(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな構成で、希ガスを安定して励起させて真空紫外レーザー光を発生させること。【解決手段】繊維状且つ筒状の中空ファイバー（４）であって、内部に希ガスを内包する前記中空ファイバー（４）と、前記中空ファイバー（４）内に、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させるレーザー光を照射するレーザー装置（１６）と、前記中空ファイバー（４）の両端部に対向して配置され、前記真空紫外光を反射して増幅する一対の鏡（７，８）を有する光共振器（４＋７＋８）と、を備えた真空紫外レーザー光源（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状且つ筒状の中空ファイバーであって、内部に希ガスを内包する前記中空ファイバーと、
前記中空ファイバー内に、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させるレーザー光を照射するレーザー装置と、
前記中空ファイバーの両端部に対向して配置され、前記真空紫外光を反射して増幅する一対の鏡を有する光共振器と、
を備えたことを特徴とする真空紫外レーザー光源。
【請求項２】
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の真空紫外レーザー光源。
【請求項３】
前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射する前記レーザー装置、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の真空紫外レーザー光源。
【請求項４】
コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空紫外レーザー光源。
【請求項５】
希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザー光を照射することにより、希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させることを特徴とする真空紫外レーザー発生方法。
【請求項６】
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用し、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることを特徴とする請求項５に記載の真空紫外レーザー発生方法。
【請求項７】
前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光を照射することを特徴とする請求項５または６に記載の真空紫外レーザー発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空紫外レーザーを発生させる真空紫外レーザー光源および真空紫外レーザー発生方法に関し、特に、真空紫外光を発生させるエキシマガスとして希ガスを使用する真空紫外レーザー光源および真空紫外レーザー発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザー装置は、レーザー媒質を励起して反転分布状態（高エネルギー状態）にし、放出された光を光共振器で増幅して、レーザー光を得ていた。前記レーザーとしては、レーザー媒質の種類により、Ｔｉ：サファイアレーザーやＮｄ：ＹＡＧレーザー等の固体レーザーや、炭酸ガスレーザー等の気体レーザー等がある。
前記気体レーザーにおいて、レーザー媒質である気体を励起するためには、電気エネルギーを投入する放電励起ならびに電子ビーム励起等の方法が知られている。前記放電励起に関する技術としては、例えば、特許文献１（特開平８−３０６９９９号公報）や特許文献２（特開平５−２３５４４４号公報）記載の技術が従来公知である。
【０００３】
これら気体レーザーは、技術的にも成功を収めており、現在使用されている産業用気体レーザーでは、放電励起技術が主となっている。一方で、放電励起技術では、不安定で統計的に扱われる放電現象を使用するため、平均出力が安定しにくい。したがって、放電励起法では、安定なグロー放電を持続させることが技術的な課題となっている。これに対して、これまで、炭酸ガスレーザーや希ガスハライドエキシマレーザーでは、特許文献３（特開平９−３６４６５号公報）や特許文献４（特開平９−３３１０９４号公報）に記載されているように、グロー放電を安定させるための種々の工夫が成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０６９９９号公報（「００３６」）
【特許文献２】特開平５−２３５４４４号公報（「００１０」〜「００１１」）
【特許文献３】特開平９−３６４６５号公報（「００２８」〜「００３１」）
【特許文献４】特開平９−３３１０９４号公報（「００１８」〜「００１９」、「００３６」）
【特許文献５】特開平１１−１６３４４５号公報（要約書、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（従来技術の問題点）
しかし、気体レーザーで使用されるレーザー媒質の種類によっては、グロー放電によるエネルギー注入（励起）ができない媒質もある。希ガスはそのような媒質の一つであり、希ガスをもとに発振する真空紫外域の希ガスエキシマは、放電励起法が適用できないレーザー媒質であった。
特に、希ガスエキシマレーザーの中で最も短い波長で発振することがわかっているアルゴンエキシマレーザー（波長１２６ｎｍ）は、放電励起では、レーザー発振を伴うような安定した放電が生成できていない。希ガスエキシマレーザーは、例えば、特許文献５（特開平１１−１６３４４５号公報）記載の技術のように、非常に規模の大きな電子ビーム励起法では実現しているが、装置が大型且つ高価であり、応用分野への適用という点から市場性がないという問題がある。
【０００６】
本発明は、前述の事情に鑑み、コンパクトな構成で、希ガスを安定して励起させて真空紫外レーザー光を発生させることを第１の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（第１発明）
前記技術的課題を解決するために第１発明の真空紫外レーザー光源は、
繊維状且つ筒状の中空ファイバーであって、内部に希ガスを内包する前記中空ファイバーと、
前記中空ファイバー内に、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させるレーザー光を照射するレーザー装置と、
前記中空ファイバーの両端部に対向して配置され、前記真空紫外光を反射して増幅する一対の鏡を有する光共振器と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
（第１発明の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の真空紫外レーザー光源では、繊維状且つ筒状の中空ファイバーの内部には、希ガスが内包されている。レーザー装置は、前記中空ファイバー内にレーザー光を照射して、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させる。光共振器は、前記中空ファイバーの両端部に対向して配置された一対の鏡を有し、前記真空紫外光を反射して増幅する。したがって、中空ファイバー内部での光の伝搬と一対の鏡により決まる共振器の発振モードとを一致させた場合、真空紫外光の発生する励起媒質を中空ファイバー長に準じて長く保ちつつ、かつ安定な共振器モードが得られる。この結果、真空紫外レーザー光が得られる。
したがって、第１発明の真空紫外レーザー光源は、繊維状の中空ファイバー内の非常に限定された領域に内包された希ガスにレーザー光が照射されるので、自由空間で気体を励起させる従来技術に比べ、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を容易且つ安定して生成できると共に、正確に制御しやすい光電界電離プロセスにより希ガスエキシマの生成を行うことができる。この結果、第１発明の真空紫外レーザー光源は、安定して希ガスを励起させることができる。また、第１発明の真空紫外レーザー光源は、繊維状の中空ファイバーを使用するので、従来に比べて構成を大幅にコンパクト化できる。
【０００９】
（第１発明の形態１）
第１発明の形態１の真空紫外レーザー光源は、前記第１発明において、
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用することを特徴とする。
（第１発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態１の真空紫外レーザー光源では、希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を得ることができる。
【００１０】
（第１発明の形態２）
第１発明の形態２の真空紫外レーザー光源は、前記第１発明または第１発明の形態１において、
前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射する前記レーザー装置、を備えたことを特徴とする。
（第１発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態２の真空紫外レーザー光源では、前記レーザー装置は、前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射するので、市販されている卓上型の高強度のレーザー装置を使用することができる。
【００１１】
（第１発明の形態３）
第１発明の形態３の真空紫外レーザー光源では、第１発明および第１発明の形態１，２のいずれかにおいて、
コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用することを特徴とする。
（第１発明の形態３の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態３の真空紫外レーザー光源では、コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用するので、中空ファイバーを容易に作製することができる。
【００１２】
（第２発明）
前記技術的課題を解決するために第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、
希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザー光を照射することにより、希ガスを電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させることを特徴とする。
【００１３】
（第２発明の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の真空紫外レーザー発生方法では、希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザーを照射することにより、希ガスを電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させる。
したがって、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、繊維状の中空ファイバー内の非常に限定された領域に内包された希ガスにレーザー光が照射されるので、自由空間で気体を励起させる従来技術に比べ、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を生成できると共に、正確に制御しやすい光電界電離プロセスにより希ガスエキシマの生成を行うことができる。この結果、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、安定して希ガスを励起させることができる。また、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、繊維状の中空ファイバーを使用するので、従来に比べて構成を大幅にコンパクト化できる。
【００１４】
（第２発明の形態１）
第２発明の形態１の真空紫外レーザー発生方法は、前記第２発明において、
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用し、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることを特徴とする。
（第２発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の形態１の真空紫外レーザー発生方法では、前記希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることができる。
【００１５】
（第２発明の形態２）
第２発明の形態２の真空紫外レーザー発生方法は、前記第２発明または第２発明の形態１において、
前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光を照射することを特徴とする。
（第２発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の形態２の真空紫外レーザー発生方法では、前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光で光電界電離を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
前述の本発明は、コンパクトな構成で、希ガスを安定して励起させて真空紫外レーザー光を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の真空紫外レーザー光源の説明図である。
図１において、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１は、発振器本体２を有する。前記発振器本体２は、円筒部３を有し、円筒部３内部には繊維状且つ円筒状の中空ファイバー４が支持されている。前記中空ファイバー４は従来公知の光ファイバーからコア部分が抜き取られた構成となっている。実施の形態１では、中空ファイバー４として、内径が２５０μｍ、長さが３０ｃｍのものを使用している。
前記円筒部３の両端部には、円筒部３に連通する一対の鏡収容室５，６が形成されており、鏡収容室５、６には一対の凹面鏡７，８が対向して配置されている。実施の形態１では、前記凹面鏡７，８として、Ｔｉ：サファイアレーザー光を透過し且つ１２６ｎｍの波長の真空紫外光の反射率が７０％の誘電体鏡（Dielectric  Mirror）を使用している。なお、前記反射率７０％は、現時点の技術水準で実現可能な反射率であり、技術の進歩により高い反射率（例えば、９０％以上）の鏡が作成可能になれば、これらを使用することを除外するものではない。前記一対の凹面鏡７，８と中空ファイバー４とにより光共振器（４＋７＋８）が構成されている。
【００１８】
前記右側の鏡収容室６の凹面鏡８の外方には、ＭｇＦ2の窓材９が支持されている。
前記左側の鏡収容室５には、バルブ１１を介して、エキシマガス（励起媒質、レーザー媒質）としての希ガスのアルゴン（Ａｒ2）ガスを供給するガス供給装置１２が接続されており、ガス供給装置１２により、前記円筒部３および鏡収容室５，６にアルゴンガスが供給される。したがって、円筒部３内に収容された中空ファイバー４の内部はアルゴンが充填された状態になる。
左側の鏡収容室５の円筒部３の反対側には、ＢＫ７（ホウ珪酸クラウン光学ガラス）窓材１３が支持されており、ＢＫ７窓材１３の外方には、中空ファイバー４内にレーザーを集光するための凸レンズ１４が配置されている。実施の形態１では、前記凸レンズ１４として、焦点距離ｆが４０ｃｍの凸レンズを使用している。
前記凸レンズ１４の外方には、Ｔｉ：サファイアレーザー光を発生させる高強度レーザー装置１６が配置されている。実施の形態１では、前記高強度レーザー装置１６は、波長λ＝７８５ｎｍ、エネルギーＥ＝１．６ｍＪ、パルス幅τ＝１００ｆｓ（フェムト秒）、パルス周波数ｆ＝１００ＨｚのＴｉ：サファイアレーザー光（高強度レーザー光）を照射する。
【００１９】
（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、高強度レーザー装置１６のＴｉ：サファイアレーザー光（高強度レーザー光）は、集光用の凸レンズ１４で集光され、ＢＫ７窓材１３や凹面鏡７を透過して、中空ファイバー４内に照射される。高強度レーザーが照射された中空ファイバー４内のアルゴンガスは、光エネルギーの強い高強度レーザーの電界により電離（光電界電離）する。したがって、繊維状の中空ファイバー４内で長尺のプラズマ生成が行われる。このとき生成されたアルゴンエキシマによる真空紫外光は中空ファイバー４内（導波路）を伝搬して、一対の凹面鏡７，８と中空ファイバー４とを有する光共振器（４＋７＋８）により反射を繰り返す。前記真空紫外光は、光共振器（４＋７＋８）で反射を繰り返して中空ファイバー４内を伝搬し増幅され、安定な共振器モードを形成し、右側の凹面鏡８から出力される（漏れ出す）。すなわち、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、中空ファイバー４内部での光の伝搬と一対の鏡７，８により決まる共振器（４＋７＋８）の発振モードとを一致させることにより、真空紫外光の発生する励起媒質を中空ファイバー長に準じて長く保ちつつ、かつ安定な共振器モードを得ている。この結果、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザーが得られる。
【００２０】
したがって、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、Ｔｉ：サファイアレーザー光を照射する高強度レーザー装置１６を使用するので、光電界電離プロセスにより発生する電子の温度、密度をある程度正確に制御することができる。また、繊維状の中空ファイバー４内という、非常に狭く限定された領域で光電界電離による気体の励起が行われるため、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を安定して得ることができる。さらに、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、中空ファイバー４を光共振器（４＋７＋８）の内部に配置しているので、レーザーの発振モードを制御することもできる。この結果、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１は、安定して希ガスを励起させ、希ガスエキシマレーザーを得ることができる。
【００２１】
また、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、数十ｃｍ程度の中空ファイバー４で励起を行うことができるので、装置を大幅にコンパクト化できる。また、従来公知の卓上型の高強度レーザー装置１６を使用することができるので、電子ビームを発生させる大がかりな装置を必要としないので、装置を大幅にコンパクト化できる。
さらに、レーザー出力は媒質長の指数関数で増加するため、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１において、中空ファイバー４の長さを長くすることにより、高出力の真空紫外レーザー光を得ることができる。なお、真空紫外レーザー光源１をコンパクト化すると、取り出せるエネルギー値も低くなってしまうが、高強度レーザー装置１６を制御することで、発生する真空紫外レーザー光の繰り返し率（単位時間当たりに発生する回数）を高くすることにより、エネルギーは低くても、高い平均出力（＝パルス当たりのエネルギー×繰り返し率）を持つ真空紫外レーザー光源とすることができる。この結果、従来存在しなかった真空紫外域で高平均出力を持つレーザーを実現することができる。
【００２２】
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、前記実施の形態において、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ2）ガスを例示したが、クリプトン（Ｋｒ2）ガス（波長：１４７ｎｍ）やキセノン（Ｘｅ2）ガス（波長：１７２ｎｍ）等の希ガスあるいはこれらの混合ガス等を使用することも可能である。
また、前記実施の形態において、高出力レーザー装置としてＴｉ：サファイアレーザーを例示したが、これに限定されず、他の固体レーザーや気体レーザー、色素レーザー等従来公知のレーザー装置を使用することも可能である。
【００２３】
さらに、前記実施の形態では、Ｔｉ：サファイアレーザーを照射する方向と真空紫外光を増幅、出力する方向とを同軸に設定したが、適当な光学素子により、傾斜させることも可能である。
また、前記実施の形態において、例示した具体的な数値は設計変更等に応じて、適宜変更可能である。なお、前記共振器モードを達成するために、前記中空ファイバー４の内径を５０μｍ以上にすることが好適であり、上限は原理的には特にないと考えられるが、現実的には１ｍｍ程度が好適である。また、中空ファイバー４の長さは、励起用のレーザー装置のエネルギーに応じて、１ｍ程度まで延ばすことも可能である。さらに、前記凹面鏡７，８の反射率や間隔、曲率等も適宜変更可能である。
さらに、前記実施の形態において、光共振器（４＋７＋８）を構成する鏡として凹面鏡７、８を使用することが好ましいが、平面鏡を使用することも可能である。
また、前記実施の形態において、中空ファイバー４内で希ガスを流しながら（流動させながら）、励起を行うように構成することも可能である。
さらに、前記実施の形態では、集光用の凸レンズを使用したが、凸レンズを省略し、１３の窓材に凸レンズの機能を持たせることも可能である。また、凸レンズの焦点距離等は構成に応じて任意に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の実施の形態１の真空紫外レーザー光源の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…真空紫外レーザー光源、２…発振器本体、３…円筒部、４…中空ファイバー、５，６…鏡収容室、７，８…凹面鏡、（４＋７＋８）…光共振器、９…窓材、１１…バルブ、１２…ガス供給装置、１３…窓材、１４…凸レンズ、１６…レーザー装置。
【図１】
2007088384.tif 000003