明を適用した高次高調波Ｘ線光源の他の構成例を示す図である．
【図４】本発明を適用した高次高調波Ｘ線光源の他の構成例を示す図である．
【図５】本発明を適用した高次高調波Ｘ線光源の他の構成例を示す図である．
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００４１】
本発明は、例えば図１に示すような構成の高次高調波Ｘ線光源１０に適用される。
【００４２】
この高次高調波Ｘ線光源１０は、所定の波長の励起レーザー光Ｌｐを出射する励起レーザー光源１１と、上記励起レーザー光源１１により出射された励起レーザー光Ｌｐを集光する集光光学系１２と、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３と、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口１４を有する金属製の遮蔽板１５により軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光する透過型の減光機構２０を備える。
【００４３】
この高次高調波Ｘ線光源１０において、上記励起レーザー光源１１は、励起レーザー光Ｌｐとして中心波長８００ｎｍの近赤外光を出射するフェムト秒レーザー発生部からなる。上記フェムト秒レーザー発生部で発生するフェムト秒レーザーは、パルスエネルギー６ｍＪ、パルス幅３０ｆｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚのパルスレーザーであり、平均出力は６Ｗである。１パルスのピーク強度は０．２ＴＷと非常に強い。また、ビーム径はφ１２ｍｍ程度である。
【００４４】
また、上記集光光学系１２は、曲率半径が２．５ｍの凹面鏡からなり、上記励起レーザー光源１１から出射された励起レーザー光Ｌｐを集光してガスセル１３に入射する。この集光光学系１２により集光された上記励起レーザー光Ｌｐの集光径は約φ１0０μｍであり、集光エネルギー密度は１０の１５乗Ｗ／ｃｍ２以上となり、非常に高強度となる。
【００４５】
上記ガスセル１３は、上記集光光学系１２により集光された励起レーザー光Ｌｐにより励起される媒質である希ガスの非線形効果による高調波発生により軟Ｘ線Ｌｘを上記励起レーザー光Ｌｐと同軸上に発生する高調波発生手段として機能する。このガスセル１３にはＨｅガスが１７ｋＰａ充填されている。
【００４６】
上記ガスセル１３では、充填された希ガスに高強度のレーザー光を集光することで非線形の波長変換が生じ、波長８００ｎｍの１００次以上の高調波が観測され、波長にすると８ｎｍ程度の軟Ｘ線まで発生可能である。なお、原理的に高調波発生により１ｎｍ以下の波長領域のＸ線も発生することができる。
【００４７】
この高次高調波Ｘ線光源１０では、軟Ｘ線Ｌｘを利用するため、上記ガスセル１３の下流は真空チャンバで真空を保っている。
【００４８】
そして、上記減光機構２０は、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームの光軸上に上記開口１４を有する遮蔽板１５により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、発散角の小さなＸ線Ｌｘを上記開口１４を介して通過させ、軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光する。
【００４９】
上記開口１４のサイズは、上記ガスセル１３において取り出そうとする波長λ１の高次高調波光が発生する際の発散角θと遮蔽板１５迄の距離Ｌとの積の３倍の３θ・Ｌと同等又はそれ以下とされる。
【００５０】
この高次高調波Ｘ線光源１０では、上記励起レーザー光Ｌｐの波長８００ｎｍの５９次高調波である波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を利用する。Ｘ線フォトダイオードによって測定したＥＵＶ光の平均出力は１μＷとなり、コヒーレントＥＵＶ光としては非常に大強度が得られた。ＥＵＶ光の発散角は最適化すると０．１７ｍｒａｄと非常に低発散なコヒーレントビームが得られた。
【００５１】
ここで、上記集光光学系１２で決まる上記励起レーザー光Ｌｐの発散角は５ｍｒａｄであり、ＥＵＶ光の発散角は０．１７ｍｒａｄと１桁以上の違うため、上記発散角の違いを利用して、上記遮蔽板１５により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、発散角の小さな軟Ｘ線Ｌｘを上記開口１４を介して通過させ、軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光するようにしている。
【００５２】
この高次高調波Ｘ線光源１０では、発光点である上記ガスセル１３の６００ｍｍ下流にφ０．３ｍｍの開口（ピンホール）１４を有する遮蔽板１５を設置することで、発散角０．２５ｍｒａｄ以下の成分を透過し、それ以上の成分を遮光する。よって、発散角０．１７ｍｒａｄであるＥＵＶ光の大半を通し、発散角５ｍｒａｄである励起レーザー光Ｌｐを大幅に減光できる。計算される励起レーザー光Ｌｐの減光率は１／４００である。実際に、上記ガスセル１３の１．５ｍ下流に２００ｎｍ厚のＺｒ（ジルコニウム）の自立薄膜を設置して照射したところ、減光機構２０がない場合は膜が破壊されたが、減光機構２０があった場合は壊れることなく使用できた。
【００５３】
上記遮蔽板１５に入射される発散角５ｍｒａｄの励起レーザー光Ｌｐは、大部分が上記遮蔽板１５により遮蔽され、一部が上記開口１４を介して下流側に出射されるが、そのエネルギー密度は上記開口１４を通過する際に回折されることにより、さらに低下される。
【００５４】
ここで、上記高次高調波Ｘ線光源１０に備えられた減光機構２０では、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームの光軸上に上記開口１４を有する遮蔽板１５により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、発散角の小さな軟Ｘ線Ｌｘを上記開口１４を介して通過させ、軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光するようにしたが、例えば図２に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ａに備えられる減光機構２０Ａのように、上記遮蔽板１５の上記開口１４を介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に第２の開口１４Ａを有する上記多波長コヒーレントビームが入射される第２の遮蔽板１５Ａを設けて、上記遮蔽板１５の上記開口１４における回折角の小さな軟Ｘ線Ｌｘを上記第２の開口１４Ａを介して通過させることにより、２枚の遮蔽板で軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光するように構成することもできる。
【００５５】
さらに、例えば図３に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ｂに備えられる減光機構２０Ｂのように、上記第２の遮蔽板１５Ａの上記第２の開口１４Ａを介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に、前段の遮蔽板の開口における回折角の違いにより、励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、軟Ｘ線Ｌｘを通過させる第３の開口１４Ｂを有する第３の遮蔽板１５Ｂを多段に設け、複数の遮蔽板により軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光するように構成することもできる。
【００５６】
すなわち、図２に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ａは、所定の波長の励起レーザー光Ｌｐを出射する励起レーザー光源１１と、上記励起レーザー光源１１により出射された励起レーザー光Ｌｐを集光する集光光学系１２と、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３と、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームが入射される透過型の減光機構２０Ａを備える。
なお、この高次高調波Ｘ線光源１０Ａにおいて、上記高次高調波Ｘ線光源１０と同一の構成要素については、図面中に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５７】
この高次高調波Ｘ線光源１０Ａに備えられた透過型の減光機構２０Ａは、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口１４を有する遮蔽板１５の後段に、上記開口１４を介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａが設けられている。
【００５８】
具体的には、この減光機構２０Ａでは、上記ガスセル１３の発光点から３００ｍｍ下流にφ０．１５ｍｍの開口（ピンホール）１４を有する遮蔽板１５を設置して、励起レーザー光Ｌｐを減光する。上記開口１４を有する遮蔽板１５による減光率は１／４００である。φ０．１５  ｍｍの開口（ピンホール）１４での８００ｎｍの励起レーザー光Ｌｐの回折角は６．６ｍｒａｄであり，軟Ｘ線Ｌｘの発散角０．１７ｍｒａｄより十分大きい。上記ガスセル１３の１ｍ下流にφ０．５の第２の開口（ピンホール）１４Ａを設置すると、通過できる光の発散角は上記ガスセル１３からの光である軟Ｘ線Ｌｘは０．２５ｍｒａｄであり、開口１４からの光である励起レーザー光Ｌｐは０．３６ｍｒａｄである。よって、第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａによる減光率は１／３４０であり，開口１４と掛け合わせると５桁以上の大幅な減光が可能である。よって，金属薄膜フィルターの必要厚さを低減でき、より大きな軟Ｘ線光量を利用可能となる。
【００５９】
また、図３に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ａは、所定の波長の励起レーザー光Ｌｐを出射する励起レーザー光源１１と、上記励起レーザー光源１１により出射された励起レーザー光Ｌｐを集光する集光光学系１２と、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３と、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームが入射される透過型の減光機構２０Ｂを備える。
なお、この高次高調波Ｘ線光源１０Ｂにおいて、上記高次高調波Ｘ線光源１０Ａと同一の構成要素については、図面中に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６０】
この高次高調波Ｘ線光源１０Ａに備えられた透過型の減光機構２０Ｂは、上記減光機構２０Ｂにおける第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａの後段に、上記開口１４Ａを介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に第３の開口１４Ｂを有する第３の遮蔽板１５Ａが設けられている。
【００６１】
この減光機構２０Ｂのように、前段の遮蔽板の開口における回折角の違いにより、励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、軟Ｘ線Ｌｘを通過させる第３の開口１４Ｂを有する第３の遮蔽板１５Ｂを設けることにより、複数の遮蔽板により軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみをさらに減光することができる。
【００６２】
また、上記減光機構２０Ａ，２０Ｂは、例えば図４に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ｃに備えられる減光機構２０Ｃや 図５に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ｄに備えられる減光機構２０Ｄのように、上記遮蔽板１５の上記開口１４を介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系１６を設け、上記第２の遮蔽板１５Ａは、上記結像光学系１６による上記軟Ｘ線Ｌｘの結像位置において、上記多波長コヒーレントビームに含まれる上記遮蔽板１５の上記開口１４における回折角の大きな励起レーザー光Ｌｐを遮蔽し、上記遮蔽板１５の上記開口１４における回折角の小さな軟Ｘ線Ｌｘを上記第２の開口１４Ａを介して通過させることにより、軟Ｘ線Ｌｘを減光することなく励起光成分のみを減光するように構成することもできる。
【００６３】
すなわち、図４に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ｃは、所定の波長の励起レーザー光Ｌｐを出射する励起レーザー光源１１と、上記励起レーザー光源１１により出射された励起レーザー光Ｌｐを集光する集光光学系１２と、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３と、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームが入射される透過型の減光機構２０Ｄを備える。
なお、この高次高調波Ｘ線光源１０Ｃにおいて、上記高次高調波Ｘ線光源１０Ａと同一の構成要素については、図面中に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
この高次高調波Ｘ線光源１０Ｃに備えられた透過型の減光機構２０Ｃは、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームの光軸上に開口１４を有する遮蔽板１５の後段に、上記開口１４を介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に結像光学系１６が設けられ、上記結像光学系１６による上記軟Ｘ線Ｌｘの結像位置に第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａが設けられている。
【００６５】
具体的には、この減光機構２０Ｃでは、上記結像光学系１６は、曲率半径２ｍの凹面鏡１６Ａを入射角１度程度で利用し、折り返し鏡１６Ｂで上記第２の遮蔽板１５Ａの第２の開口１４Ａへ像を導くように構成されている。
【００６６】
上記凹面鏡１６Ａと折り返し鏡１６Ｂは、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜でコーティングされており、ＥＵＶ光に対する反射率は６０％程度である。上記第２の開口１４Ａ上にできる軟Ｘ線像は光源サイズと同様のφ３０μｍ程度である。よって、上記第２の開口１４Ａはφ５０μｍ程度のピンホールとする。一方の励起レーザー光Ｌｐの集光サイズは上記開口１４が物点となるため、上記第２の開口１４Ａ上に像は結ばず、４ｍｍ程度にぼけた像が投影される。よって、上記励起レーザー光Ｌｐの大部分は上記第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａを透過できず、計算上では１／６４００に減光できる。よって、上記開口１４を有する遮蔽板１５と上記第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａにより６桁以上の減光が可能である。
【００６７】
また、図５に示す高次高調波Ｘ線光源１０Ｄは、所定の波長の励起レーザー光Ｌｐを出射する励起レーザー光源１１と、上記励起レーザー光源１１により出射された励起レーザー光Ｌｐを集光する集光光学系１２と、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３と、上記ガスセル１３から出射される上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームが入射される透過型の減光機構２０Ｄを備える。
なお、この高次高調波Ｘ線光源１０Ｄにおいて、上記高次高調波Ｘ線光源１０Ｃと同一の構成要素については、図面中に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６８】
この高次高調波Ｘ線光源１０Ｄに備えられた透過型の減光機構２０Ｄは、上記減光機構２０Ｃにおける第２の開口１４Ａを有する第２の遮蔽板１５Ａの後段に、上記開口１４Ａを介して出射される上記多波長コヒーレントビームの光軸上に第３の開口１４Ｂを有する第３の遮蔽板１５Ａが設けられている。
【００６９】
ここで、上記減光機構２０Ｃにおいて、φ５０μｍの第２の開口１４Ａにおける波長８００ｎｍの励起レーザー光Ｌｐの回折角は非常に大きく、発散角で２０ｍｒａｄとなる。したがって、この減光機構２０Ｄのように、第２の開口１４Ａの下流にさらに第３の開口１４Ｂを設置することで励起レーザー光Ｌｐのみを減光することができる。
【００７０】
なお、上記減光機構２０，２０Ａ〜２０Ｄでは、各開口の形状としてピンホールを利用したが、スリット等の開口も利用可能で有り開口の形状を制限しない。また、励起レーザー光Ｌｐであるフェムト秒レーザー光の波長として８００ｎｍを利用しているが、励起レーザー光Ｌｐの波長を制限するものではない。
【００７１】
また、上記高次高調波Ｘ線光源１０，１０Ａ〜１０Ｄでは、上記励起レーザー光Ｌｐの波長８００ｎｍの５９次高調波である波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を利用するものとしたが、高調波発生により１ｎｍ以下の波長領域のＸ線Ｌｘを発生し、上記減光機構２０，２０Ａ〜２０Ｄを介して１ｎｍ以下の波長領域のＸ線を取り出すように構成することもできる。
【００７２】
さらに、上記減光機構２０，２０Ａ〜２０Ｄにおいて、大きな熱負荷がかかる初段の遮蔽板１５，１５Ａには、例えば光軸部に開口１４、１４Ａを有する反射鏡を用いることが好ましい。励起レーザー光Ｌｐを吸収するのではなく反射させて分離することにより、遮蔽板１５，１５Ａに対する熱負荷を大幅に減らすことができる。
【００７３】
なお、以上説明した発明の実施の形態では、上記集光光学系１２により上記励起レーザー光Ｌｐが集光される集光位置に設けられたガスセル１３により上記励起レーザー光Ｌｐと高次高調波として軟Ｘ線Ｌｘを含む多波長コヒーレントビームを発生する高次高調波Ｘ線光源１０に本発明を適用したが、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものでなく、励起レーザーと同軸上に伝搬する短波長コヒーレント光を発生する短波長コヒーレント光源を備える短波長コヒーレント光源に適用することができる。例えば、励起レーザー光と同軸励起短波長レーザーを含む多波長コヒーレントビームを発生する短波長コヒーレント光発生手段を備える短波長コヒーレント光源に本発明を適用することもできる。
【００７４】
同軸励起短波長レーザーは、超短パルス高強度レーザの光電界によって誘起される光電界電離（Optical filed ionization）過程を利用した励起方法により発生されるもので、例えば、円偏光の高強度超短パルスレーザーを希ガスなどの媒質に入射した際に高強度光電界電離（Optical filed ionization）により生成される多価イオン（価数の高いイオン）を媒質とし、高強度光電界電離において生成された高エネルギーの電子により多価イオンを電子衝突励起することで反転分布を形成するタイプの軟Ｘ線レーザーである。励起レーザーにより生成された多価イオンを媒質とするため利得長積が最も高い方向は励起レーザーの伝搬軸と同じとなる。そのため、軟Ｘ線レーザーの伝搬軸は励起レーザーと同軸になる。励起レーザーの強度は高次高調波発生に使用するレーザーよりも高く、応用研究には励起レーザーの分離が必須となる。
【００７５】
上記励起レーザー光と同軸励起短波長レーザーを含む多波長コヒーレントビームを発生する短波長コヒーレント光発生手段を備える短波長コヒーレント光源に本発明を適用することにより、上記励起レーザー光と短波長コヒーレント光を含む多波長コヒーレントビームが入射される遮蔽板により、上記多波長コヒーレントビームに含まれる発散角の大きな励起レーザー光を遮蔽し、発散角の小さな短波長コヒーレント光を上記遮蔽板の開口を介して通過させることにより、多波長コヒーレントビームから励起光成分を減光した短波長コヒーレント光を取り出すことができる。また、上記開口の下流に同様の開口を設置することで段階的に励起レーザー光の強度のみを低減させることができる。さらに、上記開口の下流に結像光学系を設置し、短波長コヒーレント光の線像面に短波長コヒーレント光の光源サイズと同等程度の開口を設置することにより励起レーザー光のみを減光させることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  高次高調波Ｘ線光源、１１  励起レーザー光源、１２  集光光学系、１３  ガスセル、１４，１４Ａ，１４Ｂ  開口、１５，１５Ａ，１５Ｂ  遮蔽板、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  減光機構、Ｌｐ  励起レーザー光、Ｌｘ  軟Ｘ線
【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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