(57)【要約】  回折格子の、特に多層誘電体（ＭＬＤ）回折格子のレーザ損傷しきい値（ＬＤＴ）を増加させるために、本発明は、第１レーザを有する高エネルギー・レーザ装置に使用されるために、回折格子を用意する工程と、第２処理レーザを用意する工程と、回折格子のレーザ損傷しきい値が増加するまで第２処理レーザからのレーザ光で回折格子を照射する工程とを備えた回折格子を処理する方法を提案する。  さらに、本発明は、本発明の方法により処理された回折格子ならびにこのような回折格子を備えたレーザ・システムを提案する。
2008532070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザを有する高エネルギー・レーザ装置に使用する回折格子を処理する方法であって、
前記回折格子を用意する工程と、
第２処理レーザを用意する工程と、
前記回折格子のレーザ損傷しきい値が増加されるまで前記第２処理レーザからのレーザ光で前記回折格子を照射する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記回折格子を照射する工程は、前記第２処理レーザの出力パワーを前記第２処理レーザのレーザ損傷しきい値を超えて傾斜路状に増加させる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２処理レーザの前記出力パワーは、前記レーザ損傷しきい値の８０％より下から少なくとも１２０％に至るまで傾斜路状に増加される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２処理レーザからのレーザ光で照射する工程は、前記第２処理レーザの前記レーザ損傷しきい値より下でおよびこの近傍で行われる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２処理レーザによる前記レーザ照射は、１〜１０００Ｈｚの間の繰り返し率でおよび少なくとも１０秒の期間にわたって行われる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記回折格子は、可視周波数領域または赤外周波数領域のレーザ光を発生させるように構成された高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記回折格子は、１０５４ｎｍプラスまたはマイナス３０％のレーザ波長を有する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記回折格子は、テラワット高エネルギー・レーザ装置またはペタワット高エネルギー・レーザ装置で使用されるように構成された請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記回折格子は、超短レーザ・パルスを発生する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記回折格子は、２０ピコ秒より下のパルス幅を有するレーザ・パルスを発生する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２処理レーザは紫外レーザである請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２処理レーザによる前記レーザ照射は、前記回折格子の紫外損傷フルエンスの９０％より下のフルエンスで行われる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２処理レーザは、１０６４ｎｍ、５５７ｎｍ、５３２ｎｍ、３５３ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの波長を有する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２処理レーザは、５５０ｎｍより下の波長を有する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記回折格子を照射する工程は真空内で行われる請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２処理レーザは、前記高エネルギー・レーザ装置の前記波長とは異なる波長を有する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
エキシマ・レーザが前記第２処理レーザとして使用される請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記回折格子は多層誘電体（ＭＬＤ）回折格子であり、
第１工程で前記回折格子の反射鏡は前記回折格子がエッチングされる前に前記処理レーザで照射され、
第２工程で前記回折格子の格子がエッチングされる
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記回折格子の前記格子をエッチングする工程の後の第３工程で、前記ＭＬＤ回折格子は前記第２処理レーザによって再び照射される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記回折格子は前記高エネルギー・レーザ装置を備えるレーザ・システムの光路中に配置され、前記高エネルギー・レーザ装置は、該高エネルギー・レーザ装置によって発生されたレーザ・パルスがさらなる使用のために他の方向に反射されるように前記回折格子の上に向かって指向可能であるような位置に配置される請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の方法で処理された、高エネルギー・レーザ装置に使用するための回折格子。
【請求項２２】
５００フェムト秒のレーザ・パルスに対して少なくとも０．７Ｊ／ｃｍ２のレーザ損傷しきい値を有する請求項２１に記載の回折格子。
【請求項２３】
エッチングされたＭＬＤ回折格子として提供される請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の回折格子。
【請求項２４】
１７４０本／ｍｍプラスまたはマイナス５０％を有する請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の回折格子。
【請求項２５】
高エネルギー・レーザ装置と、
前記高エネルギー・レーザ装置からのレーザ光をターゲット装置に指向させるためのビーム・ガイドと、
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の少なくとも１つの回折格子と
を備え、
レーザ光は前記高エネルギー・レーザ装置から前記回折格子に指向され、このレーザ光が前記ターゲット装置に指向されるように前記回折格子から反射されるレーザ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の、詳細には多層誘電体（ＭＬＤ）回折格子のレーザ損傷しきい値（ＬＤＴ）を増加させる方法に関し、それに応じて改良された光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合ならびに例えばプラズマ物理学、天体物理学および原子物理学における基本的なプロセスを研究するために、今日ではテラワットおよびギガワット領域の高エネルギー・レーザが使用されて超高強度レーザ・パルスが発生される。超高強度レーザ・パルスの到達可能なパワー出力は、使用された光学部品の特性とりわけそれらのレーザ損傷しきい値によって特に制限される。
【０００３】
超高強度パルスの発生によって引き起こされる光学部品への影響は、ＣＰＡ法（チャープパルス増幅；ＣＰＡ）として知られる方法によって減少されることができる。ＣＰＡ法を使用する場合、大きなスペクトルバンド幅の光パルスは初めに時間域で伸延され、増幅され、増幅後に再び圧縮される。それによって、通常、増幅の間は高エネルギー・レーザの強度は数桁の大きさで減少されることが可能である。しかし、光学部品を光学的圧縮器の出口において破壊する危険はＣＰＡ法によって除去されることはできない。特に、圧縮器に使用される回折格子はそれらの危険性のある光学部品に属する。
【０００４】
今日では、最高のレーザ損傷しきい値を有する回折格子は、高度に効率の良い反射型回折格子を得るためにフォトレジスト上へのホログラフィック複製と多層誘電体（ＭＬＤ）の最上層のそれに続くエッチングとによって作成される。
【０００５】
これは、例えば、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０、ｐ．１３４９ｆｆ．、（１９９５）（Ｌ．Ｌｉ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈｉｒｓｈ、「Ａｌｌ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｍａｄｅ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｃｏａｔｉｎｇｓ」）、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．、Ａ１４、１１２４（１９９７）（Ｂ．Ｗ．Ｓｈｏｒｅ、Ｍ．Ｄ．Ｐｅｒｒｙ、Ｊ．Ａ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｒ．Ｄ．Ｂｏｙｄ、Ｍ．Ｄ．Ｆｅｉｔ、Ｈ．Ｔ．Ｎｇｕｙｅｎ、Ｒ．Ｃｈｏｗ、Ｇ．Ｅ．Ｌｏｏｍｉｓ  ａｎｄ  Ｌ．Ｌｉ 「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」）、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０、１９９９（Ｋ．Ｈｅｈｌ、ｅｔ．ａｌ．、「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ：ｄｅｓｉｇｎ、ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ」）、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖ５２７３、１、（２００４）（Ｊ．Ａ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｗ．Ａ．Ｍｏｌａｎｄｅｒ、Ａ．Ｍ．Ｋｏｍａｓｈｋｏ  ａｎｄ  Ｃ．Ｐ．Ｊ．Ｂａｒｔｙ）、および  Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ、４４  Ｓ２６６（２００４）（Ｃ．Ｐ．Ｊ．Ｂａｒｔｙ、Ｍ．Ｋｅｙ、Ｊ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｒ．Ｂｅａｃｈ、Ｇ．Ｂｅｅｒ、Ｃ．Ｂｒｏｗｎ、Ｓ．Ｂｒｙａｎ、Ｊ．Ｃａｉｒｄ、Ｔ．Ｃａｒｌｓｏｎ、Ｊ．Ｃｒａｎｅ、Ｊ．Ｄａｗｓｏｎ、Ａ．Ｃ．Ｅｒｌａｎｄｓｏｎ、Ｄ．Ｆｉｔｔｉｎｇｈｏｆｆ、Ｍ．Ｈｅｒｍａｎｎ、Ｃ．Ｈｏａｇｌａｎ、Ａ．Ｉｙｅｒ、Ｌ．Ｊｏｎｅｓ  ＩＩ、Ｉ．Ｊｏｖａｎｏｖｉｃ、Ａ．Ｋｏｍａｓｈｋｏ、Ｏ．Ｌａｎｄｅｎ、Ｚ．Ｌｉａｏ、Ｗ．Ｍｏｌａｎｄｅｒ、Ｓ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｎ．Ｎｉｅｌｓｅｎ、Ｈ．−Ｈ．Ｎｇｕｙｅｎ、Ｊ．Ｎｉｓｓｅｎ、Ｓ．Ｐａｙｎｅ、Ｄ．Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ、Ｌ．Ｒｉｓｉｎｇｅｒ、Ｍ．Ｒｕｓｈｆｏｒｄ、Ｋ．Ｓｋｕｌｉｎａ、Ｍ．Ｓｐａｅｔｈ、Ｂ．Ｓｔｕａｒｔ、Ｇ．Ｔｉｅｔｂｏｈｌ、ａｎｄ  Ｂ．Ｗａｔｅｌｌｉｅｒ）に説明されている。
【０００６】
引用した論文の開示内容は本特許出願の開示内容に参照により組み込まれる。
引用した論文で説明された回折格子は、１０ピコ秒のパルス幅のレーザ損傷しきい値を達成することができ、これは従来の金の回折格子のしきい値よりも約１０倍高い。０．６Ｊ／ｃｍ２の最大レーザ損傷しきい値を有する金の回折格子に比較して、５００フェムト秒のパルス幅で２倍の改良が達成される。世界中で、ＭＬＤ回折格子のレーザ損傷しきい値をさらに改良するために努力がなされており、それはこのしきい値が、例えばローレンス・リバモア国立研究所で建設中であるＮＩＦ（国立イグニッション施設）のような高エネルギー・ぺタワット（ＨＥＰＷ）レーザ・システムの設計において最大の技術的難問の１つであり、重大な構成要素の１つであると考えられているからである。
【０００７】
ＣＰＡシステムの圧縮回折格子を破壊するのを避けるために、通常、ビームは圧縮に先立ち広げられる。しかし、ビームを広げることによって使用される光学部品の必要寸法が不利に増加する。この寸法とともに、また一方、コストも実質的に増加する。さらに、光学部品は機械的安定性の考慮だけからちょうど任意のサイズに製作されることはできない。
【０００８】
米国特許第６６２０３３３号から、レーザ照射によって破壊される表面部分の拡散が例えばプラズマ処理による局所的な材料の除去によって回避されることができる方法が知られる。米国特許第６５１８５３９Ｂ２号では溶融石英で作成された光学部品を処理する方法が説明され、ここではレーザ照射によって複数の破壊された点が作られ、これらの点の拡散はさらなるレーザ照射によって制限される。
【０００９】
米国特許第６７０５１２５Ｂ２号は、３６０ｎｍおよびそれより下の波長で使用される溶融石英光学システムを処理する方法を説明し、この中でこの光学システムは、その後の使用期間における光学システムの破壊を減少させるためにフルエンスを増加させながらレーザを照射して処理される。さらに、米国特許第５４７２７４８号から、薄い光学層のレーザ損傷しきい値をレーザ処理によって増加させる方法が知られており、ここではレーザ照射はレーザ損傷しきい値が減少されるであろう波長と同一の波長で行われる。
【００１０】
特許文書米国特許第５４７２７４８号、米国特許第６５１８５３９号、米国特許第６６２０３３３号および米国特許第６７０５１２５号の開示内容は、本特許出願の開示内容に参照により組み込まれる。
【００１１】
引用した特許文書のいずれも、レーザ損傷しきい値を増加させるための回折格子の処理に関連しない。
【００１２】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０、ｐ．１３４９ｆｆ．、（１９９５）（Ｌ．Ｌｉ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈｉｒｓｈ、「Ａｌｌ−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｍａｄｅ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｃｏａｔｉｎｇｓ」）
【非特許文献２】Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．、Ａ１４、１１２４（１９９７）（Ｂ．Ｗ．Ｓｈｏｒｅ、Ｍ．Ｄ．Ｐｅｒｒｙ、Ｊ．Ａ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｒ．Ｄ．Ｂｏｙｄ、Ｍ．Ｄ．Ｆｅｉｔ、Ｈ．Ｔ．Ｎｇｕｙｅｎ、Ｒ．Ｃｈｏｗ、Ｇ．Ｅ．Ｌｏｏｍｉｓ  ａｎｄ  Ｌ．Ｌｉ 「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」）
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０、１９９９（Ｋ．Ｈｅｈｌ、ｅｔ．ａｌ．、「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ：ｄｅｓｉｇｎ、ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ」）
【非特許文献４】Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖ５２７３、１、（２００４）（Ｊ．Ａ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｗ．Ａ．Ｍｏｌａｎｄｅｒ、Ａ．Ｍ．Ｋｏｍａｓｈｋｏ  ａｎｄ  Ｃ．Ｐ．Ｊ．Ｂａｒｔｙ）
【非特許文献５】Ｎｕｃｌ．Ｆｕｓｉｏｎ  ４４、Ｓ２６６（２００４）（Ｃ．Ｐ．Ｊ．Ｂａｒｔｙ、Ｍ．Ｋｅｙ、Ｊ．Ｂｒｉｔｔｅｎ、Ｒ．Ｂｅａｃｈ、Ｇ．Ｂｅｅｒ、Ｃ．Ｂｒｏｗｎ、Ｓ．Ｂｒｙａｎ、Ｊ．Ｃａｉｒｄ、Ｔ．Ｃａｒｌｓｏｎ、Ｊ．Ｃｒａｎｅ、Ｊ．Ｄａｗｓｏｎ、Ａ．Ｃ．Ｅｒｌａｎｄｓｏｎ、Ｄ．Ｆｉｔｔｉｎｇｈｏｆｆ、Ｍ．Ｈｅｒｍａｎｎ、Ｃ．Ｈｏａｇｌａｎ、Ａ．Ｉｙｅｒ、Ｌ．Ｊｏｎｅｓ  ＩＩ、Ｉ．Ｊｏｖａｎｏｖｉｃ、Ａ．Ｋｏｍａｓｈｋｏ、Ｏ．Ｌａｎｄｅｎ、Ｚ．Ｌｉａｏ、Ｗ．Ｍｏｌａｎｄｅｒ、Ｓ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｅ．Ｍｏｓｅｓ、Ｎ．Ｎｉｅｌｓｅｎ、Ｈ．−Ｈ．Ｎｇｕｙｅｎ、Ｊ．Ｎｉｓｓｅｎ、Ｓ．Ｐａｙｅｎｅ、Ｄ．Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ、Ｌ．Ｒｉｓｉｎｇｅｒ、Ｍ．Ｒｕｓｈｆｏｒｄ、Ｋ．Ｓｋｕｌｉｎａ、Ｍ．Ｓｐａｅｔｈ、Ｂ．Ｓｔｕａｒｔ、Ｇ．Ｔｉｅｔｂｏｈｌ、ａｎｄ  Ｂ．Ｗａｔｅｌｌｉｅｒ）
【特許文献１】米国特許第６６２０３３３号
【特許文献２】米国特許第６５１８５３９Ｂ２号
【特許文献３】米国特許第６７０５１２５Ｂ２号
【特許文献４】米国特許第５４７２７４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、回折格子特にＭＬＤ回折格子の品質とりわけレーザ損傷しきい値がいかにすれば改良されることが可能か、その方法を明らかにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、請求項１による方法、請求項２１による回折格子ならびに請求項２５によるレーザ・システムによって達成される。有利な実施形態および修正形態がそれぞれの従属請求項で説明される。
【００１５】
したがって、第１レーザを有する高エネルギー・レーザ装置に使用される回折格子を処理する発明の方法は、回折格子を用意する工程と、第２処理レーザを用意する工程と、回折格子のレーザ損傷しきい値が増加されるまで第２処理レーザからのレーザ光で回折格子を照射する工程と、を含む。
【００１６】
本発明者らは、もしもこの回折格子が、処理レーザの高強度なレーザ・ビームによってレーザ損傷しきい値の近傍およびそれより下で照射されるならば、または処理レーザのレーザ損傷しきい値をさらに超えて傾斜路状に増加する処理レーザの出力パワーに照射されるならば、回折格子の、とりわけＭＬＤ回折格子のレーザ損傷しきい値は増加されることを発見した。
【００１７】
したがって、回折格子を照射する工程は、第２処理レーザの出力パワーを第２処理レーザのレーザ損傷しきい値を超えて傾斜路状の方式で増加させる工程を有利に含む。特に有利には、第２処理レーザの出力パワーはレーザ損傷しきい値の８０％より下から少なくとも１２０％に至るまで傾斜路状の方式で増加される。
【００１８】
本発明による方法は、テラワット（ＴＷ）およびペタワット（ＰＷ）パルス圧縮器に使用されるようなフェムト秒およびピコ秒レーザ・パルスに対するＭＬＤ回折格子のレーザ損傷しきい値を増加させるために特に有利である。
【００１９】
１〜１０００Ｈｚの間の繰り返し率および少なくとも１０秒の期間での第２処理レーザによるレーザ照射が特に好適であることが証明された。
【００２０】
特に有利には、回折格子はテラワットまたはペタワット高エネルギー・レーザ装置に使用されるように構成される。好ましくは、本回折格子が使用される高エネルギー・レーザ装置は可視または赤外周波数領域のレーザ光を発生させるのに適している。特に、好ましくは、この回折格子は１０５４ｎｍプラスまたはマイナス３０％のレーザ波長を有する高エネルギー・レーザ装置で使用されるように構成される。さらに、好ましくは、高エネルギー・レーザ装置は超短レーザ・パルス、特に２０ピコ秒より下のパルス幅を有するレーザ・パルスを発生させるように構成される。
【００２１】
本発明の有利な実施形態では、通常テラワットまたはペタワットレーザとして用意される高エネルギー・レーザ装置とは異なる第２処理レーザの好適な波長は紫外領域にあり、好ましくは３５５ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍにある。さらに、第２処理レーザの適切な波長は、１０６４ｎｍ、５５７ｎｍ、および５３２ｎｍならびに５５０ｎｍより下の他の波長を備える。適切な処理レーザの１つの実施例はエキシマ・レーザであるが、しかしまた、他のタイプのレーザも本発明の範囲内にある。
【００２２】
さらに、本発明の好適な実施形態では、処理レーザの波長において低い吸収を持つ材料がＭＬＤ回折格子の多層積層の材料および基板の材料として選択され、例えば、処理レーザを紫外領域で使用する場合には溶融石英が基板材料として選択される。低い吸収を持つ材料の使用は、レーザ処理によってすぐに破壊を引き起こすことなく処理レーザの最大攻撃フルエンスを可能とし、これにより本発明の方法の効率が向上される。
【００２３】
特に、紫外光は様々な材料の材料特性を改めるのに適していることが知られている。この点において、紫外照射によって回折格子の表面の性質が改良されるだけでなく、ＭＬＤ積層およびその下に横たわる材料からなる層システムもまた改良されることが仮定されなければならない。
【００２４】
好適には、第２処理レーザによるレーザ処理は、回折格子の紫外損傷フルエンスの９０％より下のフルエンスで行われる。
【００２５】
特に有利には、第２処理レーザは、高エネルギー・レーザ装置によって発生されるレーザ放射とは異なる波長を有する。また、高エネルギー・レーザ装置の中では、例えばもし周波数逓倍器がこの高エネルギー・レーザ装置に用意されるならば、回折格子は高エネルギー・レーザ装置の出力波長とは異なる波長のレーザ放射で照射されることも可能である。したがって、さらに好ましくは、第２処理レーザは動作中に回折格子が照射されるレーザ放射とは異なる波長を有する。
【００２６】
本発明の方法は環境からの不純物に敏感であるから照射工程は有利には真空内で行われる。
【００２７】
好ましくは、回折格子は多層誘電体（ＭＬＤ）回折格子である。このような回折格子にとって特に好適な本発明の方法による実施形態は、回折格子がエッチングされる前の第１工程で照射される回折格子の反射鏡を用意し、第２工程で回折格子の格子をエッチングする工程を設ける。有利には、回折格子の格子をエッチングする工程の後の第３工程で、第２処理レーザで再び照射する工程が付加的に設けられてもよい、ことが追加として行われてもよい。
【００２８】
さらに有利な実施形態では、回折格子は高エネルギー・レーザ装置を備えるレーザ・システムの光路中に配置され、高エネルギー・レーザ装置は、該レーザ装置によって発生されたレーザ・パルスがさらなる使用のために別の方向に回折格子によって反射されるように回折格子の上に向かって指向可能であるような位置に配置される。
【００２９】
さらに、本発明は説明された方法で処理される回折格子を備える。好ましくは、本発明による回折格子は、５００フェムト秒のレーザ・パルスに対して少なくとも０．７Ｊ／ｃｍ２のレーザ損傷しきい値をもたらす。さらに、特定の利点を有する本発明による回折格子はエッチングされたＭＬＤ回折格子として提供される。好ましくは、回折格子の格子は１７４０本／ｍｍプラスまたはマイナス５０％を有する。
【００３０】
本発明によるレーザ・システムは、高エネルギー・レーザ装置と、高エネルギー・レーザ装置からのレーザ光をターゲット装置に指向させるためのビーム・ガイドと、上述した少なくとも１つの回折格子とを備え、レーザ光は高エネルギー・レーザ装置から回折格子に導かれ、ターゲット装置に導かれるように回折格子によって反射される。
【００３１】
以下において、本発明は、好適な実施形態を用いておよび添付の図面を参照してより詳細に説明される。したがって、図面中の同一の参照符号は同一または類似の部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、ＣＰＡ法に基づいて高エネルギー・レーザ・パルスを発生させるための高エネルギー・レーザ装置を概略的に示す。１００フェムト秒の例示のパルス幅と、数ナノジュールのエネルギーと、十分に大きなスペクトルバンド幅とを有するレーザ発振器２１０からのパルスは、最初に光学的遅延線によって時間域で伸延される。光学的遅延線は非平行に配置された２つのＭＬＤ回折格子１０を備える。ビームの導波は反射鏡２３０および２４０によって行われる。
【００３３】
短いパルスが成り立つ個々の波長が回折格子の間の異なる距離を補償しそれによってパルス伸延器を異なる時間帯に通過するように、第１の回折格子は適切な光学系によって第２の回折格子の後方に反転して結像される。
【００３４】
時間域で伸延されたパルスは、次に、このパルスが平行に配置された２つの回折格子１０からなる一対の回折格子によって再び圧縮される前に、パワー増幅器２２０によって数桁の大きさで増幅される。
【００３５】
特に、光学的圧縮器に使用される回折格子１０は著しく強いレーザ・パワーに曝される。特に、このような回折格子のレーザ損傷しきい値は本発明による方法によって増加される。
【００３６】
図２は、このような回折格子１０の概略図を示し、この回折格子は、その上に異なる屈折率を有する層１２０および層１３０を備えた多層誘電体システム１００が配置される基板１４０を備える。格子が最上層１１０の内部に向けてエッチングされる。例示的にａ、ｂおよびｈと呼ばれる格子パラメータは、最大効率および最適なレーザ損傷しきい値に適合させることができる。また、図示した矩形の形状とは異なる格子の形状、特に溝および隆線の形状も本発明の範囲内にある。
【００３７】
本発明は、回折格子の表面および多層積層の表面をレーザ・ビームで照射することによってこのようなＭＬＤ回折格子のレーザ損傷しきい値を増加させることを提案する。とりわけ、本発明者らは、回折格子の製造プロセスからの残渣ならびにほこりおよび他の有害で吸収性の欠陥がレーザ照射によって除去されるものと仮定する。さらに、また、より低いレーザ損傷しきい値を有するシャープ・エッジも除去されるものと仮定される。
【００３８】
有利には、処理レーザの波長は、最小限の吸収が多層システムの中でおよび回折格子の下にある基板の中で達成されるような方法で選択される。
【００３９】
図３ａは本発明の第１の好適な実施形態を示し、ここで回折格子１０は、例えば紫外レーザとして用意される処理レーザ３００によって照射される。
【００４０】
本発明の方法のさらに好適な実施形態は、図３ｂに示されるように、格子をエッチングする前に第１工程でＭＬＤ回折格子１０’を処理レーザ３００で照射する工程と、それに続いてＭＬＤ回折格子の最上層をエッチングする工程とを含む。ここで、好適には、処理レーザによる追加的な照射がエッチングのプロセスの後で行われてもよい。
【００４１】
図４は、本発明に従って処理された回折格子のレーザ損傷しきい値の測定結果を示す。ここで、２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマ・レーザが、溶融石英基板上に１７４０本／ｍｍの格子を有する回折格子のレーザ損傷しきい値を増加させるために、その紫外破壊フルエンスの７０％で使用された。１０５４ｎｍの波長で５００フェムト秒のパルス幅を有するレーザ・パルスに対する回折格子のレーザ損傷しきい値を増加させることが意図された。
【００４２】
本発明のレーザ処理を行わない場合の測定されたレーザ損傷しきい値の最大値は約０．４Ｊ／ｃｍ２であった。紫外レーザ処理の後で、５００フェムト秒におけるレーザ損傷しきい値が３００μｍの直径を有するテスト・ビームを用いて測定された。回折格子４００の領域４１０の内部の照射された範囲１、２、３および４に対する結果が図４に示される。
【００４３】
処理レーザとして使用されたＫｒＦエキシマ・レーザのビームはビーム・ホモジナイザによって均質化され、好適には、照射は５０Ｈｚの繰り返し率で約１分間行われた。
【００４４】
図４で、第１行の値はそれぞれ回折格子表面上の「非破壊」フルエンスをＪ／ｃｍ２で表し、これに対してこのフルエンスで何回かのレーザ・フラッシュをした後では「ビーム跡」が回折格子上に観察できる。第３行の値は、回折格子の表面上の最大破壊フルエンスをそれぞれＪ／ｃｍ２で示し、第２行の値は、それによって第３行に示された対応するフルエンスの破壊が生じるレーザ・フラッシュの回数をそれぞれ示す。
【００４５】
図４から、照射された領域１、２、３および４に関して、約０．８Ｊ／ｃｍ２（参照符号４４０）、約０．７Ｊ／ｃｍ２（参照符号４３０）および約０．８Ｊ／ｃｍ２（参照符号４２０）のレーザ損傷しきい値の測定結果が得られることができる。したがって、図４は、本発明による方法によるレーザ損傷しきい値の増加の明白な効果を示す。統計的な有意性および均一性に関してさらに最適化されることが可能な最初の測定の結果が示される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＣＰＡ法を実行するための装置を示す図である。
【図２】回折格子の概略図である。
【図３ａ】本発明による方法の好適な実施形態を示す図である。
【図３ｂ】本発明による方法のさらに好適な実施形態を示す図である。
【図４】本発明により処理された回折格子のレーザ損傷しきい値の測定結果を示す図である。
【図１】
2008532070.tif 000003
【図２】
2008532070.tif 000004
【図３ａ】
2008532070.tif 000005
【図３ｂ】
2008532070.tif 000006
【図４】
2008532070.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月28日(2007.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザを有する高エネルギー・レーザ装置に使用する回折格子を処理する方法であって、
前記回折格子を用意する工程と、
第２処理レーザを用意する工程と、
前記回折格子のレーザ損傷しきい値が増加されるまで前記第２処理レーザからのレーザ光で前記回折格子を照射する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記回折格子を照射する工程は、前記第２処理レーザの出力パワーを前記第２処理レーザのレーザ損傷しきい値を超えて傾斜路状に増加させる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２処理レーザの前記出力パワーは、前記レーザ損傷しきい値の８０％より下から少なくとも１２０％に至るまで傾斜路状に増加される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２処理レーザからのレーザ光で照射する工程は、前記第２処理レーザの前記レーザ損傷しきい値より下でおよびこの近傍で行われる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２処理レーザによる前記レーザ照射は、１〜１０００Ｈｚの間の繰り返し率でおよび少なくとも１０秒の期間にわたって行われる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記回折格子は、可視周波数領域または赤外周波数領域のレーザ光を発生させるように構成された高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記回折格子は、１０５４ｎｍプラスまたはマイナス３０％のレーザ波長を有する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記回折格子は、テラワット高エネルギー・レーザ装置またはペタワット高エネルギー・レーザ装置で使用されるように構成された請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記回折格子は、超短レーザ・パルスを発生する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記回折格子は、２０ピコ秒より下のパルス幅を有するレーザ・パルスを発生する高エネルギー・レーザ装置で使用するように構成された請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２処理レーザは紫外レーザである請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２処理レーザによる前記レーザ照射は、前記回折格子の紫外損傷フルエンスの９０％より下のフルエンスで行われる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２処理レーザは、１０６４ｎｍ、５５７ｎｍ、５３２ｎｍ、３５３ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの波長を有する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２処理レーザは、５５０ｎｍより下の波長を有する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記回折格子を照射する工程は真空内で行われる請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２処理レーザは、前記高エネルギー・レーザ装置の前記波長とは異なる波長を有する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
エキシマ・レーザが前記第２処理レーザとして使用される請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記回折格子は多層誘電体（ＭＬＤ）回折格子であり、
第１工程で前記回折格子の反射鏡は前記回折格子がエッチングされる前に前記処理レーザで照射され、
第２工程で前記回折格子の格子がエッチングされる
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記回折格子の前記格子をエッチングする工程の後の第３工程で、前記ＭＬＤ回折格子は前記第２処理レーザによって再び照射される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記回折格子は前記高エネルギー・レーザ装置を備えるレーザ・システムの光路中に配置され、前記高エネルギー・レーザ装置は、該高エネルギー・レーザ装置によって発生されたレーザ・パルスがさらなる使用のために他の方向に反射されるように前記回折格子の上に向かって指向可能であるような位置に配置される請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の方法で処理された、高エネルギー・レーザ装置に使用するための回折格子。
【請求項２２】
５００フェムト秒のレーザ・パルスに対して少なくとも０．７Ｊ／ｃｍ２のレーザ損傷しきい値を有する請求項２１に記載の回折格子。
【請求項２３】
エッチングされたＭＬＤ回折格子として提供される請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の回折格子。
【請求項２４】
１７４０本／ｍｍプラスまたはマイナス５０％の格子を有する請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の回折格子。
【請求項２５】
高エネルギー・レーザ装置と、
前記高エネルギー・レーザ装置からのレーザ光をターゲット装置に指向させるためのビーム・ガイドと、
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の少なくとも１つの回折格子と
を備え、
レーザ光は前記高エネルギー・レーザ装置から前記回折格子に指向され、このレーザ光が前記ターゲット装置に指向されるように前記回折格子から反射されるレーザ・システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の有利な実施形態では、通常テラワットまたはペタワットレーザとして用意される高エネルギー・レーザ装置とは異なる第２処理レーザの好適な波長は紫外領域にあり、好ましくは３５３ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍにある。さらに、第２処理レーザの適切な波長は、１０６４ｎｍ、５５７ｎｍ、および５３２ｎｍならびに５５０ｎｍより下の他の波長を備える。適切な処理レーザの１つの実施例はエキシマ・レーザであるが、しかしまた、他のタイプのレーザも本発明の範囲内にある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図４から、照射された領域１、２、３および４に関して、約０．８Ｊ／ｃｍ２（参照符号４４０）、約０．７Ｊ／ｃｍ２（参照符号４３０）および約０．６Ｊ／ｃｍ２（参照符号４２０）のレーザ損傷しきい値の測定結果が得られることができる。したがって、図４は、本発明による方法によるレーザ損傷しきい値の増加の明白な効果を示す。統計的な有意性および均一性に関してさらに最適化されることが可能な最初の測定の結果が示される。
【国際調査報告】
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2008532070.tif 000009
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