(57)【要約】【課題】  ポンプ光源の台数が少なく、かつ、レーザ光の出力の制御性が良いレーザ光源装置を提供する。【解決手段】  ファイバアンプ部１は、ＤＦＢレーザ光源よりの光をＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段のファイバアンプで増幅して出力するものである。ポンプ光源部は、２台のポンプ光源４、５を有し、ポンプ光源４からのポンプ光はファイバアンプＥＤＦ１入力され、ポンプ光源５からのポンプ光は、ファイバカプラ７で２つに分岐され、ファイバアンプＥＤＦ２、ＥＤＦ３へ入力されている。ポンプ光源制御部３は、レーザ光源装置の出力を増加させたいときには、ポンプ光源４の出力を低下させると共に、ポンプ光源５の出力を増加させる。又、ポンプ光源制御部３は、レーザ光源装置の出力を低下させたいときには、ポンプ光源４の出力を増加させると共に、ポンプ光源５の出力を低下させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からの光を、３段のファイバアンプ（EDFA）において各ファイバアンプにそれぞれ入射される励起光により増幅して出力するレーザ光源装置の励起光の制御方法であって、
第二、第三番目のファイバアンプに入射される第二励起光の出力増加に伴って第一番目のファイバアンプに入射される第一励起光を減少させ、第二励起光の減少に伴って第一励起光を増加させ、かつ、第二励起光がゼロであるとき第一励起光はゼロを超える値を有し、第二励起光のゼロからの増加に応じて第一励起光をゼロを超える値から減少させ、同一出力値となった後は、第一励起光を第二励起光の大きさより小さくなるように制御を行うことを特徴とするレーザ光源装置の励起光の制御方法。
【請求項２】
レーザ光源からの光を、３段のファイバアンプ（EDFA）によって増幅する出力するレーザ光源装置であって、
２つの励起光源を有し、第一の励起光源からの第一励起光は第一段目のファイバアンプに入射され、第二の励起光源からの第二励起光は分岐されて第二段目、第三段目のファイバアンプに入射され、第二励起光の出力増加に伴って第一励起光を減少させ、第二励起光の減少に伴って第一励起光を増加させ、かつ第二励起光がゼロであるとき第一励起光はゼロを超える値を有し、第二励起光のゼロからの増加に応じて第一励起光をゼロを超える値から減少させ、同一出力値となった後は、第一励起光を第二励起光の大きさより小さくなるように制御を行う制御装置を有することを特徴とするレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源からの光を、３段のファイバアンプ（ＥＤＦＡ）によって増幅して出力するレーザ光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶デバイスの製造工程において使用される露光装置、加工装置、治療装置等において、波長が200ｎｍ程度の深紫外光が用いられるようになってきている。このような深紫外光は、例えばArＦエキシマレーザ等で発生することができるが、ArＦエキシマレーザ等では、アルゴンガス、フッ素ガス等を取り扱うための設備が必要となり、装置が大型化、複雑化するという問題がある。
【０００３】
そこで、これに変わるものとして、半導体レーザ（例えばＤＦＢレーザ）を使用し、それから発生するレーザ光の波長を、波長変換素子を利用して短くし、深紫外光を得る方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報に記載されている。
【０００４】
図４は、このような固体紫外レーザ装置の全体構成図であり、基本波発生部１０１、波長変換部１０２から構成されている。図５は基本波発生部１０１の概略構成図である。
【０００５】
基本波発生部１０１は、主にＤＦＢ半導体レーザ２０１、Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器であるＥＤＦ部２０２、励起用光源部２０３から構成される。
【０００６】
基本波発生部１０１では、ＤＦＢ半導体レーザ２０１から波長１５４７ｎｍのパルス光が出力され、ＥＤＦ部２０２により増幅される。ＥＤＦ部２０２はＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦ（ファイバ増幅器）から構成され、励起用光源部２０３からそれぞれのＥＤＦへ励起光が供給される。基本波発生部１０１からの出力光が後に説明する波長変換部に入力される。
【０００７】
図６は５種類の非線形光学結晶を用い、５段階の波長変換を行う場合の波長変換部の概略構成図である。波長変換部は基本波発生部から出力される波長１５４７ｎｍのレーザ光の波長変換を行い、その８倍波である波長１９３ｎｍのレーザ光を放出する。
【０００８】
波長変換部は主に複数の波長変換手段、すなわち、２倍波発生部２１、３倍波発生部２２、４倍波発生部２３、７倍波発生部２４、８倍波発生部２５から構成されている。
具体的には、各高調波発生部とも非線形光学結晶を用いており、２倍波発生部２１、３倍波発生部２２、４倍波発生部２３にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、７倍波発生部２４にはβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶を、８倍波発生部２５にはＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶を用い、それぞれ波長７７３ｎｍ、５１６ｎｍ、３８７ｎｍ、２２１ｎｍ、１９３ｎｍを発生する。
【０００９】
さらに、２倍波発生部２１、３倍波発生部２２では温度位相整合を行い、４倍波発生部２３、７倍波発生部２４、８倍波発生部２５では角度位相整合を行っている。温度位相整合部は温度調節手段３０および図示しない温度制御手段により100℃以上の一定温度に制御されているが、高温のため角度位相整合部の温度変動の要因になると考えられる。そのため角度位相整合部分も、温度調節手段３０および図示しない温度制御手段により温度が一定に保たれるよう温度制御を行っている。
【００１０】
なお、図６において、２６はレンズ、２７はシリンドリカルレンズ、２８はダイクロイックミラー、２９はミラーである。波長変換の原理及びその作用については、前記特許文献１に説明されており、かつ、本発明の趣旨と直接の関係がないので、その説明を省略する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３５３１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような目的で用いられるＥＤＦ部２０２は、前述のように、ＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦ（ファイバアンプ：ＦＤＦＡ）から構成され、励起用光源部２０３からそれぞれのＥＤＦへ励起光が供給される。よって、それぞれのＥＤＦ用に励起光源が合計３つ必要であるという問題点があった。又、ファイバアンプ部と励起光源部の接続に光ファイバが３本必要となり、光ファイバが折損する等の事故が起きやすいという問題もあった。これらの問題を解決するため、図７に示すように、励起光源２０３を１つとし、それをファイバカプラ２０４で分岐して、各ＥＤＦに供給する方法が提案されている。
【００１３】
この場合、励起光の各ＥＤＦへの分配比率の決定方法は、波長１９３ｎｍレーザ光の出力が所望になるように適宜決定されていた。ファイバカプラ２０４により分岐される励起光の分配比率は固定（ＥＤＦ１：ＥＤＦ２：ＥＤＦ３＝約２：３：４５）であり、励起光源からの出力とＥＤＦ１に入射される励起光との関係は、図８に示すような関係を示す。
【００１４】
励起光源の出力を０〜５Ｗの範囲で増加させるとＥＤＦ１へ分配される励起光の出力は線形的に増加する。励起光の各ＥＤＦへの分配比率を固定にして、励起光源の出力を変化させると、図９に示すように波長１９３ｎｍレーザ光の出力が変化する。則ち、励起光源からの出力が小さい場合には、波長１９３ｎｍレーザ光の出力がほとんど得られず（両者間の線形性が悪い）、かつ励起光源からの出力の少しの変化で波長１９３ｎｍレーザ光の出力が大きく変化する領域が多いため、制御が困難であるという問題点があった。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、励起光源の台数が少なく、かつ、レーザ光の出力の制御性が良いレーザ光源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための第１の手段は、レーザ光源からの光を、３段のファイバアンプ（EDFA）において各ファイバアンプにそれぞれ入射される励起光により増幅して出力するレーザ光源装置の励起光の制御方法であって、第二、第三番目のファイバアンプに入射される第二励起光の出力増加に伴って第一番目のファイバアンプに入射される第一励起光を減少させ、第二励起光の減少に伴って第一励起光を増加させ、かつ、第二励起光がゼロであるとき第一励起光はゼロを超える値を有し、第二励起光のゼロからの増加に応じて第一励起光をゼロを超える値から減少させ、同一出力値となった後は、第一励起光を第二励起光の大きさより小さくなるように制御を行うことを特徴とするレーザ光源装置の励起光の制御方法（請求項１）である。
【００１７】
本手段により、広い範囲に亘ってレーザ光源装置の出力を制御することが可能となる。
【００１８】
前記課題を解決するための第２の手段は、レーザ光源からの光を、３段のファイバアンプ（EDFA）によって増幅する出力するレーザ光源装置であって、２つの励起光源を有し、第一の励起光源からの第一励起光は第一段目のファイバアンプに入射され、第二の励起光源からの第二励起光は分岐されて第二段目、第三段目のファイバアンプに入射され、第二励起光の出力増加に伴って第一励起光を減少させ、第二励起光の減少に伴って第一励起光を増加させ、かつ第二励起光がゼロであるとき第一励起光はゼロを超える値を有し、第二励起光のゼロからの増加に応じて第一励起光をゼロを超える値から減少させ、同一出力値となった後は、第一励起光を第二励起光の大きさより小さくなるように制御を行う制御装置を有することを特徴とするレーザ光源装置（請求項２）である。
【００１９】
本手段は、前記第１の手段と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、励起光源の台数が少なく、かつ、レーザ光の出力の制御性が良いレーザ光源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるレーザ光源装置の構成の概要を示す図である。このレーザ装置は、基本波発生部１１と波長変換部１２と検出機構１３からなり、基本波発生部は、ＤＦＢレーザ光源１とＥＤＦ部１０と励起光源部２と励起光源制御部３とから構成されている。波長変換部１２は図６で説明したものと同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００２２】
波長変換部１２から出力した波長１９３ｎｍのレーザ光は検出機構１３により検出され、検出された出力値は励起光源制御部３に転送される。この出力値との関係で励起光源制御部３において励起光源４及び励起光源５から出力する出力値が決定される。ＥＤＦ部１０は、ＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段のファイバアンプからなり、励起光源部２は２台の励起光源４、５からなる。ＤＦＢレーザ光源１からの光は、ＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３においてそれぞれ励起光により増幅して出力される。
【００２３】
励起光源４から励起光は、ＷＤＭ６を介してＥＤＦ１へ入射され、励起光源５からの励起光は、ファイバカプラ７で２つに分岐され、分岐された励起光は、それぞれＷＤＭ８を介してＥＤＦ２へ、ＷＤＭ９を介してＥＤＦ３へ入射される。
【００２４】
図２に示すように励起光源２の出力を０〜５Ｗの範囲で増加させて波長１９３ｎｍのレーザ光を緩やかに増加させる制御方法として、図３に示すように励起光源２の出力を０〜５Ｗの範囲で増加させるのに対して、励起光源１の出力を１４０〜７０ｍＷの範囲で減少させる。一方、波長１９３ｎｍのレーザ光を緩やかに減少させる方法は、これらの逆である。即ち、励起光源出力の各ＥＤＦ部への分配比率は固定ではなく、励起光源出力の増加に伴って、ＥＤＦ１に対するＥＤＦ２、３への分配比が大きくなるようにする。なお、励起光源１は、最初から１４０ｍＷの出力がでるように準備しておく。励起光源出力の増加に伴って、励起光源１の出力を減少させるのは、出力を一定に保った場合には、ファイバアンプ内で非線形効果を生じ、かえって増幅効率が悪くなってしまうからである。
【００２５】
他の実施形態として、図７に示すレーザ光源装置のファイバカプラ２０４に励起光源出力の増加に伴ってＥＤＦ２及びＥＤＦ３に対するＥＤＦ１の分配比率が図３に示す変化をするような制御機構を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるレーザ光源装置の構成の概要を示す図である。
【図２】励起光源からの出力変化に対する理想的な波長１９３ｎｍレーザ光の出力変化を示す図である。
【図３】励起光源２からの出力変化と励起光源１からの出力変化の関係を示す図である。
【図４】固体紫外レーザ装置の全体構成図である。
【図５】基本波発生部の概略構成図である。
【図６】５種類の非線形光学結晶を用い、５段階の波長変換を行う場合の波長変換部の概略構成図である。
【図７】励起光源を１つとし、それをファイバカプラで分岐して、各ＥＤＦに供給する方法を示す図である。
【図８】励起光源からの出力変化とＥＤＦ１へ分配される励起光の変化の関係を示す図である。
【図９】図７に示す構成における光源の出力と、波長変換部からの波長１９３ｎｍレーザ光の出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…ＤＦＢレーザ光源部、２…励起光源部、３…励起光源制御部、４…励起光源、５…励起光源、６…ＷＯＭ、７…ファイバカプラ、８…ＷＯＭ、９…ＷＯＭ、１０…ファイバカプラ、１１…基本波発生部、１２…波長変換部、１３…検出機構
【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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