(57)【要約】【課題】簡易な構成により時間強度波形が互いに異なる二種類のパルス光を生成できる。【解決手段】パルス光生成装置は、第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートの少なくとも４個の入出力ポートを備えた光カプラと、前記第３ポートと前記第４ポートとを接続する接続光路と、前記接続光路に配置された位相変調素子と、を備え、前記光カプラは、前記第１ポートに入力された入力パルス光を分岐して、前記第３ポートおよび前記第４ポートにそれぞれ第１方向パルス光および第２方向パルス光として出力し、前記位相変調素子は、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与えることにより、前記第１ポートおよび前記第２ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートの少なくとも４個の入出力ポートを備えた光カプラと、
前記第３ポートと前記第４ポートとを接続する接続光路と、
前記接続光路に配置された位相変調素子と、を備え、
前記光カプラは、
前記第１ポートに入力された入力パルス光を分岐して、前記第３ポートおよび前記第４ポートにそれぞれ第１方向パルス光および第２方向パルス光として出力し、
前記位相変調素子は、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与えることにより、前記第１ポートおよび前記第２ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力する、パルス光生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子は、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光に対して互いに異なる位相変調を与える、パルス光生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子から前記第３ポートまでの光学的距離と、前記位相変調素子から前記第４ポートまでの光学的距離とは異なる、パルス光生成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記光カプラは、
前記第１ポートと前記第３ポートとの間、前記第１ポートと前記第４ポートとの間、前記第２ポートと前記第３ポートとの間、および前記第２ポートと前記第４ポートとの間で光を伝播させることが可能であり、
前記第１ポートと前記第４ポートとの間を伝播する光は、前記第１ポートと前記第３ポートとの間を伝播する光に比べて、位相が波長の１／４だけ遅れ、
前記第２ポートと前記第３ポートとの間を伝播する光は、前記第２ポートと前記第４ポートとの間を伝播する光に比べて、位相が波長の１／４だけ遅れる、パルス光生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記位相変調素子は、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方について、パルスの一部を波長の１／２だけ位相変調する、パルス光生成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記出力パルス光のうち、前記第１ポートと前記第２ポートの一方から出力される第１パルス光は、他方から出力される第２パルス光の強度が減少する際には強度が増加し、前記第２パルス光の強度が増加する際には強度が減少する、パルス光生成装置。
【請求項７】
請求項６に記載のパルス光生成装置において、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の強度が最大となる時点の前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記接続光路において前記位相変調素子は第１位相変調素子であり、
前記第１位相変調素子とは異なる位置に配置された第２位相変調素子、をさらに備え、
前記第２位相変調素子から前記第３ポートまでの光学的距離と、前記第２位相変調素子から前記第４ポートまでの光学的距離とは異なる、パルス光生成装置。
【請求項９】
請求項８に記載のパルス光生成装置において、
前記第１位相変調素子は、前記第１方向パルス光のパルスの一部を波長の１／４だけ位相変調し、
前記第２位相変調素子は、前記第２方向パルス光のパルスの一部を、前記第１方向パルス光の位相変調方向とは逆の方向に波長の１／４だけ位相変調する、パルス光生成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記出力パルス光が入力されて合波された合波光を生成する合波素子と、
前記合波素子から出力された前記合波光が入力され内部を伝播する第１光ファイバと、
前記合波光を分離する分離素子と、
前記分離素子から出力されたパルス光が入力されて内部を伝播し増幅される第２光ファイバと、をさらに備える、パルス光生成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のパルス光生成装置において、
第１波長の入力パルス光を出力する第１レーザ光源と、
前記第１レーザ光源と前記位相変調素子とを制御する制御部と、をさらに有する、パルス光生成装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のパルス光生成装置において、
前記分離素子は、偏光ビームスプリッタである、パルス光生成装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のパルス光生成装置において、
前記第１波長とは波長の異なる第２波長の入力パルス光を出力する第２レーザ光源を、さらに有し、
前記制御部は、前記第２レーザ光源を制御し、
前記分離素子は、波長選択フィルタである、パルス光生成装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第２ポートと前記合波素子との間に配置された第３光ファイバと、
前記第１ポートと前記合波素子との間に配置された第４光ファイバと、をさらに備えるパルス光生成装置。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のパルス光生成装置において、
前記第２光ファイバから出力された前記パルス光が入力されて伝播し、前記パルス光の波長を変換する波長変換部をさらに有する、パルス光生成装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のパルス光生成装置において、
前記波長変換部は、複数の非線形光学結晶を含み、前記パルス光の波長を紫外領域の波長に変換する、パルス光生成装置。
【請求項１７】
第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートの少なくとも４個の入出力ポートを備えた光カプラの前記第１ポートに入力パルス光を入力して分岐し、
前記第３ポートと前記第４ポートとが接続された接続光路に、前記第３ポートおよび前記第４ポートから第１方向パルス光および第２方向パルス光をそれぞれ出力し、
前記接続光路において、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与え、
前記第１ポートおよび前記第２ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力する、パルス光生成方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のパルス光生成方法であって、
前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光に対して互いに異なる位相変調を与える、パルス光生成方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のパルス光生成方法において、
前記光カプラは、前記第１ポートと前記第３ポートとの間、前記第１ポートと前記第４ポートとの間、前記第２ポートと前記第３ポートとの間、および前記第２ポートと前記第４ポートとの間で光を伝播させることが可能であり、
前記第１ポートと前記第４ポートとの間を伝播する光は、前記第１ポートと前記第３ポートとの間を伝播する光に比べて、位相を波長の１／４だけ遅らせ、
前記第２ポートと前記第３ポートとの間を伝播する光は、前記第２ポートと前記第４ポートとの間を伝播する光に比べて、位相を波長の１／４だけ遅らせる、パルス光生成方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方について、パルスの一部を波長の１／２だけ位相変調する、パルス光生成方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第１方向パルス光のパルスの一部を波長の１／４だけ位相変調し、
前記第２方向パルス光のパルスの一部を、前記第１方向パルス光の位相変調方向とは逆の方向に波長の１／４だけ位相変調する、パルス光生成方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記出力パルス光のうち、一方の第１パルス光は、他方の第２パルス光の強度が減少する際には強度が増加し、前記第２パルス光の強度が増加する際には強度が減少する、パルス光生成方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載のパルス光生成方法において、
前記第２パルス光は、前記第１パルス光の強度が最大となる時点より前および後の時点にそれぞれ極大値を有する、パルス光生成方法。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載のパルス光生成方法において、
前記出力パルス光を合波させた合波光を第１光ファイバに入力させ内部を伝播させ、
前記第１光ファイバから出力された前記合波光を前記第１パルス光と前記第２パルス光とに分離し、前記第１パルス光を第２光ファイバに入力させ内部を伝播させて増幅し、
前記第２光ファイバにおいて自己位相変調による発生する前記第１パルス光の位相変調を、前記第１光ファイバにおいて前記第２パルス光からの相互位相変調により前記第１パルス光に発生する前位相変調により減殺する、パルス光生成方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載のパルス光生成方法において、
前記第１光ファイバから出力された前記合波光を偏向ビームスプリッタにより前記第１パルス光と前記第２パルス光とに分離し、
分離された前記第１パルス光を前記第２光ファイバに入力させ内部を伝播させる、パルス光生成方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載のパルス光生成方法において、
前記入力パルス光は、第１波長のパルス光と第２波長のパルス光が合波されたパルス光であり、
前記第１波長のパルス光と前記第２波長のパルス光とを波長選択フィルタにより分離し、
分離された前記第１パルス光を前記第２光ファイバに入力させ内部を伝播させる、パルス光生成方法。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第２パルス光を、前記第１パルス光と合波させる前に増幅する、パルス光生成方法。
【請求項２８】
請求項２４〜２７のいずれか一項に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光を波長変換部に入力させ内部を伝播させ、前記第１パルス光の波長を変換する、パルス光生成方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載のパルス光生成方法において、
前記第１パルス光の波長を、前記波長変換部に含まれる複数の非線形光学結晶により紫外領域の波長に変換する、パルス光生成方法。
【請求項３０】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス光を所定のパターン光に形成するパターン形成部と、
前記パターン光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系と、を備えた露光装置。
【請求項３１】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のパルス光生成装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記パルス光生成装置から出力されたパルス光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
前記被検物からの光を検出器に投影する投影光学系と、を備えた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光生成装置、パルス光生成方法、パルス光生成装置を備えた露光装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等から出力されたパルス光を検査装置や加工装置の光源として用いるためには、パルス光の強度が大きく、かつ、波長スペクトル幅が小さいことが要求される。強度の大きなパルス光を得るためには、半導体レーザから出力されたパルス光を光ファイバ増幅器により増幅する必要がある。しかし、増幅する過程でパルス光には自己位相変調による位相変調が発生し、その結果、パルス光の波長スペクトルが拡がるという問題がある。【０００３】
特許文献１には、非相反光学素子を含む非線形オプティカルループミラーを備えたレーザ共振器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１３−１８７５４２号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１に開示されたレーザ共振器は、時間強度波形が互いに異なる二種類のパルス光を生成できない。
【０００６】
本発明の第１の態様によるパルス光生成装置は、第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートの少なくとも４個の入出力ポートを備えた光カプラと、前記第３ポートと前記第４ポートとを接続する接続光路と、前記接続光路に配置された位相変調素子と、を備え、前記光カプラは、前記第１ポートに入力された入力パルス光を分岐して、前記第３ポートおよび前記第４ポートにそれぞれ第１方向パルス光および第２方向パルス光として出力し、前記位相変調素子は、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与えることにより、前記第１ポートおよび前記第２ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力する。
本発明の第２の態様によるパルス光生成方法は、第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートの少なくとも４個の入出力ポートに入力パルス光を入力して分岐し、前記第３ポートと前記第４ポートとが接続された接続光路に、前記第３ポートおよび前記第４ポートから第１方向パルス光および第２方向パルス光をそれぞれ出力し、前記接続光路において、前記第１方向パルス光および前記第２方向パルス光の少なくとも一方に対して位相変調を与え、前記第１ポートおよび前記第２ポートのそれぞれから、互いに異なる波形の出力パルス光を出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図２】ファイバ熔融型カプラの概略構成図である。
【図３】光カプラのポート配置と各ポート間の光の伝播を模式的に示す模式図である。
【図４】２つのパルス光の合波について説明する概念図であり、（ａ）および（ｂ）は合波される２つのパルス光のそれぞれの振幅を、（ｃ）は合波光の時間強度変化を示す。
【図５】２つのパルス光の合波について説明する概念図であり、（ａ）および（ｂ）は合波される２つのパルス光のそれぞれの振幅を、（ｃ）は合波光の時間強度変化を示す。
【図６】パルス光の一部分の位相変調を示す概念図であり、（ａ）はパルス光の時間強度変化を示し、（ｂ）はパルス光の中央部を位相変調することを示す。
【図７】パルス光を位相変調した場合の概念図であり、（ａ）および（ｂ）は合波される２つのパルス光のそれぞれの振幅を、（ｃ）は合波光の時間強度変化を示す。
【図８】パルス光を位相変調した場合の概念図であり、（ａ）および（ｂ）は合波される２つのパルス光のそれぞれの振幅を、（ｃ）は合波光の時間強度変化を示す。
【図９】位相変調の一例を示す概念図であり、（ａ）はパルス光の時間強度変化を示し、（ｂ）はパルス光の中央部を位相変調することを示す。
【図１０】パルス光の一部分の位相変調を示す概念図であり、（ａ）はパルス光の時間強度変化を示し、（ｂ）はパルス光の中央部以外の部分を位相変調することを示す。
【図１１】位相変調の一例を示す概念図であり、（ａ）はパルス光の時間強度変化を示し、（ｂ）はパルス光の中央部以外の部分を位相変調することを示す。
【図１２】第２の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１３】主パルス光および副パルス光の時間強度変化の測定結果を示すグラフである。
【図１４】第３の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１５】第３の実施の形態における位相変調を示す概念図である。
【図１６】第４の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１７】第５の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１８】第６の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。
【図１９】波長変換部の構成の一例を示す概略図である。
【図２０】パルス光生成装置を備えたシステムの第１の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図２１】パルス光生成装置を備えたシステムの第２の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図２２】パルス光生成装置を備えたシステムの第３の適用例として例示する露光装置の概要構成図である。
【図２３】パルス光生成装置を備えたシステムの第４の適用例として例示する検査装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係るパルス光生成装置について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係るパルス光生成装置の概念図である。図１に示すように、パルス光生成装置１００は、光カプラ１０１と、光カプラ１０１に接続された接続光路１０２と、接続光路１０２に配置された位相変調素子１０３と、第１ポート１に光を入力するための入力部１０４を備える。光カプラ１０１は、光の入力および出力が可能な、第１ポート１、第２ポート２、第３ポート３および第４ポート４の４個のポートを備える。
【０００９】
接続光路１０２は第３ポート３と第４ポート４とを接続して設けられる。光カプラ１０１としては、分岐比が５０：５０のファイバ熔融型カプラを用いることができる。なお、入力部１０４としては光サーキュレータ等を用いることができる。光カプラ１０１としては、熔融型に限らずハーフミラーを備えた分岐比が５０：５０のものも用いることができる。なお、分岐比が５０：５０でない光カプラ１０１を用いた場合、分岐比が５０：５０から外れるに従って、第１パルス光（以下、主パルス光とも呼ぶ）にペデスタル成分が発生するようになる。ペデスタル成分とは、パルス光の前後に発生するピーク強度より強度が小さい台状の成分を言う。従って、光カプラ１０１は分岐比５０：５０のものを用いることが好ましい。
【００１０】
位相変調素子１０３は、位相変調素子１０３から第３ポート３までの光学的距離と、位相変調素子１０３から第４ポート４までの光学的距離が異なる位置に配置される。位相変調素子１０３としては、電気光学変調器（ＥＯ変調器）等の変調器を用いることができる。なお、接続光路１０２は、光路上の空気揺らぎによる位相変化を抑制するため、 
光ファイバを用いてループ状に接続することにより構成することが好ましいが、ミラー等を組み合わせて接続光路１０２を形成することも可能である。その場合、接続光路の部分を真空中に配置してもよい。
【００１１】
図２は、光カプラ１０１として一般的に用いられるファイバ熔融型カプラの概略構成図である。ファイバ熔融型カプラにおいては、２本の光ファイバが加熱溶融され融着延伸している。光カプラ１０１は、光を入出力させるための、第１ポート１、第２ポート２、第３ポート３、および第４ポート４の４個のポートを備える。第１〜第４のいずれかのポートに入力された光は分岐されて光カプラ１０１から出力される。例えば、第１ポート１から光カプラ１０１に入力された光は第３ポート３および第４ポート４に分岐されて出力される。あるいは、第３ポート３と第４ポート４とから同時に光カプラ１０１に入力された光は、合波され分岐されて第１ポート１および第２ポート２から出力される。
【００１２】
図３は、光カプラ１０１のポート配置と各ポート間の光の伝播を模式的に示す模式図である。光カプラ１０１において、第１ポート１と第２ポート２とは一方側に配置され、第３ポート３と第４ポート４とは反対側に配置される。本明細書においては、第１ポート１と第３ポート３、および第２ポート２と第４ポート４は、互いに対向していると表現する。また、第１ポート１と第４ポート４、および第２ポート２と第３ポート３は、互いに対向しない、または、非対向であると表現する。
【００１３】
光カプラ１０１において、第１ポート１にパルス光が入力されると、このパルス光は、第１ポート１に対向する第３ポート３と第１ポート１に非対向の第４ポート４とに分岐して伝播する。第２ポート２にパルス光が入力されると、このパルス光は、第２ポート２に対向する第４ポート４と第２ポート２に非対向の第３ポート３とに分岐して伝播する。第３ポート３にパルス光が入力されると、このパルス光は、第３ポート３に対向する第１ポート１と第３ポート３に非対向の第２ポート２とに分岐して伝播する。第４ポート４にパルス光が入力されると、このパルス光は、第４ポート４に対向する第２ポート２と第４ポート４に非対向の第１ポート１とに分岐して伝播する。
【００１４】
光カプラ１０１において、対向するポート間を伝播する光に対して、非対向のポート間を伝播する光は、位相が波長の１/４（以下、λ／４のように記載）遅れる。例えば、第１ポート１に入力された光が分岐して第３ポート３および第４ポート４に伝播する場合、対向する第３ポート３に伝播した光に対して、非対向の第４ポート４に伝播した光は位相がλ／４遅れる。
【００１５】
＜位相変調素子を機能させない状態＞
次に、図１に示すパルス光生成装置１００の入力部１０４にパルス光を入力する場合について説明する。光カプラ１０１としては、分岐比が５０：５０の熔融型カプラを用いる。まず、位相変調素子１０３が機能していない状態について説明する。上記説明の通り、入力部１０４に入力されたパルス光は第１ポート１から光カプラ１０１に入力され光カプラ１０１内で分岐し、第１ポート１に対向する第３ポート３および第１ポート１に非対向の第４ポート４に伝播して、それぞれ接続光路１０２に出力される。
【００１６】
第３ポート３から出力されて第４ポート４に向かうパルス光を第１方向パルス光、第４ポート４から出力されて第３ポート３に向かうパルス光を第２方向パルス光と呼ぶ。第１方向パルス光は光カプラ１０１内で対向ポート間を伝播して出力されたパルス光であるのに対して、第２方向パルス光は光カプラ１０１内で非対向ポート間を伝播して出力されたパルス光であるため、第４ポート４から出力された時点における第２方向パルス光は、第３ポート３から出力された時点における第１方向パルス光に比べて、位相がλ／４遅れている。
【００１７】
第１方向パルス光は接続光路１０２を伝播した後、第４ポート４から光カプラ１０１に入力される。第２方向パルス光は接続光路１０２を第１方向パルス光とは逆向きに伝播した後、第３ポート３から光カプラ１０１に入力される。第１方向パルス光と第２方向パルス光とは共通の接続光路１０２を伝播する。従って、第３ポート３から光カプラ１０１に入力される時点における第２方向パルス光の位相は、第４ポート４から光カプラ１０１に入力される時点における第１方向パルス光の位相に比べて、依然としてλ／４だけ遅れた状態である。
【００１８】
第４ポート４から光カプラ１０１に入力された第１方向パルス光は、光カプラ１０１内で、第４ポート４とは非対向の第１ポート１に伝播するパルス光１１と、第４ポート４に対向する第２ポート２に伝播するパルス光１２とに分岐する。第３ポート３から光カプラ１０１に入力された第２方向パルス光は、光カプラ１０１内で、第３ポート３に対向する第１ポート１に伝播するパルス光２１と第３ポート３とは非対向の第２ポート２に伝播するパルス光２２とに分岐する。すなわち、第１ポート１にはパルス光１１とパルス光２１とが伝播し、第２ポート２にはパルス光１２とパルス光２２とが伝播する。
【００１９】
第１ポート１からの出力について説明する。第１方向パルス光が分岐したパルス光１１は、第２方向パルス光が分岐したパルス光２１に対して、分岐時においてはλ／４相当分だけ位相が進んでいる。しかし、光カプラ１０１内において、非対向ポート間を伝播するパルス光１１は、対向ポート間を伝播するパルス光２１に対して、λ／４相当分だけ位相が遅れる。従って、パルス光１１とパルス光２１とが合波される時点では、パルス光２１に対するパルス光１１の位相差は、光カプラ１０１への入力直前の位相の進みが、光カプラ１０１を伝播する際の位相の遅れにより相殺されてゼロになる。すなわち、パルス光１１とパルス光２１は同位相となる。その結果、第１ポート１からは、パルス光１１とパルス光２１とが互いに強め合ったパルス光が出力される。
【００２０】
次に、第２ポート２からの出力について説明する。第２方向パルス光が分岐したパルス光２２は、第１方向パルス光が分岐したパルス光１２に対して、分岐時においてはλ／４相当分だけ位相が遅れている。さらに、光カプラ１０１内において、非対向ポート間を伝播するパルス光２２は、対向ポート間を伝播するパルス光１２に対して、λ／４相当分だけ位相が遅れる。従って、パルス光１２とパルス光２２とが合波される時点では、パルス光１２に対するパルス光２２の位相差は、光カプラ１０１への入力時の位相の遅れに対して、光カプラ１０１を伝播する際の位相の遅れが加わって、λ／２（波長の１／２）相当分となる。その結果、パルス光１２の振幅とパルス光２２の振幅とは相殺するため、第２ポート２からは光が出力されない。
【００２１】
以上説明した作用について、図４および図５を参照して説明する。図４において、（ａ）はパルス光１１の振幅、（ｂ）はパルス光２１の振幅、（ｃ）はパルス光１１とパルス光２１との合波光の時間強度変化を示す。上記説明の通り、パルス光１１とパルス光２１とは位相差がゼロである。すなわち、（ａ）および（ｂ）に示すように、パルス光１１の振幅とパルス光２１の振幅とは位相が揃っている。従って、第１ポート１ではパルス光１１とパルス光２１とが互いに強め合う。その結果、第１ポート１には、（ｃ）に示すように、入力部１０４に入力されたパルス光に相当する光が出力される。なお、図４において、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）に比べて時間軸を拡大して表示しており、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）の破線で示した時間領域におけるパルス光１１およびパルス光２１の振幅を示す。
【００２２】
図５において、（ａ）はパルス光１２の振幅、（ｂ）はパルス光２２の振幅、（ｃ）はパルス光１２とパルス光２２との合波光の時間強度変化を示す。上記説明の通り、パルス光１２とパルス光２２とは位相差がλ／２相当分存在する。すなわち、（ａ）および（ｂ）に示すように、パルス光１２の振幅とパルス光２２の振幅とは位相が互いに反転している。従って、第２ポート２においては、パルス光１２とパルス光２２とは互いに相殺するので光が出力されない。なお、図５において、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）に比べて時間軸を拡大して表示しており、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）の破線で示した時間幅におけるパルス光１１およびパルス光２１の振幅を示している。
【００２３】
上記説明を式により表す。まず、入力部１０４から入力させるパルス光の振幅をＡ（ｔ）とすると、第１ポート１から出力されたパルス光の振幅ＡＲ（ｔ）は式（１）で表される。なお、簡単のために、入力パルス光に対しても出力パルス光に対しても、同一の時間座標ｔを使用している。
【数１】
2017204113.tif 000003
式（１）において、第１項はパルス光１１に対応する振幅、第２項はパルス光２１に対応する振幅を示す。すなわち、第１ポート１から出力されるパルス光は、入力部１０４に入力させたパルス光と同等の強度のパルス光であることがわかる。簡単のために光路における損失はゼロとしている。光路の損失を考慮した場合には、第１ポート１から出力されるパルス光の振幅は、損失により減衰した分だけ小さくなる。
【００２４】
第２ポート２から出力されるパルス光の振幅ＡＴ（ｔ）は式（２）で表される。
【数２】
2017204113.tif 000004
式（２）において、第１項はパルス光１２に対応する振幅、第２項はパルス光２２に対応する振幅を示す。すなわち、第２ポート２からはパルス光は出力されないことがわかる。
【００２５】
＜第１方向パルス光を波長の１／２（すなわちπ）だけ位相変調する場合＞
第１方向パルス光の一部分の位相をλ／２（すなわちπ）相当分だけ遅らせるように位相変調素子１０３を制御する場合について説明する。第２方向パルス光に対しては位相変調を行わない。第１方向パルス光と第２方向パルス光とにそれぞれ異なる位相変調を行う（いずれか一方に対しては位相変調を行わない場合も含む）ためには、第１方向パルス光および第２方向パルス光の両方のパルス光が位相変調素子１０３を同時に通過しないことが条件となる。このため、位相変調素子１０３は、第３ポート３までの光学距離と第４ポート４までの光学距離とが異なる位置に配置され、これにより、第１方向パルス光および第２方向パルス光が位相変調素子１０３を通過するタイミングがずれるようにしている。両者の光学的距離の差は、入力部１０４から入力するパルス光のパルス長（pulse duration）と、第１方向パルス光を位相変調する時間的長さに基づいて設定する。
【００２６】
図６は、第１方向パルス光のみに対して、そのパルスの一部分の位相変調を行う場合を示す概念図である。（ａ）は、位相変調素子１０３における第１方向パルス光および第２方向パルス光の時間強度変化を示す。（ｂ）は、第１方向パルス光の中央部を所定時間だけλ／２（すなわち、π）だけ位相変調することを示している。すなわち、第１方向パルス光の中央部のみ位相をλ／２だけ遅れる側に変化させる。（ａ）に示すように、位相変調素子１０３には、第１方向パルス光と第２方向パルス光とが順次通過する。しかし、（ｂ）に示すように、位相変調素子１０３は、第１方向パルス光のみに対して、そのパルスの一部分を位相変調し、第２方向パルス光については位相変調を行わない。従って、第２方向パルス光の位相は変化することなく位相変調素子１０３を通過する。
【００２７】
図７は、図６に示すように第１方向パルス光の中央部を位相変調した場合の、第１ポート１における、パルス光１１およびパルス光２１のそれぞれの振幅と、パルス光１１とパルス光２１との合波光の強度を説明する概念図である。図７において、（ａ）はパルス光１１の振幅、（ｂ）はパルス光２１の振幅、（ｃ）はパルス光１１とパルス光２１との合波光の時間強度変化を示す。（ａ）および（ｂ）は、３つの時間領域におけるパルス光１１およびパルス光２１のそれぞれの振幅を示している。
【００２８】
３つの時間領域のうち、中央に示す時間領域は、第１方向パルス光に対して位相変調を行う時間領域に相当し、左右の２つの時間領域は、第１方向パルス光に対して位相変調を行わない時間領域に相当する。（ａ）および（ｂ）に示す通り、第１方向パルス光に対して位相をλ／２だけ遅れるように位相変調した時間領域では、パルス光１１の位相がλ／２相当分だけ変化する。一方、第２方向パルス光については、位相変調を行わないので、パルス光２１の振幅は、図４の（ｂ）に示した状態と同様である。その結果、位相変調した時間領域では、パルス光１１の振幅とパルス光２１の振幅とは位相が互いに反転した状態となるので、パルス光１１とパルス光２１とは互いに相殺する。すなわち、位相変調した時間領域には第１ポート１から光は出力されない。
【００２９】
一方、第１方向パルス光に対して位相変調を行わない時間領域では、パルス光１１の振幅とパルス光２１の振幅とは位相が揃った状態となる。従って、パルス光１１とパルス光２１とは互いに強め合うので、位相変調を行わない時間領域には第１ポート１から光が出力される。その結果、第１ポート１において、パルス光１１とパルス光２１との合波光の時間強度変化は（ｃ）に示すように、２個のピークを有する一対のパルスの組のような形状の副パルス光が生成される。
【００３０】
第１方向パルス光に対して位相変調が開始される際には、位相変調量がλ／２相当分に到達するまでに立ち上がり時間（例えば１０ｐｓ）を要する。この立ち上がり時間においては、第１方向パルス光の位相が徐々に変化するので、パルス光１１の位相もこれに伴って変化する。すなわち、立ち上がり時間においては、パルス光１１とパルス光２１とは、強め合う状態から徐々に打ち消し合う状態に変化する。
【００３１】
第１方向パルス光に対して位相変調が終了する際には上記と逆の現象となる。すなわち、位相変調量がλ／２相当分からゼロに到達するまでに立ち下がり時間（例えば１０ｐｓ）を要する。この立ち下り時間においては、パルス光１１とパルス光２１とは、打ち消し合う状態から徐々に強め合う状態に変化する。上記の結果、パルス光１１とパルス光２１との合波光強度は（ｃ）に示すように、第１のピーク強度から徐々に低下してゼロとなり、その後再び徐々に上昇して第２のピーク強度に達するように変化する。なお、図７において、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）に比べて時間軸を拡大して表示しており、（ｃ）の破線で示した３つの時間領域におけるパルス光１１およびパルス光２１の振幅をそれぞれ示している。
【００３２】
図８は、図６に示すように第１方向パルス光の中央部を位相変調した場合の、第２ポート２における、パルス光１２およびパルス光２２のそれぞれの振幅と、パルス光１２とパルス光２２との合波光の強度を説明する概念図である。図８において、（ａ）はパルス光１２の振幅、（ｂ）はパルス光２２の振幅、（ｃ）はパルス光１２とパルス光２２との合波光の時間強度変化を示す。図７と同様に、（ａ）および（ｂ）は、３つの時間領域におけるパルス光１２およびパルス光２２のそれぞれの振幅を示している。
【００３３】
３つの時間領域のうち、中央に示す時間領域は、第１方向パルス光に対して位相変調を行う時間領域に相当し、左右の２つの時間領域は、第１方向パルス光に対して位相変調を行わない時間領域に相当する。（ａ）および（ｂ）に示す通り、第１方向パルス光に対して位相をλ／２だけ遅れるように位相変調した時間領域では、パルス光１２の位相がλ／２相当分だけ変化する。一方、第２方向パルス光については、位相変調を行わないので、パルス光２２の振幅は、図５の（ｂ）に示した状態と同様である。その結果、位相変調した時間領域では、パルス光１２の振幅とパルス光２２の振幅とは位相が揃うので、パルス光１２とパルス光２２とは互いに強め合う。すなわち、この位相変調した時間領域には第２ポート２から光が出力される。
【００３４】
第１方向パルス光に対して位相変調を行わない時間領域では、パルス光１２の振幅とパルス光２２の振幅とは位相が互いに反転するので、パルス光１２とパルス光２２とは互いに相殺する。すなわち、位相変調を行わない時間領域には第２ポート２からは光が出力されない。その結果、第２ポート２において、パルス光１２とパルス光２２との合波光の時間強度変化は（ｃ）に示すように、短いパルス長の主パルス光が生成される。
【００３５】
第１方向パルス光に対して位相変調が開始される際および終了する際の立ち上がり時間および立ち下がり時間においては、図７について説明した場合と同様の現象が発生する。すなわち、立ち上がり時においては、パルス光１２とパルス光２２とは、打ち消し合う状態から徐々に強め合う状態に変化する。また、立ち下がり時においては、パルス光１２とパルス光２２とは、強め合う状態から徐々に打ち消し合う状態に変化する。なお、図８において、（ａ）および（ｂ）は、（ｃ）に比べて時間軸を拡大して表示しており、（ｃ）の破線で示した３つの時間領域におけるパルス光１１およびパルス光２１の振幅をそれぞれ示している。
【００３６】
図７および図８から明らかなように、第１パルス光の形状は、第２パルス光の中央部の形状とは相補的な関係になっている。すなわち、第２パルス光は、第１パルス光の強度が増加する際には強度が減少し、第１パルス光の強度が減少する際には強度が増加する。後述するように、このような特性の二つのパルス光（すなわち、主パルス光および副パルス光）を合波させて増幅することで、波長スペクトルの拡がりを抑えつた大きな強度のパルス光を得ることができる。
【００３７】
第２ポート２から出力されるパルス光について、式により説明する。入力部１０４から入力させるパルス光の振幅をＡ（ｔ）、第１方向パルス光に対する位相変調をφ（ｔ）とすると、第２ポート２から出力されるパルス光１２とパルス光２２とが合波された主パルス光の振幅ＡＴ（ｔ）は次の式（３）で表すことができる。
【数３】
2017204113.tif 000005
式（３）において、第１項はパルス光１２に対応する振幅、第２項はパルス光２２に対応する振幅を表す。第２方向パルス光は位相変調しないので、位相変調の因子が存在しない。なお、簡単のために、入力パルス光に対しても出力パルス光に対しても、同一の時間座標ｔを使用している。
【００３８】
式（３）は次に示す式（４）のように変形できる。
【数４】
2017204113.tif 000006
式（４）より、第２ポート２から出力される主パルス光の振幅は、入力部１０４に入力させたパルス光の振幅Ａ（ｔ）に対して、位相変調φ（ｔ）／２と振幅変調ｓｉｎ（φ（ｔ）／２）とを掛けた形である。主パルス光の強度ＩＴ（ｔ）は次に示す式（５）で表される。
【数５】
2017204113.tif 000007
ここで、Ｉ（ｔ）は入力部１０４に入力させたパルス光の強度である。
【００３９】
一方、第１ポート１から出力される副パルス光の時間強度ＩＲ（ｔ）は次の式（６）により表される。
【数６】
2017204113.tif 000008
従って、図６に示すように、第１方向パルス光のみ波長の１／２だけ位相変調を行った場合、主パルス光および副パルス光の時間強度変化は、それぞれ図８の（ｃ）および図７の（ｃ）に示すような状態となることがわかる。なお、主パルス光と副パルス光とは同一の位相変調波形φ（ｔ）に基づいて同一の位相変調素子により同時に生成されるので、両者間には原理的にジッタが発生しない。もし、主パルス光と副パルス光とが別々の位相変調波形に基づいて生成された場合、あるいは、同一の位相変調波形φ（ｔ）に基づいて別々の位相変調素子により生成される場合には、両者間にジッタが発生することは避けられない。
【００４０】
上記説明では、第１方向パルス光に対してのみ位相変調を行い、第２方向パルス光に対しては位相変調を行わない場合について説明した。しかし、これとは異なる位相変調を行っても同様の結果を得ることができる。同様の効果を得るための位相変調の条件は次の通りである。第１ポート１に向けて伝播し合波される２つのパルス光について、一方のパルス光の位相変調部分と、その位相変調部分に対応する他方のパルス光の部分とは、互いに相殺するような位相の関係である必要がある。同時に、第２ポート２に伝播した２つのパルス光について、一方のパルス光の位相変調部分と、その位相変調部分に対応する他方のパルス光の部分とは、互いに強め合うような位相の関係である必要がある。
【００４１】
そのためには、第１方向パルス光に対する位相変調量と第２方向パルス光に対する位相変調量の差をλ（１／２＋ｍ）とすればよい。ここで、ｍはゼロまたは自然数である。なお、位相変調しない場合の位相変調量はゼロである。この条件を満たせば、第１方向パルス光および第２方向パルス光のいずれか一方のみを部分的に位相変調してもよいし、あるいは、第１方向パルス光と第２方向パルス光とを共に部分に対して位相変調してもよい。
【００４２】
＜第２方向パルス光を位相変調する場合＞
第１方向パルス光に対しては位相変調せずに、第２方向パルス光の一部分の位相をλ／２（すなわち、π）相当分だけ遅らせるように位相変調素子１０３を制御する場合について説明する。
【００４３】
まず、第１ポート１の出力について説明する。既に説明した通り、接続光路１０２に出力された時点で、第２方向パルス光は第１方向パルス光に対して−λ／４の位相差がある。第２方向パルス光は、その一部分が位相変調素子１０３により、さらに−λ／２相当分の位相変調を受けた後、光カプラ１０１内でパルス光２１とパルス光２２とに分岐する。このうち、パルス光２１は第１ポート１に伝播する。一方、第１方向パルス光は位相変調されずに接続光路１０２を伝播した後、光カプラ１０１内でパルス光１１とパルス光１２とに分岐する。このうち、パルス光１１は、光カプラ１０１内において、パルス光２１に対して−λ／４相当分の位相が遅れる。従って、パルス光１１とパルス光２１とが合波される際の、パルス光１１に対するパルス光２１の位相差は、
（−λ／４）−（−λ／４−λ／２）＝λ／２
となる。すなわち、半波長分の位相差が発生する。その結果、パルス光１１とパルス光２１とが合波すると相殺するので、合波光の強度はゼロとなる。これは、図７の（ｃ）と同様の合波光強度となることを意味する。
【００４４】
次に、第２ポート２の出力について説明する。上記の通り、接続光路１０２に出力された時点で、第２方向パルス光は第１方向パルス光に対して−λ／４の位相差がある。第２方向パルス光は部分的に、接続光路１０２においてさらに−λ／２相当分の位相変調を受けた後、光カプラ１０１内でパルス光２１とパルス光２２とに分岐する。このうち、パルス光２２は第２ポート２に伝播する。一方、第１方向パルス光は位相変調されずに接続光路１０２を伝播した後、光カプラ１０１内でパルス光１１とパルス光１２とに分岐する。光カプラ１０１内において、パルス光２２は、パルス光１２に対して−λ／４相当分の位相遅れが発生する。従って、パルス光１２とパルス光２２とが合波される際の、パルス光１２に対するパルス光２２の位相差は、
０−（−λ／４−λ／２−λ／４）＝λ
となる。すなわち、１波長分の位相差が発生する。その結果、パルス光１２とパルス光２２とが合波すると互いに強め合うので、位相変調素子１０３による変調時間に相当するパルス長の短いパルス光が生成される。これは、図８の（ｃ）と同様の合波光強度となることを意味する。
【００４５】
＜第１方向パルス光および第２方向パルス光を共に位相変調する場合＞
第１方向パルス光の一部分の位相を−λ／４相当分だけ位相変調し、第２方向パルス光の一部分の位相を＋λ／４相当分だけ位相変調する場合について説明する。
【００４６】
まず、第１ポート１の出力について説明する。接続光路１０２に出力された時点で、第２方向パルス光は第１方向パルス光に対して−λ／４の位相差がある。この第２方向パルス光は、接続光路１０２において、その一部分が位相変調素子１０３により＋λ／４相当分の位相変調を受けた後、第３ポート３から光カプラ１０１に入力させてパルス光２１とパルス光２２とに分岐する。このうち、パルス光２１は第１ポート１に伝播する。一方、第１方向パルス光は、位相変調素子１０３により一部分が−λ／４相当分の位相変調を受けた後、第４ポート４から光カプラ１０１に入力させてパルス光１１とパルス光１２とに分岐する。このうち、パルス光１１は、光カプラ１０１内において、パルス光２１に対して−λ／４相当分だけ位相が遅れる。従って、パルス光１１とパルス光２１とが合波される際の、パルス光１１に対するパルス光２１の位相差は
（−λ／４−λ／４）−（−λ／４＋λ／４）＝−λ／２
となる。すなわち、半波長分の位相差が発生する。従って、パルス光１１とパルス光２１とは相殺し、これらの合波光の強度はゼロとなる。これは、図７の（ｃ）と同様の合波光強度となることを意味する。
【００４７】
次に、第２ポート２の出力について説明する。第１方向パルス光は、位相変調素子１０３によりその一部分が−λ／４相当分の位相変調を受けた後、第４ポート４から光カプラ１０１に入力させてパルス光１１とパルス光１２とに分岐する。このうち、パルス光１２は第２ポート２に伝播する。一方、上記の通り、接続光路１０２に出力された時点で、第２方向パルス光は第１方向パルス光に対して−λ／４の位相差がある。この第２方向パルス光は、その一部分が位相変調素子１０３により＋λ／４相当分の位相変調を受けた後、第３ポート３から光カプラ１０１に入力させてパルス光２１とパルス光２２とに分岐する。このうち、パルス光２２は、光カプラ１０１内において、パルス光１２に対して−λ／４相当分の位相だけ位相が遅れる。従って、パルス光１２とパルス光２２とが合波される際の、パルス光１２に対するパルス光２２の位相差は
（−λ／４）−（−λ／４＋λ／４−λ／４）＝０
となる、すなわち、位相差はゼロとなる。その結果、パルス光１２とパルス光２２とが合波すると互いに強め合うので、位相変調素子１０３による変調時間に相当するパルス長の短いパルス光が生成される。これは、図８の（ｃ）と同様の合波光強度となることを意味する。
【００４８】
＜別の変調方法１＞
上記は、図６に示したように、第１方向パルス光の一部について位相変調するように位相変調器１０３を制御する場合について説明した。しかし、入力パルス光に比べて短いパルス長の主パルス光とその相補的な時間強度変化をする副パルス光とを生成するための位相変調素子１０３の制御はこれに限らない。例えば、図６に示す位相変調に代えて、図９に示すように位相変調素子１０３の制御を行ってもよい。図９に示す位相変調素子１０３の制御は、接続光路１０２を伝播する第１方向パルス光または第２方向パルス光に対して、位相変調素子１０３によりパルスの途中で位相変調量をゼロから２π（すなわち、λ相当分）までに短時間で変化させる。
【００４９】
このように位相変調量を短時間で変化させることにより、第１方向パルス光または第２方向パルス光の位相は、ゼロからπを経て２πまで変化することになる。位相変調量２πと位相変調ゼロとは等価なので、上記のような位相変調量の変化は、位相変調量をゼロからπに変化させた後、再びゼロに戻すことと等価である。従って、図９に示すように位相変調素子１０３の制御を行った場合にも、図７および図８を参照した説明と同様に、第２ポート２および第１ポート１には、それぞれ主パルス光および副パルス光が生成する。
【００５０】
（変形例）
上記は、第１ポート１から光カプラ１０１にパルス光を入力して、第２ポート２に主パルス光を生成し、第１ポート１に副パルス光を生成する構成についての説明である。ここでは、第１ポート１から光カプラ１０１にパルス光を入力して、第１ポート１に主パルス光を生成し、第２ポート２に副パルス光を生成する構成について記載する。
【００５１】
図１０は、第１方向パルス光のみ、そのパルスの一部（中央部を除いた前後の部分）の位相変調を行う場合を示す概念図である。（ａ）は、位相変調素子１０３における第１方向パルス光および第２方向パルス光の時間強度変化を示す。
【００５２】
図１０の（ｂ）は、第１方向パルス光に対して、図６の（ｂ）に示した位相変調を反転させたような位相変調を行う。すなわち、図６の（ｂ）に示した位相変調は、第１方向パルス光に対して、中央部のみλ／２（すなわち、π）だけ位相変調し、それ以外の部分に対しては位相変調を行わない。これに対して、図１０の（ｂ）に示す位相変調は、これとは逆に、第１方向パルス光に対して、中央部以外の前後の部分はλ／２（すなわち、π）だけ位相変調し、中央部に対しては位相変調を行わない。なお、第２方向パルス光に対しては位相変調を行わない。
【００５３】
具体的には次のように位相変調を行う。位相変調素子１０３に第１方向パルス光が入力する前に、位相変調素子１０３を第１方向パルス光の位相をλ／２だけ位相変調する状態とする。この状態で、位相変調素子１０３は、第１方向パルス光の位相変調を行い、第１方向パルス光の前側を位相変調する。第１方向パルス光の中央部が位相変調素子１０３に到達すると、位相変調を停止する。すなわち、位相変調素子１０３は、この部分に対しては位相変調を行わない。第１方向パルス光の中央部が位相変調素子１０３を通過すると、位相変調素子１０３は再びλ／２だけ位相変調を行い、この状態を、第１方向パルス光の通過が終了するまで維持して、第１方向パルス光の終側の位相変調を行う。第１方向パルス光が位相変調素子１０３を通過後、位相変調素子１０３は位相変調を停止する。
【００５４】
まず、第１ポート１の出力について説明する。上記の通り、第１方向パルス光の中央部は位相変調されず、第２方向パルス光も位相変調されない。従って、これらのパルス光がそれぞれ光カプラ１０１に入力すると、第１ポート１においては、パルス光１１とパルス光２１とが強め合う。この点については図４を参照して説明した通りである。一方、第１方向パルス光の中央部以外の部分については、上記の通り、λ／２（π）だけ位相変調される。従って、第１方向パルス光と第２方向パルス光とがそれぞれ光カプラ１０１に入力すると、第１ポート１においては、パルス光１１とパルス光２１とは相殺する。この点については図５を参照して説明した通りである。その結果、第１ポート１においては、第１方向パルス光の中央部に相当するパルス長を持った主パルス光が生成される（図８の（ｃ）と同様の時間強度変化の主パルス光が生成される）。すなわち、第１の実施の形態においては第２ポート２に生成された主パルス光が、本変形例においては第１ポート１に生成される。
【００５５】
次に、第２ポート２の出力について説明する。上記の通り、第１方向パルス光の中央部は位相変調されず、第２方向パルス光も位相変調されない。従って、これらのパルス光がそれぞれ光カプラ１０１に入力すると、第２ポート２においては、パルス光１２とパルス光２２とが相殺する。一方、第１方向パルス光の中央部以外の部分については、上記の通り、λ／２（π）だけ位相変調される。従って、第１方向パルス光と第２方向パルス光とがそれぞれ光カプラ１０１に入力すると、第２ポート２においては、パルス光１２とパルス光２２とは強め合う。その結果、第２ポート２においては、２個のピークを有する一対のパルスの組のような形状の副パルス光が生成される（図７の（ｃ）と同様の時間強度変化の副パルス光が生成される）。すなわち、第１の実施の形態においては第１ポート１に生成された副パルス光が、本変形例においては第２ポート２に生成される。
【００５６】
＜別の変調方法２＞
第１方向パルス光に対する位相変調は次のように行ってもよい。例えば、図１１に別の位相変調について示す。図１１に示す位相変調素子１０３の制御は、接続光路１０２を伝播する第１方向パルス光に対して、位相変調素子１０３によりパルスの途中で位相変調量を２π（すなわち、λ相当分）からゼロまで短時間で変化させる。すなわち、図９を参照して説明した第１方向パルス光に対する位相変調を反転させたような位相変調を行う。
【００５７】
このように位相変調量を短時間で変化させることにより、第１方向パルス光の位相は、２πからπを経てゼロまで変化することになる。位相変調量２πと位相変調ゼロとは等価なので、上記のような位相変調量の変化は、位相変調量をゼロからπに変化させた後、再びゼロに戻すことと等価である。従って、図１１に示すように位相変調素子１０３の制御を行った場合にも、上記変形例と同様に、第１ポート１および第２ポート２には、それぞれ主パルス光および副パルス光が生成する。
【００５８】
なお、上記説明においては、第１方向パルス光についてのみ位相変調した場合を例に挙げたが、既に記載した通り、第１方向パルス光のみを位相変調する代わりに、第２方向パルス光のみを位相変調しても同様の結果が得られる。
【００５９】
上記説明の通り、本実施の形態によるパルス光発生装置によれば、簡易な構成により、時間強度波形が互いに異なる主パルス光と副パルス光が生成できる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係るパルス光生成装置２００の概念図である。パルス光生成装置２００は、第１の実施の形態のパルス光生成装置１００の構成に加えて、パルス光を入力部１０４に向けて出力するレーザ光源２０１および制御部２０２をさらに備える。図１２において、パルス光生成装置１００と同様の構成については同じ符号を用いている。レーザ光源２０１としてはＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）を好適に用いることができる。
【００６１】
制御部２０２は、レーザ光源２０１に供給する電流あるいは電圧を制御して、レーザ光源２０１から出力させるパルス光の発光時間、発光間隔、ピーク強度等を調節する。また、制御部２０２は、位相変調素子１０３に供給する電流あるいは電力を制御して、位相変調素子１０３の位相変調タイミングや位相変調量を調節する。その際、制御部２０２は、接続光路１０２を伝播する第１方向パルス光および第２方向パルス光の少なくともいずれか一方のパルス光の一部分が位相変調されるように、レーザ光源２０１からのパルス光の出力と位相変調素子１０３による位相変調を同期させる。
【００６２】
＜主パルス光と副パルス光の生成＞
パルス光生成装置２００において、レーザ光源２０１からパルス長１ｎｓのパルス光を出力させ、入力部１０４に出力させる。入力部１０４から入力させるパルス光は、第１ポート１を経て光カプラ１０１に入力された後、第１方向パルス光と第２方向パルス光とに分岐して接続光路１０２を伝播する。位相変調素子１０３は第１方向パルス光のみその一部分を位相変調するように制御する。
【００６３】
図９は、位相変調素子１０３が第１方向パルス光に対して行う位相変調の一例を示す概念図である。（a）は、第１方向パルス光の時間強度変化を示す。第１方向パルス光のパルス長は１ｎｓである。（ｂ）は、第１方向パルス光に対する位相変調量とそのタイミングを示す。制御部２０２は、レーザ光源２０１と位相変調素子１０３とを制御して、第１方向パルス光の中央部の位相を２０ｐｓの間にゼロから２πまで変調し、第１方向パルス光が位相変調素子１０３を通過した後、変調量ゼロの状態に戻す。
【００６４】
図１３は、第１ポート１および第２ポート２にそれぞれ生成された副パルス光および主パルス光の時間強度変化の測定結果を示すグラフである。図１３から、第２ポート２には主パルス光が生成され、第１ポート１には副パルス光が生成されることがわかる。主パルス光のパルス長は約２５ｐｓである。レーザ光源２０１から出力されるパルス光のパルス長は１ｎｓなので、パルス光生成装置２００により、パルス長が極めて短く品質のよい主パルス光が生成されることがわかる。また、副パルス光についても、主パルス光と相補的な時間強度波形を有し品質の良いパルス光が得られていることがわかる。すなわち、副パルス光は、主パルス光の強度が増加する際には強度が減少し、主パルス光の強度が減少する際には強度が増加することがわかる。
【００６５】
なお、図１３において、副パルス光は、強度が大きい状態から強度が低下し、再び強度が上昇する時間強度波形として示されている。これは、図１３における表示時間が５００ｐｓ（＝０．５ｎｓ）であり、これは第１方向パルス光のパルス長である１ｎｓに比べて短いために、副パルス光の両端が図１３には示されていないためである。副パルス光が２個のピークを有する一対のパルスの組であることは言うまでもない。すなわち、副パルス光は、２個のピークを有する一組のパルスであり、各パルスのパルス長は５００ｐｓ程度である。
【００６６】
上記説明の通り、本実施の形態によるパルス光発生装置によれば、簡易な構成により、時間強度波形が互いに異なる主パルス光と副パルス光が生成できる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係るパルス光生成装置３００の概念図である。パルス光生成装置１００に備えられた位相変調素子は１個であるのに対して、パルス光生成装置３００は、第１位相変調素子１０３−１および第２位相変調素子１０３−２の２個の位相変調素子を備えている。それ以外の構成はパルス光生成装置１００と同様である。図１４において、パルス光生成装置１００と同様の構成については同じ符号を用いる。
【００６８】
第１位相変調素子１０３−１は、第１方向パルス光のみ、その一部分を位相変調する。第２位相変調素子１０３−２は、第２方向パルス光のみ、第１位相変調素子１０３−１が位相変調する第１方向パルス光の一部分に相当する第２方向パルス光の一部分を位相変調する。それぞれの位相変調素子による位相変調量は、方向が逆（符号が逆）で絶対量が同じであることが好ましい。例えば、第１位相変調素子１０３−１による位相変調量が＋λ／４（＋π／２）の場合、第２位相変調素子１０３−２による位相変調量は−λ／４（−π／２）であることが好ましい。
【００６９】
なお、第１位相変調素子１０３−１および第２位相変調素子１０３−２のそれぞれが、第１方向パルス光および第２方向パルス光の両方を位相変調させてもよい。例えば、第１位相変調素子１０３−１は、第１方向パルス光の一部分の位相を＋λ／８（＋π／４）変調し、第２方向パルス光の一部分の位相を−λ／８（−π／４）変調する。第２位相変調素子１０３−２は、第１方向パルス光の一部分の位相を＋λ／８（＋π／４）変調し、第２方向パルス光の一部分の位相を−λ／８（−π／４）変調する。これにより、第１方向パルス光に対しては２個の位相変調素子による位相変調量の合計が＋λ／４（＋π／２）となり、第２方向パルス光に対しては２個の位相変調素子による位相変調量の合計が−λ／４（−π／２）となる。このように位相変調を行うことで、各位相変調素子の１回あたりの位相変調量を小さくできる。
【００７０】
なお、２個の位相変調素子による位相変調が、互いに方向が逆で絶対量が同じであることは好ましいが、必須ではない。第１の実施の形態において説明したように、第１方向パルス光に対する位相変調量と第２方向パルス光に対する位相変調量の差がπ（λ／２）となるように設定すれば、主パルス光と副パルス光とを生成できる。
【００７１】
パルス光生成装置３００において、第１位相変調素子１０３−１が第１方向パルス光をφ１（ｔ）だけ位相変調し、第２位相変調素子１０３−２が第２方向パルス光をφ２（ｔ）だけ位相変調する場合について、式を用いて説明する。すなわち、第１位相変調素子１０３−１は第２方向パルス光の位相変調は行わず、第２位相変調素子１０３−２は第１方向パルス光の位相変調は行わない。第１位相変調素子１０３−１および第２位相変調素子１０３−２が、それぞれ第１方向パルス光および第２方向パルス光に対して行う位相変調について、図１５にその概念図を示す。
【００７２】
図１５において、（ａ）は第１位相変調素子１０３−１の位相変調を示し、（ｂ）は第２位相変調素子１０３−２の位相変調を示す。（ａ）からわかるように、第１位相変調素子１０３−１は第１方向パルス光に対してのみ、そのパルスの一部分に対して位相変調を行い、第２方向パルス光に対しては位相変調を行わない。一方、第２位相変調素子１０３−２は第２方向パルス光に対してのみ、そのパルスの一部分に対して位相変調を行い、第１方向パルス光に対しては位相変調を行わない。
【００７３】
入力部１０４から入力させるパルス光の振幅をＡ（ｔ）、第１方向パルス光に対する位相変調をφ１（ｔ）、第２方向パルス光に対する位相変調をφ２（ｔ）とすると、第２ポート２から出力される主パルス光の振幅ＡＴ（ｔ）は、次の式（７）で表すことができる。
【数７】
2017204113.tif 000009
式（７）において、第１項はパルス光１２に対応する振幅、第２項はパルス光２２に対応する振幅を表す。式（７）を変形すると次に示す式（８）が得られる。
【数８】
2017204113.tif 000010
式（８）から、主パルス光の振幅ＡＴ（ｔ）は、入力部１０４に入力させたパルス光の振幅であるＡ（ｔ）に対して、位相変調（φ１（ｔ）＋φ２（ｔ））／２と振幅変調ｓｉｎ（（φ１（ｔ）−φ２（ｔ））／２）とを掛けた形である。従って、φ１＝−φ２のように位相変調を設定すれば、（φ１（ｔ）＋φ２（ｔ））／２がゼロとなるので、入力させたパルス光の振幅であるＡ（ｔ）に振幅変調のみを掛けた形となる。
【００７４】
主パルス光の強度ＩＴ（ｔ）は次に示す式（９）で表される。
【数９】
2017204113.tif 000011
なお、Ｉ（ｔ）は入力部１０４に入力させたパルス光の強度である。副パルス光の強度は、式（６）と同様に、ＩＲ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）−ＩＴ（ｔ）で表される。
【００７５】
図１５に示したように、第１位相変調素子１０３−１が第１方向パルス光を＋λ／４（＋π／２）だけ位相変調し、第２位相変調素子１０３−２が第２方向パルス光を−λ／４（−π／２）だけ位相変調した場合は、ｓｉｎ（（φ１（ｔ）＋φ２（ｔ））／２）＝１となるので、ＩＴ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）となる。
【００７６】
上記説明の通り、本実施の形態によるパルス光発生装置によれば、簡易な構成により、時間強度波形が互いに異なる主パルス光と副パルス光が生成できる。
【００７７】
（第４の実施の形態）
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るパルス光生成装置４００の概念図である。パルス光生成装置４００は、第２の実施の形態のパルス光生成装置２００の構成に加えて、合波素子４０１、偏光ビームスプリッタ４０２、第１光ファイバ４１１、第２光ファイバ４１２、第３光ファイバ４１３、および第４光ファイバ４１４をさらに備える。図１６において、パルス光生成装置２００と同様の構成については同じ符号を用いている。
【００７８】
合波素子４０１は、生成された主パルス光と副パルス光とを合波させる。偏光ビームスプリッタ４０２は、合波素子４０１により合波された主パルス光と副パルス光とを、主パルス光と副パルス光とに分離する。
【００７９】
パルス光生成装置２００について既に説明したように、レーザ光源２０１から入力部１０４にパルス光を入力させると、第２ポート２および第１ポート１にはそれぞれ主パルス光および副パルス光が生成される。パルス光生成装置４００において、偏光ビームスプリッタ４０２に入力させる主パルス光と副パルス光とは、偏光方向が互いに直交する。副パルス光は第４光ファイバ４１４を伝播して増幅され、合波素子４０１に入力される。主パルス光は第３光ファイバ４１３を伝播した後、合波素子４０１に入力される。
【００８０】
第３光ファイバ４１３は、合波素子４０１において、主パルス光と副パルス光とを同期させるために光路長を調整する目的で設けられる。なお、主パルス光と副パルス光とを同期させるとは、主パルス光の強度が増加する際には副パルス光の強度は減少し、主パルス光の強度が減少する際には副パルス光の強度は増加する状態とすることを意味する。すなわち、主パルス光と副パルス光とは相補の関係となる。
【００８１】
合波素子４０１に入力された主パルス光と副パルス光とは、合波素子４０１で合波されて第１光ファイバ４１１を伝播する。すなわち、第１光ファイバ４１１には主パルス光と増幅された副パルス光とが伝播する。第１光ファイバ４１１を伝播する過程で、主パルス光には副パルス光からの相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-Phase Modulation）により位相変調φＸＰＭが発生する。第１光ファイバ４１１を出力された主パルス光と副パルス光との合波光は偏光ビームスプリッタ４０２に入力され、主パルス光と副パルス光とに分離される。主パルス光は第２光ファイバ４１２を伝播して所望のピーク強度に増幅される。主パルス光が第２光ファイバ４１２を伝播するする過程で、主パルス光には自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation）による位相変調φＳＰＭが発生する。
【００８２】
なお、第１光ファイバ４１１に主パルス光と副パルス光とが入力する時点で、副パルス光のピーク強度に対して主パルス光のピーク強度が１／１０００倍程度となるように、第４光ファイバ４１４は副パルス光を増幅する。主パルス光のピーク強度は副パルス光のピーク強度に比べて小さいため、第１光ファイバ４１１においてＳＰＭにより発生する主パルス光の位相変調は無視できる程度に小さい。
【００８３】
上記の通り、主パルス光と副パルス光とでは強度変化が逆の関係（相補的関係）であるため、位相変調φＸＰＭと位相変調φＳＰＭとでは符号が逆になる（ここでは、波長スペクトルの拡がりに寄与しない位相のオフセットは除いて考える）。また、第１光ファイバ４１１の長さは、位相変調φＸＰＭと位相変調φＳＰＭとの絶対値が実質的に等しくなるように設定される。これにより、位相変調φＸＰＭと位相変調φＳＰＭとは互いに打ち消し合い、増幅後の主パルス光は、位相変調による波長スペクトルの拡がりが極めて小さくなる。すなわち、波長スペクトルの拡がりを抑制して主パルス光を増幅することができる。
【００８４】
第１光ファイバ４１１および第３光ファイバ４１３としては、石英ガラスを主材料とする偏光保持のシングルモードファイバを用いることが好ましい。また、第２光ファイバ４１２および第４光ファイバ４１４としては、ＹＤＦＡ（Ytterbium Doped Fiber Amplifier）を用いることが好ましい。
【００８５】
パスル生成装置４００においては、第２光ファイバ４１２は複数段により構成してもよい。すなわち、１個の第２光ファイバ４１２に代えて、複数段の光ファイバにより主パルス光を増幅するように構成してもよい。
【００８６】
上記説明の通り、本実施の形態によるパルス光発生装置によれば、１個のレーザ光源により、時間強度波形が互いに異なる主パルス光と副パルス光が生成できる。
【００８７】
（第５の実施の形態）
図１７は、本発明の第５の実施の形態に係るパルス光生成装置５００の概念図である。パルス光生成装置５００は、主パルス光を出力する第１レーザ光源５０１と副パルス光を出力する第２レーザ光源５０２とをそれぞれ備える点でパルス光生成装置４００と異なる。それぞれのレーザ光源は出力するパルス光の波長が互いに異なる。すなわち、主パルス光と副パルス光とでは互いに波長が異なる。第１レーザ光源５０１および第２レーザ光源５０２としてはＤＦＢレーザを好適に用いることができる。そのため、パルス光生成装置５００はバンドパスフィルタ５０３を備え、これにより主パルス光と副パルス光とを分離する。また、パルス光生成装置５００では、偏光素子４０１は不要である。なお、図１７において、パルス光生成装置４００と同様の構成については同じ符号を用いている。
【００８８】
第１レーザ光源５０１は波長１０６４ｎｍのパルス光を出力し、第２レーザ光源５０２は、波長１０５８ｎｍのパルス光を出力する。これらのパルス光のピーク強度はいずれも約１０ｍＷである。これらのパルス光は合波された後、入力部１０４を経由して第１ポート１に入力される。その結果、光カプラ１０１の第２ポート２には主パルス光が形成され、第１ポート１には副パルス光が生成される。第２ポート２と第３光ファイバ４１３との間には、波長１０６４ｎｍの光のみを透過するバンドパスフィルタ５０４が配置され、第１ポート１と第４光ファイバ４１４との間には、波長１０５８ｎｍの光のみを透過するバンドパスフィルタ５０５が配置される。
【００８９】
第２ポート２には波長１０６４ｎｍおよび波長１０５８ｎｍの主パルス光が生成されるが、これらのうち、波長１０６４ｎｍの主パルス光のみがバンドパスフィルタ５０４を透過して、第３光ファイバ４１３を伝播し、合波素子４０１に入射する。一方、第１ポート１には波長１０６４ｎｍおよび波長１０５８ｎｍの副パルス光が生成されるが、これらのうち、波長１０５８ｎｍの副パルス光のみがバンドパスフィルタ５０５を透過し、第４光ファイバ４１４を伝播して増幅され、合波素子４０１に入射する。第３光ファイバ４１３は、合波素子４０１において、主パルス光と副パルス光とを同期させるために光路長を調整する目的で設けられる。主パルス光と副パルス光との同期については既に説明した通りである。
【００９０】
合波素子４０１に入力された主パルス光と副パルス光とは、合波素子４０１により合波されて第１光ファイバ４１１を伝播する。すなわち、第１光ファイバ４１１には主パルス光および増幅された副パルス光が伝播する。第１光ファイバ４１１を伝播する過程で、主パルス光には副パルス光からのＸＰＭにより位相変調φＸＰＭが発生する。第１光ファイバ４１１から出力された主パルス光と副パルス光との合波光はバンドパスフィルタ５０３に入力され、主パルス光と副パルス光とに分離される。主パルス光は第２光ファイバ４１２を伝播して所望のピーク強度に増幅される。主パルス光が第２光ファイバ４１２を伝播するする過程で、主パルス光にはＳＰＭによる位相変調φＳＰＭが発生する。
【００９１】
第１光ファイバ４１１に主パルス光と副パルス光とが入力される時点で、副パルス光のピーク強度に対して主パルス光のピーク強度が１／１０００倍程度となるように、第４光ファイバ４１４は副パルス光を増幅する。また、第１光ファイバ４１１の長さは、位相変調φＸＰＭと位相変調φＳＰＭとの絶対値が実質的に等しくなるように設定される。パルス光生成装置５００によれば、波長スペクトルの拡がりを抑制して主パルス光を増幅することができる。
【００９２】
パルス光生成装置４００と同様に、第１光ファイバ４１１および第３光ファイバ４１３としては石英ガラスを主材料とする偏光保持のシングルモードファイバが好ましく、第２光ファイバ４１２および第４光ファイバ４１４としては偏光保持のＹＤＦＡが好ましい。なお、第２レーザ光源５０２の出力が大きい場合、例えば、出力されるパルス光のピーク強度が数十Ｗであるような場合には、第４光ファイバ４１４は配置しない構成であってもよい。
【００９３】
上記説明の通り、本実施の形態によるパルス光発生装置によれば、時間強度波形が互いに異なる主パルス光と副パルス光が生成できる。本実施の形態によれば、互いに波長の異なる２個のレーザ光源から主パルス光および副パルス光を生成するためのパルス光を出力させる。従って、簡易な波長選択光学系により、主パルス光と副パルス光とを確実に分離できる。
【００９４】
（第６の実施の形態）
図１８は、本発明の第６の実施の形態に係るパルス光生成装置６００の概念図である。パルス光生成装置６００は、第２光ファイバ４１２から出力された増幅後の主パルス光の波長をより短い波長に変換する。パルス光生成装置６００は、パルス光生成装置５００に加えて、波長変換部６０１をさらに備えて構成される。第２光ファイバ４１２を伝播し増幅されて出力された主パルス光は、波長変換部６０１に入力される。波長変換部６０１は複数の非線形光学結晶を有しており、主パルス光の波長を紫外領域の波長に変換して出力する。すなわち、パルス光生成装置６００は紫外パルス光を出力する。
【００９５】
図１９は、波長変換部６０１の構成の一例を示す概略図である。図１９において、上下方向の矢印は偏光方向が紙面に平行な直線偏光（Ｐ偏光）を表し、二重の丸印は、紙面に垂直方向の偏光方向（Ｓ偏光）を表す。また、縦長の楕円はレンズを表し、ωは主パルス光の周波数を表す。第２光ファイバ４１２から出力された波長１０６４ｎｍの主パルス光は波長変換部６０１に入力される。波長変換部６０１に入力時の主パルス光はＰ偏光である。
【００９６】
波長変換部６０１に入力されたＰ偏光の主パルス光（以降、基本波とも呼ぶ）は、非線形光学結晶６１１に入力されて伝播し、基本波の２倍高調波（Ｓ偏光で周波数２ω）が発生する。非線形光学結晶６１１としてはＬＢＯ結晶を用いることができる。非線形光学結晶６１１で発生したＳ偏光の２倍高調波と非線形光学結晶６１１を透過したＰ偏光の基本波は、波長板６１３に入力される。波長板６１３は、２倍高調波の偏光方向を９０°変化させてＳ偏光からＰ偏光に変化させる。Ｐ偏光の２倍高調波およびＰ偏光の基本波は、非線形光学結晶６１２に入力されて伝播する。非線形光学結晶６１２では和周波発生により、Ｓ偏光の３倍高調波（周波数３ω）が発生する。非線形光学結晶６１２としてはＬＢＯ結晶を用いることができる。
【００９７】
非線形光学結晶６１２で発生したＳ偏光の３倍高調波と非線形光学結晶６１２を透過したＰ偏光の２倍高調波およびＰ偏光の基本波は、ダイクロイックミラー６１４に入力される。ダイクロイックミラー６１４は、Ｓ偏光の３倍高調波のみを反射させ、それ以外のＰ偏光の２倍高調波、およびＰ偏光の基本波は透過させる。これにより、Ｓ偏光の３倍高調波が分離される。３倍高調波の波長は紫外領域の３５５ｎｍである。
【００９８】
上記では、波長変換部６０１に入力される主パルス光はＰ偏光として説明したが、主パルス光はＳ偏光であってもよく、その場合でも図１９に示した構成により紫外領域の主パルス光を得ることができる。
【００９９】
なお、第６の実施の形態は、パルス光生成装置５００に加えて、波長変換部６０１をさらに備えた構成としたが、パルス光生成装置４００に加えて波長変換部６０１をさらに備えた構成としてもよい。
【０１００】
上記の各実施の形態は、入力部１０４から第１ポート１にパルス光を入力させ、第２ポート２に主パルス光を生成し、第１ポート１に副パルス光を生成する構成について説明した。しかし、第１の実施の形態の変形例に示したように、入力部１０４から第１ポート１にパルス光を入力して、第１ポート１に主パルス光を生成し、第２ポート２に副パルス光を生成する場合には、主パルス光に関する構成と副パルス光に関する構成とを入れ換えた構成のパルス変調器とすることは言うまでもない。例えば、図１６、図１７および図１８に示すパルス光生成装置４００、５００および６００について、第３光ファイバ４１３を第１ポート１側に配置し、第４光ファイバ４１４を第２ポート２側に配置する。
【０１０１】
本実施の形態のパルス光生成装置によれば、主パルス光を、波長スペクトルの拡がりを抑えつつ大きな強度に増幅し、さらに、紫外域の波長に波長変換することができる。このようなパルス光生成装置は、高密度の集積回路の露光装置や検査装置等の光源として好適に用いることができる。
【０１０２】
上記のパルス光生成装置を備えたシステムの第１の適用例として、半導体製造や液晶パネル製造のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図２０を参照して説明する。露光装置７００は、原理的には写真製版と同じであり、パターン形成部としての石英ガラス製のフォトマスク７１３に精密に描かれたパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウェハやガラス基板などの露光対象物７１５に光学的に投影して転写する。
【０１０３】
露光装置７００は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置６００）と、照明光学系７０２と、フォトマスク７１３を保持するマスク支持台７０３と、投影光学系７０４と、露光対象物７１５を保持する露光対象物支持テーブル７０５と、露光対象物支持テーブル７０５を水平面内で移動させる駆動機構７０６とを備えて構成される。照明光学系７０２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、マスク支持台７０３に保持されたフォトマスク７１３に照射する。投影光学系７０４は複数のレンズ群により構成され、フォトマスク７１３を透過した光を露光対象物支持テーブル７０５の上の露光対象物７１５に投影する。
【０１０４】
露光装置７００においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系７０２に入力され、所定光束に調整された紫外パルス光がマスク支持台７０３に保持されたフォトマスク７１３に照射される。フォトマスク７１３に描かれたパターン像は投影光学系７０４を介して露光対象物支持テーブル７０５に保持された露光対象物７１５の所定位置に結像する。これにより、フォトマスク７１３のパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル用ガラス基板等の露光対象物７１５の上に所定倍率で露光される。
【０１０５】
露光装置７００は、比較的簡明な構成で、高出力、高ビーム品質の紫外パルス光を出力可能なパルス光生成装置ＰＤを備えているので、フォトリソグラフィ工程におけるスループットの向上や加工品質向上に寄与するものと期待される。
【０１０６】
上記したパルス光生成装置を備えたシステムの第２の適用例として、パターン形成部としての可変成形マスクを用いた露光装置について、その概要構成を示す図２１を参照して説明する。露光装置７２０は、フォトマスクに変えて可変成形マスクを備える点を除いて、基本的には上述した第１の適用例の露光装置７００と同様である。露光装置７２０においては、可変成形マスクにより生成された任意パターンの像を、フォトレジストを塗布したガラス基板や半導体ウェハなどの露光対象物７４５に光学的に投影して転写する（例えば、本出願人に係る日本国特許第５２１１４８７号公報、日本国特開２０１２−５４５００号公報、日本国特開２０１１−４９２９６号公報等を参照）。
【０１０７】
露光装置７２０は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置６００）と、照明光学系７２２と、可変成形マスク７３３と、投影光学系７２４と、露光対象物７３５を保持する露光対象物支持テーブル７２５と、露光対象物支持テーブル７２５を水平面内で移動させる駆動機構７２６とを備えて構成される。照明光学系７２２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、ミラー７２３を介して可変成形マスク７３３に照射する。投影光学系７２４は複数のレンズ群により構成され、可変成形マスク７３３により生成された任意パターンの光を、露光対象物テーブル７２５に保持された露光対象物７３５に投影する。
【０１０８】
可変成形マスク７３３は、複数の可動ミラーを有して任意パターンの反射光を生成可能に構成される。可変成形マスク７３３としては、例えば、複数の可動ミラーを二次元状に配列したＤＭＤ（Digital Micromirror Device、あるいはDeformable Micromirror Device）が好適に用いられる。複数の可動ミラーのそれぞれは、独立に反射面の向きを変化させることが可能に設けられており、図示省略するＤＭＤ駆動装置により、各可動ミラーの向きをオン位置とオフ位置とに切り換え制御する。また、パターン形成部は、各可動ミラーの反射面の向きを変えずに、反射光に位相差のみを与えることによりオン位置とオフ位置とを切り替える構造のマイクロミラーデバイスを用いてもよい。
【０１０９】
ＤＭＤ駆動装置により可動ミラーがオン位置となるように制御された場合、照明光学系７２２から出射して可動ミラーで反射された光は、投影光学系７２４に入射して露光対象物７３５の露光面に結像する。一方、ＤＭＤ駆動装置により可動ミラーがオフ位置となるように制御された場合、照明光学系７２２から出射して可動ミラーで反射された光は投影光学系７２４に入射せず、反射光路上に設けられたダンパにより吸収される。そのため、所定位置の可動ミラーをオン位置となるように制御し、それ以外の可動ミラーをオフ位置となるように制御することにより、任意パターンの光を生成して露光することができる。
【０１１０】
露光装置７２０においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系７２２に入射し、所定光束に調整された紫外パルス光はミラー７２３を介して可変成形マスク７３３に照射される。可変成形マスク７３３により所定パターンが生成された紫外パルス光は投影光学系７２４に入射し、露光対象物支持テーブル７２５に保持された露光対象物７３５の所定位置に照射される。これにより、露光パターンに応じた露光光が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物７３５に所定倍率で結像される。
【０１１１】
上述したように、パルス光生成装置ＰＤは紫外パルス光を高速にオン／オフ制御することができる。そのため、可変成形マスクを用いた露光装置において特に重要となる紫外パルス光そのものを高精度に制御することができ、精度が高い露光を実現することができる。
【０１１２】
上述したパルス光生成装置ＰＤを備えたシステムの第３の適用例として、直接描画タイプの露光装置について、図２２を参照して説明する。この露光装置７４０のパターン形成部は、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を偏向手段により偏向して露光対象物７５５上を走査させ、予め設定された任意パターンの像を露光対象物に直接描画する。本適用例では、偏向手段としてポリゴンミラーを用いた構成を例示する。
【０１１３】
露光装置７４０は、上述したパルス光生成装置ＰＤ（例えば、パルス光生成装置６００）と、整形光学系７４２と、ポリゴンミラー７５３と、対物光学系７４４と、露光対象物７５５を保持する露光対象物支持テーブル７４５と、露光対象物支持テーブル７４５を水平面内で移動させる駆動機構７４６とを備えて構成される。整形光学系７４２はコリメートレンズを含む複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を整形し、ミラー７４３を介してポリゴンミラー７５３に入射させる。ポリゴンミラー７５３は回転多面鏡である。図２２では、平面視において正六角形のポリゴンミラーがミラー駆動機構により紙面に直交する軸廻りに回転駆動される構成を例示する。対物光学系７４４はｆθレンズや集光レンズ等の複数のレンズ群により構成され、ポリゴンミラー７５３により走査される紫外パルス光を、露光対象物テーブル７４５に保持された露光対象物７５５上に結像させる。露光対象物テーブル７４５は、露光対象物７５５をポリゴンミラー７５３からの紫外パルス光の走査方向と直交する方向（図において紙面直交方向）に移動させる。
【０１１４】
パルス光生成装置ＰＤ、ポリゴンミラー７５３および露光対象物テーブル７４５の動作は、図示省略する制御装置により制御される。制御装置には、露光対象物７５５に描画するパターンのデータが予め記憶されており、制御装置は、記憶されたパターンのデータに応じてパルス光生成装置ＰＤ、ポリゴンミラー７５３および露光対象物テーブル７４５の動作を制御する。これにより、露光対象物テーブル７４５に保持された露光対象物７５５に予め設定されたパターンの像が露光形成される。
【０１１５】
上述したように、パルス光生成装置ＰＤは紫外パルス光を高速にオン／オフ制御することができる。そのため、マスクを用いずに紫外パルス光で直接描画する本適用例の露光装置において特に重要となる紫外パルス光そのものを高精度に制御することができ、精度が高い露光を実現することができる。
【０１１６】
なお、本適用例では、偏向手段としてポリゴンミラー７５３を例示したが、偏向手段としては他の構成を用いることもできる。例えば、ポリゴンミラー７５３に代えて、ガルバノミラーを用いることができる。あるいは、２つのガルバノミラーを直交する二軸方向に組み合わせて、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を露光対象物７５５上で二軸方向に走査させるように構成することもできる。
【０１１７】
パルス光生成装置ＰＤを備えたシステムの第４の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図２３を参照して説明する。検査装置８００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物８１３に描かれた微細なパターンの検査に好適に使用される。
【０１１８】
検査装置８００は、前述したパルス光生成装置ＰＤと、照明光学系８０２と、被検物８１３を保持する被検物支持台８０３と、投影光学系８０４と、被検物８１３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ８１５と、被検物支持台８０３を水平面内で移動させる駆動機構８０６とを備えて構成される。照明光学系８０２は複数のレンズ群からなり、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光を、所定光束に調整して被検物支持台８０３に保持された被検物８１３に照射する。投影光学系８０４は複数のレンズ群により構成され、被検物８１３を透過した光をＴＤＩセンサ８１５に投影する。
【０１１９】
検査装置８００においては、パルス光生成装置ＰＤから出力された紫外パルス光が照明光学系８０２に入力され、所定光束に調整された紫外パルス光が被検物支持台８０３に保持されたフォトマスク等の被検物８１３に照射される。被検物８１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物８１３に描かれたパターンの像を有しており、この光が投影光学系８０４を介してＴＤＩセンサ８１５に投影され結像する。このとき、駆動機構８０６による被検物支持台８０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ８１５の転送クロックとは同期して制御される。
【０１２０】
これにより、被検物８１３のパターンの像はＴＤＩセンサ８１５により検出され、検出された画像と、予め設定された所定の参照画像とを比較することにより、被検物に描かれたパターンに欠陥がある場合には、これを抽出することができる。なお、被検物８１３がウェハ等のように光透過性を有さない場合には、被検物からの反射光を投影光学系８０４に入射してＴＤＩセンサ８１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【０１２１】
検査装置８００は、比較的簡明な構成で、高出力、高ビーム品質の紫外パルス光を出力するパルス光生成装置ＰＤを備えているので、検査工程における検査精度の向上や検査時間の短縮に寄与するものと期待される。
【０１２２】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施の形態の組み合わせも本発明に含まれる。
【０１２３】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１６年第１０５６１３号（２０１６年５月２６日出願）
【符号の説明】
【０１２４】
１０１  光カプラ
１０２  接続光路
１０３  位相変調素子
１０４  入力部
４０１  合波素子
４０２  偏光ビームスプリッタ
４１１  第１光ファイバ
４１２  第２光ファイバ
４１３  第３光ファイバ
４１４  第４光ファイバ
５０１  第１レーザ光源
５０２  第２レーザ光源
５０３、５０４、５０５  バンドパスフィルタ
６０１  波長変換部
６１１、６１２非線形光学結晶
【図１】
2017204113.tif 000012
【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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【国際調査報告】
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