(57)【要約】【課題】  ＵＶ及び可視レーザシステム及びその使用方法、特に半導体検査又は処理に適するＵＶ及び可視レーザシステムを提供する。【解決手段】  発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを備えたモードロックレーザシステムを含むレーザ装置。出力ビームは、発振器空洞から発生される。発振器空洞には、利得媒体及びモードロック装置が配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。第２高調波発生器は、発振器空洞に結合される。ＵＶ出力ビームを発生する第３高調波発生器は、第２高調波発生器に結合される。光結晶ファイバには、レーザシステムに結合した近位端が設けられる。送出装置は、光結晶ファイバの遠位部分に結合される。
2005533380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞に配置された利得媒体及びモードロック装置と、該利得媒体に入射するポンプビームを発生するダイオードポンプ源と、該発振器空洞と第３高調波発生器とに結合した第２高調波発生器とを含み、ＵＶ出力ビームを発生するモードロックＵＶレーザシステムと、
前記ＵＶレーザシステムに結合した近位端を有する光結晶ファイバと、
前記光結晶ファイバの遠位端に結合した送出装置と、
を含むことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＵＶ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ダイオードポンプ源は、ファイバ結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記モードロック装置は、多重量子井戸可飽和吸収体であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記モードロック装置は、非線形ミラーモードロック装置であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記モードロック装置は、偏光結合モードロック装置であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記モードロック装置は、音響光学変調器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２高調波発生器は、ＬＢＯで作られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第３高調波発生器は、ＩＩ型ＬＢＯで作られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第３高調波発生器は、第４高調波発生器で置き換えられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第４高調波発生器は、Ｉ型ＢＢＯで作られることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞に配置された利得媒体及びモードロック装置と、該利得媒体に入射するポンプビームを発生するダイオードポンプ源と、少なくとも１つの増幅器と、該少なくとも１つの増幅器と第３高調波発生器とに結合した第２高調波発生器とを含み、ＵＶ出力ビームを発生するモードロックＵＶレーザシステムと、
前記ＵＶレーザシステムに結合した近位端を有する光結晶ファイバと、
前記光結晶ファイバの遠位端に結合した送出装置と、
を含むことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１８】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＵＶ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞に配置された利得媒体及びモードロック装置と、該利得媒体に入射するポンプビームを発生するダイオードポンプ源とを含むモードロックＩＲレーザシステムと、
前記ＩＲレーザシステムに結合した近位端を有する光結晶ファイバと、
前記光結晶ファイバの遠位端に結合した高調波変換送出装置と、
を含むことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２５】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＩＲ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞に配置された利得媒体及びモードロック装置と、該利得媒体に入射するポンプビームを発生するダイオードポンプ源と、少なくとも１つの増幅器とを含むモードロックＩＲレーザシステムと、
前記ＩＲレーザシステムに結合した近位端を有する光結晶ファイバと、
前記光結晶ファイバの遠位端に結合した高調波変換送出装置と、
を含むことを特徴とするレーザ装置。
【請求項３２】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＩＲ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
ＵＶ出力ビームを遠隔位置へ送出する方法であって、
発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞にそれぞれ配置された利得媒体及びモードロック装置と、第２高調波発生器と、第３高調波発生器とを含んでＵＶ出力ビームを発生するモードロックＵＶレーザシステムを設ける段階と、
前記ＵＶレーザシステムに結合した近位端を有する光結晶ファイバと、該光学結晶ファイバの遠位端に結合した送出装置とを設ける段階と、
ＵＶ出力ビームを前記レーザシステムから遠隔位置の前記送出装置に送出する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記遠隔位置は、クリーンルームであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記レーザシステムは、前記クリーンルームの外部に配置されることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記送出装置は、前記クリーンルームの内部に配置されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＵＶ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
ＵＶ出力ビームを遠隔位置へ送出する方法であって、
出力ビームを発生する発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラと、該発振器空洞に配置された利得媒体及びモードロック装置と、該利得媒体に入射するポンプビームを発生するダイオードポンプ源とを含むモードロックＩＲレーザシステムを設ける段階と、
前記ＩＲレーザシステムに結合した近位端と高調波変換送出装置に結合した遠位端とを有する光結晶ファイバを設ける段階と、
ＩＲレーザビームを前記ＩＲレーザシステムから高調波変換送出装置へ前記光結晶ファイバによって送出する段階と、
遠隔位置で前記高調波変換送出装置からＵＶビームを発生させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
前記遠隔位置は、クリーンルームであることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ＩＲレーザシステムは、前記クリーンルームの外部に配置されることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記高調波変換送出装置は、前記クリーンルームの内部に配置されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記光結晶ファイバは、回折限界の１．５倍以内に集束可能な良好なモードと、前記ＵＶ出力ビームの大部分のパワーとを伝えるように構成されたことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記光結晶ファイバは、中空コア光結晶ファイバであることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ガラス、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧであることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５５】
前記利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体は、０．５％よりも低いドーピングレベルを有することを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記ダイオードポンプ源は、８８０ｎｍの出力波長を有することを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
前記高調波変換送出装置は、第２高調波発生器、第３高調波発生器、及び送出装置を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ＵＶ及び可視レーザシステム、及びそれらの使用方法に関し、より具体的には、半導体検査又は処理に適するＵＶ及び可視レーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業における増大する数のレーザ用途は、ＵＶ又は可視レーザ光を要求している。これらの用途には、検査及び材料処理作業が含まれる。これらの用途の多くは、被試験サンプルが清浄に保たれていること又は処理装置の近くにあることを要求し、従って、機械全体がクリーンルーム環境に配置される。
ダイオードポンプド半導体レーザは、その頑丈さのためにこの市場で益々受け入れられている。これらのシステムは、いくつかのサブシステム、すなわち、ポンプダイオードを作動させるための電源、ポンプダイオード自体、レーザヘッド、可視又はＵＶ放射を発生させるための高調波変換装置から成る。レーザシステム全体は、一般的に、クリーンルームに配置された半導体処理機械内に含まれる。
【０００３】
ポンプ源として使用されるダイオードは、電源に置くことができる。次に、ポンプ光は、ダイオードからマルチモードファイバに結合され、外装ファイバケーブルによりレーザヘッドへ運ばれる。このようにして、電源及びダイオードは、遠方に位置することができ、他方、レーザヘッド及び高調波変換装置は、半導体処理機械に位置することができる。電源及びダイオードは、半導体処理機械の外側、又はクリーンルームの外部にすら置くことができる。
【０００４】
しかし、ダイオードを電源に配置し、次にダイオードポンプ光をマルチモードファイバ内に結合することは、ポンプ光がＩＲ領域にあって連続波で回折限界的でないから機能する。これに反して、レーザの出力は、可視又はＵＶであり、多くの場合にパルス駆動され、回折限界的なビームを有する。従って、ビーム品質を保つために単一モードファイバを必要とするが、これは、パルス及びＵＶ放射の両方で問題がある。
半導体検査又は処理に適するＵＶ及び可視レーザシステムの改善の必要性が存在する。更に、レーザ共振器及び電源がクリーンルームの外側位置に配置される半導体検査又は処理用途に対するＵＶ又は可視レーザシステムの必要性も存在する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，６２７，８５４号
【特許文献２】米国特許第４，９１４，６５８号
【特許文献３】米国特許第６，０２１，１４０号
【特許文献４】米国特許第５，８１２，３０８号
【特許文献５】米国特許第６，１８５，２３５号
【非特許文献１】Ｋａｆｋａ他、「Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ」、１２、２１４７−２１５７（１９９５年）
【非特許文献２】Ｎｅｂｅｌ他、「レーザ及び電気光学に関する会議」、１９９８年ＯＳＡ技術ダイジェストシリーズ（アメリカ光学協会、ワシントンＤＣ、１９９８年）締め切り後論文ＣＰＤ３、第６巻
【発明の開示】
【０００６】
従って、本発明の１つの目的は、ダイオードポンプレーザ、及び遠隔位置用途におけるその使用方法を提供することである。
本発明の別の目的は、ダイオードポンプレーザ、及びレーザ共振器及び電源がクリーンルームの外側位置に配置される半導体検査及び処理用途におけるその使用方法を提供することである。
本発明の上記及び他の目的は、発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを備えたモードロックレーザシステムを含むレーザ装置において達成される。出力ビームは、発振器空洞から発生される。発振器空洞には、利得媒体及びモードロック装置が配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。第２高調波発生器は、発振器空洞に結合される。ＵＶ出力ビームを発生する第３高調波発生器は、第２高調波発生器に結合される。光結晶ファイバには、レーザシステムに結合した近位端が設けられる。送出装置は、光結晶ファイバの遠位部分に結合される。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、レーザ装置は、発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを備えたモードロックレーザシステムを含み、出力ビームを発生する。利得媒体及びモードロック装置は、発振器空洞に配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。第１の増幅器も含まれる。第２高調波発生器は、第１の増幅器に結合される。ＵＶ出力ビームを発生する第３高調波発生器は、第２高調波発生器に結合される。光結晶ファイバには、レーザシステムに結合した近位端が設けられる。送出装置は、光結晶ファイバの遠位部分に結合される。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、レーザ装置は、発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを備えたモードロックＩＲレーザシステムを含む。利得媒体及びモードロック装置は、発振器空洞に配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。光結晶ファイバには、ＩＲレーザシステムに結合した近位端が設けられる。高調波変換送出装置は、光結晶ファイバの遠位端に結合される。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、レーザ装置は、発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを備えたモードロックＩＲレーザシステムを含む。利得媒体及びモードロック装置は、発振器空洞に配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。第１増幅器も含まれる。光結晶ファイバは、ＩＲレーザシステムに結合した近位端を有する。高調波変換送出装置は、光結晶ファイバの遠位端に結合される。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、ＵＶ出力ビームを遠隔位置へ送出する方法は、モードロック赤外線レーザシステムを提供する。レーザシステムは、出力ビームを発生する発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを含む。利得媒体及びモードロック装置は、発振器空洞に配置される。光結晶ファイバが設けられ、これは、レーザシステムに結合した近位部分と送出装置に結合した遠位部分とを有する。赤外線レーザシステムは、遠隔位置からある一定の距離に配置される。ＵＶ出力ビームは、遠隔位置からある一定の距離において発生される。ＵＶ出力ビームは、遠隔位置の送出装置に送出される。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、ＵＶ出力ビームを遠隔位置へ送出する方法が提供される。モードロックＩＲレーザシステムは、出力ビームを発生する発振器空洞を形成する高反射器及び出力カプラを含む。利得媒体及びモードロック装置は、発振器空洞に配置される。ダイオードポンプ源は、利得媒体に入射するポンプビームを発生する。高調波変換送出装置は、遠隔位置に配置される。光結晶ファイバが設けられ、ＩＲレーザシステムに結合した近位部分と高調波変換送出装置に結合した遠位部分とを有する。ＩＲレーザビームは、ＩＲレーザシステムから高調波変換送出装置へ光結晶ファイバによって送出される。ＵＶビームは、遠隔位置の高調波変換送出装置から発生される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
様々な実施形態において、本発明は、レーザシステムを有するレーザ装置及びその使用方法を提供する。一実施形態では、レーザシステムは、発振器システム又は発振器／増幅器システムを含む。発振器／増幅器システムは、発振器システムと同様なものであるが、１つ又はそれ以上の増幅器を含む。発振器システム及び発振器／増幅器システムは、第２、第３、第４、及び第５高調波発生器と結合することができる。第２高調波発生器は、発生器システム及び発振器／増幅器システムと共に単独で、及び第３、第４、及び第５高調波発生器と様々に組合せて使用することができる。更に、高調波発生器は、ＯＰＯと結合することができる。ＯＰＯは、発振器又は高調波発生器からの基本ビームによってポンピングすることができる。ＯＰＯの出力は、高調波発生器に混ぜて付加的な可変波長源を発生させることができる。
【００１３】
一実施形態では、発振器システムは、Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体を含み、多重量子井戸吸収体によりモードロックされる。この発振器システムの特定実施形態では、発振器は、Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体に入射する１３ワットのポンプ電力をもたらす単一ファイバ結合ダイオードバーによってポンピングされ、一般的に、繰返し率８０ＭＨｚで５〜６ワットの５〜１５ピコ秒パルスを発生する。別の実施形態では、発振器／増幅器システムは、多重量子井戸吸収体によってモードロックされたＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体、ダブルパス増幅器、及び２つのシングルパス増幅器を含む。増幅器の各々は、Ｎｄ：ＹＶＯ4利得媒体を有し、２つのファイバ結合ダイオードポンプ源によってポンピングされる。この発振器／増幅器システムは、繰返し率８０ＭＨｚで２５〜３０ワットの５〜１５ピコ秒パルスを発生する。別の実施形態では、８８０ｎｍのポンピング波長が、利得媒体の同様な値の熱レンズでの増大したパワーに対して使用される。
【００１４】
発振器及び発振器／増幅器システムは、多重量子井戸可飽和吸収体、非線形ミラーモードロック方法、偏光結合モードロック方法、又は、限定はしないが、ＡＯ変調器の使用を含む他のモードロック技術でモードロックすることができる。量子井戸可飽和吸収体の一例は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，６２７，８５４号に開示されている。非線形ミラーモードロック方法の一例は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第４，９１４，６５８号に開示されている。偏光結合モードロック方法の一例は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第６，０２１，１４０号に開示されている。より短いパルス及び単一出力ビームを発生させるために、利得媒体は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，８１２，３０８号に説明されたような折り畳み式ミラーに隣接して位置決めされる。
【００１５】
発振器／増幅器システムの性能を有する高パワー発振器システムは、多重ファイバ結合ダイオード、及び非線形ミラーモードロック技術又は偏光結合モードロック方法のいずれかを使用して達成することができる。この高パワー発振器システムは、繰返し率８０〜１２０ＭＨｚの４〜１０ピコ秒パルスにより出力パワー１０〜２０ワットを発生する。
高い繰返し率は、レーザシステムが擬似ＣＷ源として使用される用途に対して望ましい。いくつかの用途に対しては、８０ＭＨｚの繰返し率は、擬似ＣＷと見なされるのに十分な高さである。この繰返し率は、１．８メートルの発振器空洞長を用いて達成される。空洞長が０．４メートルまで短縮されると、繰返し率は、３５０ＭＨｚに増大する。
【００１６】
次に、図１を参照すると、発振器システム１０の一実施形態は、高反射器１４及び出力カプラ１６によって形成された共振器空洞１２を有する。共振器空洞１２内には、利得媒体１８が配置される。適切な利得媒体１８としては、以下に限定されるものではないが、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：フォルステライト、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ガラス、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、ＫＹｂＷ、及びＹｂＡＧなどが含まれる。好ましい利得媒体１８は、Ｎｄ：ＹＶＯ4である。発振器空洞１２内には、モードロック装置１９が配置される。一実施形態では、発振器システム１０は、１３ワットの出力を発生するファイバ結合バー２０によりモードロック及びポンピングされる。発振器空洞１２は、公称でパルス幅５から１５ピコ秒により繰返し率８０ＭＨｚで１から６ワットのパワーを発生することができる。
【００１７】
任意的に、全体的に参照符号２３で示した１つ又はそれ以上の増幅器が含まれる。共振器空洞１２からの出力ビーム２２は、第１の増幅器２４により増幅することができる。第２の増幅器２６を含むこともできる。また、パワーを増大させるために付加的な増幅器を含むこともできる。増幅器２４及び２６は、一般的に共振器空洞１２内で使用されるものと同じ利得媒体を有する。Ｎｄ：ＹＶＯ4は、増幅器内で高利得を発揮するので利得媒体として適する物質である。Ｎｄ：ＹＶＯ4の高利得は、より少ない利得媒体内通過を要求する単純化された増幅器設計をもたらす。増幅器２４及び２６は、それぞれ出力ビーム２８及び３０を発生する。増幅器２４及び２６は、シングルパス、ダブルパス、及びフォーパス増幅器とすることができる。フォーパス増幅器は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，８１２，３０８号に開示されている。発振器と、ダブルパス増幅器と、２つのシングルパス増幅器とを使用した発振器／増幅器システム１０は、３０ワットの平均パワーを供給することができる。
【００１８】
出力ビーム２２、２８、又は３０は、全体的に参照符号３１で示し、第２高調波発生器３２を含むことができる高調波発生器に入射することができる。第２高調波発生器３２からの出力３４は、出力ビーム４０を発生させるために、第３高調波発生器３６に入射することができる。代替的に、出力３４は、出力ビーム４４を発生させるために、第４高調波発生器４２に入射することができる。発振器システム１０は、高調波発生器３２、３６、及び４２の様々な組合せ、及び、第５又はそれよりも高次の高調波発生器又はＯＰＯを含むことができることが認められるであろう。第２高調波発生器３２は、非臨界位相適合ＬＢＯを使用することができ、第３高調波発生器３６は、ＩＩ型ＬＢＯを使用することができ、第４高調波発生器４２は、Ｉ型ＢＢＯを使用することができる。
【００１９】
特定の実施形態では、発振器システム１０は、高調波を発生する発振器空洞１２を含む。出力ビーム２２は、第２高調波発生器３２に入射する。この特定実施形態では、発振器システム１０は、第３高調波発生器３６又は第４高調波発生器４２を含むことができる。この発振器システム１０の出力パワーは、１０６４ｎｍで５ワットである。高調波発生システムは、５３２ｎｍで２ワット、３５５ｎｍで１ワット、又は２６６ｎｍで２００ミリワットを発生する。
別の特定実施形態では、発振器／増幅器システム１０の利得媒体は、Ｎｄ：ＹＶＯ4であり、１０６４ｎｍで２９ワットの７ピコ秒パルスが発生される。高調波発生システムは、５３２ｎｍで２２ワット、３５５ｎｍで１１ワット、又は２６６ｎｍで４．７ワットを発生することができる。
【００２０】
別の特定実施形態では、発振器／増幅器システム１０は、５３２ｎｍで２ワットを発生させるために、発振器空洞１２、フォーパス増幅器２４、及び第２高調波発生器３２を含む。この発振器／増幅器システムは、本明細書において引用により組み込まれているＫａｆｋａ他、「Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ」、１２、２１４７−２１５７（１９９５年）によって説明されたような非臨界位相適合ＬＢＯを使用したＯＰＯをポンピングすることができる。
【００２１】
別の特定実施形態では、発振器／増幅器システム１０は、発振器空洞１２、ダブルパス増幅器２４、及び３つのシングルパス増幅器２６を含み、１０６４ｎｍで４２ワットの７ピコ秒パルスを発生する。この発振器／増幅器システムは、非臨界位相適合ＫＴＡを使用してＯＰＯをポンピングすることができ、１５３５ｎｍで出力ビームを発生する。「レーザ及び電気光学に関する会議」、１９９８年ＯＳＡ技術ダイジェストシリーズ（アメリカ光学協会、ワシントンＤＣ、１９９８年）締め切り後論文ＣＰＤ３、第６巻におけるＮｅｂｅｌ他によって説明されているように、１５３５ｎｍにおける出力ビームは、６２９ｎｍで１１．６ワットをもたらすために１０６４ｎｍビームと混合させることができる。米国アリゾナ州ツーソン所在のスペクトラ・フィジクス・セミコンダクタ・レーザーズから市販の４０ワットを発生するファイバ結合バーを使用して、発振器又は発振器／増幅器システム１０の出力パワーを増大させることができる。
【００２２】
０．５％よりも低いドーピングレベルを有するＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体１８も、発振器又は発振器／増幅器システム１０の出力パワーを増大させるために使用することができる。４０ワットファイバ結合バーと低ドーピングレベルのＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体との組合せは、発振器又は発振器／増幅器システム１０の出力パワーを大きく増大させる。低ドーピングレベルＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体１８の使用はまた、ミスアラインメントに対する発振器空洞１２の感度を下げると共に、増幅器２４又は２６からの出力ビームの品質を改善させることもできる。低ドーピングレベルＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体の使用、より長いＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体の使用、及びＮｄ：ＹＶＯ4利得媒体におけるより大きなポンプ容積の使用については、本明細書において引用により組み込まれている米国特許第６，１８５，２３５号に開示されている。発振器システム及び／又は発振器／増幅器システム１０は、レーザシステム１１０として集合的に示されており、出力ビーム２２、２８、３０、３４、４０、又は４４は、出力ビーム１１２として集合的に示されている。
【００２３】
ここで図２を参照すると、本発明の一実施形態は、レーザシステム１１０を含むレーザ装置１００である。光結晶ファイバ１１４は、レーザシステム１１０に結合した近位部分１１６と送出装置１２０に結合した遠位部分１１８とを有する。適切な送出装置は、以下に限定されるものではないが、１つ又はそれ以上のレンズ、ミラー、スキャナ、顕微鏡、望遠鏡、及び音響光学又は電気光学装置などを含む。
【００２４】
光結晶ファイバ１１４の特徴は、関連のある波長において低い吸収性を有するということである。更に、損傷閾値及び非線形効果の閾値が共に高い。一例として、また、限定はしないが、非線形効果の閾値は、１キロワットを大きく超える可能性がある。一実施形態では、光結晶ファイバ１１４は、中空コア単一モード光結晶ファイバである。中空コア単一モード光結晶ファイバ１１４は、空気中で出力ビーム１１２を誘導し、そのモード品質を維持する。これらのファイバは、英国バス所在のブレイズ・フォトニクスから市販されている。
【００２５】
図３に示すように、別の実施形態では、レーザシステム２１０は、１０００ｎｍと１１００ｎｍの間の波長、最も好ましくは１０６４ｎｍの波長の出力を発生するＩＲレーザシステムである。パワー範囲は、５から３０ワットの間とすることができる。
ＩＲレーザシステム２１０は、レーザシステム１０と似ているが、高調波発生器を含まない。ＩＲレーザシステム２１０は、共振器空洞２１２、高反射器２１４、出力カプラ２１６、利得媒体２１８、及びモードロック装置２１９を有する。ＩＲレーザシステム２１０は、ポンプ源２２０によってポンピングされ、出力ビーム２２２を発生する。ＩＲレーザシステム２１０は、出力ビーム２２２を増幅する１つ又はそれ以上の増幅器２２３を含むことができる。増幅器２２３は、用途に応じて第１増幅器２２４、第２増幅器２２６、及び付加的な増幅器を含むことができる。
【００２６】
図４を参照すると、ＩＲレーザシステム３１０は、ＩＲレーザシステム２１０と類似であり、出力ビーム３１２を発生する。出力ビーム３１２は、高調波変換送出装置３２０に結合した光結晶ファイバ３１４に結合される。高調波変換送出装置３２０は、高調波発生器３３２、３３６、及び３４２の様々な組合せ、並びに、第５又はそれよりも高次の高調波発生器又はＯＰＯ、及び送出装置１２０と実質的に同じである送出装置３３８を含むことができる。
【００２７】
本発明の１つの方法においては、レーザシステム１１０又は３１０つまり集合的に４１０は、遠隔位置４２２から遠くに配置される。送出装置１２０又は高調波変換送出装置３２０つまり集合的に４２０は、遠隔位置４２２に配置される。レーザシステム４１０からの出力ビーム１１２又は３１２つまり集合的に４１２は、図５に示すように光結晶ファイバ４１４により遠隔位置４２２の送出装置４２０に供給される。ＩＲレーザシステム３１０の実施形態では、その電源、ポンプダイオード、及びＩＲレーザヘッドは、全て遠隔位置４２２から離して配置される。遠隔位置４２２の例としては、クリーンルーム、真空容器、及び封入された機械などが含まれる。
【００２８】
一実施形態では、遠隔位置４２２は、半導体産業において使用されるクリーンルームである。しかし、本発明は、レーザシステム４１０を遠隔位置４２２から離して置くことが望ましい様々な異なる種類のクリーンルーム及び他の遠隔位置でもその利用を見出すことが認められるであろう。
一実施形態では、レーザシステム４１０は、遠隔位置４２２から２から２００メートル離して配置される。別の実施形態では、レーザシステム４１０は、遠隔位置４２２から１０メートルを超えずに配置される。
【００２９】
レーザシステム４１０は、遠隔位置４２２から遠く離して配置され、レーザシステム４１０によって発生された熱は、遠隔位置４２２に導入されない。レーザシステム４１０を遠隔位置４２２から遠く離して置くことにより、遠隔位置４２２及びそこに位置するアイテムを乱すことなく、レーザシステム４１０の保守点検を行うことができる。
本発明の好ましい実施形態の以上の説明は、例示と説明の目的で示されものである。網羅的であること又は本発明を開示した形態に正確に限定する意図はない。当業者には、多くの変更及び変形が明らかであろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物よって規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のシステム及び方法に使用されるＵＶ光を発生するレーザ又はレーザ／増幅器システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のシステム、光結晶ファイバ、及び送出装置の組合せを示す本発明のシステムの一実施形態のブロック図である。
【図３】本発明のシステム及び方法に使用されるＩＲ光を発生するレーザ又はレーザ／増幅器システムの別の実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３のシステム、光結晶ファイバ、及び高調波変換送出装置の組合せを示す本発明のシステムの一実施形態のブロック図である。
【図５】図２又は図４のシステムを遠隔位置で使用する本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  発振器システム
１２  共振器空洞
１４  高反射器
１６  出力カプラ
１８  利得媒体
１９  モードロック装置
２３  増幅器
３１  高調波発生器
４０、４４  出力ビーム
【図１】
2005533380.tif 000003
【図２】
2005533380.tif 000004
【図３】
2005533380.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2005533380.tif 000008