(57)【要約】【課題】  ＥＤＦＡを用いて光増幅を行う場合に、高いピークパルスの出力信号を得ることができる光増幅器を提供する。【解決手段】  増幅される光パルスは、光符号化装置１に入力され、時系列的に擬似ランダムな光に変換される。この光はＥＤＦＡ２に入り光増幅される。光増幅された光は、光符号化装置１と逆の特性を有する光復号化装置３に入力され復号されて、光パルスとなる。増幅される光パルスを、時系列的に擬似ランダムな光に変換することにより、ピークが低く継続時間が長い光とすることができるので、ＥＤＦＡ２から出力される光のピークを上げないで、この光増幅器から出力される光のピークを大きくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に擬似ランダムな光に変換する光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記光符号化装置と逆の特性を有する光復号化装置とを有することを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器。
【請求項２】
ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に、それぞれ異なる擬似ランダムな光に変換する複数種類の光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記複数種類の光復号化装置のそれぞれに対応し、それぞれの光符号化装置と逆の特性を有する複数種類の光復号化装置と、サーキュレータとを有し、前記光復号化装置の全部は反射型光復号化装置であり、各反射型光復号化装置への入力側に、それぞれ前記サーキュレータが設けられていることを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器。
【請求項３】
ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に、それぞれ異なる擬似ランダムな光に変換する複数種類の光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記複数種類の光復号化装置のそれぞれに対応し、それぞれの光符号化装置と逆の特性を有する複数種類の光復号化装置と、サーキュレータとを有し、前記光復号化装置は一つを除き反射型光復号化装置、一つが透過型光復号化装置であり、前段に前記反射型光復号化装置が設けられ、各反射型光復号化装置への入力側に、それぞれ前記サーキュレータが設けられ、最終段に前記サーキュレータを介して前記透過型光復号化装置が設けられていることを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器。
【請求項４】
光パルスを出力するレーザ発振部と、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の光源用高ピークパワー出力光増幅器と、前記増幅された光パルスを波長変換する波長変換部とを有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ装置を有することを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項４に記載のレーザ装置を有することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源用高ピークパワー出力光増幅器、レーザ装置、加工装置、及び検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて加工や検査を行う加工装置や検査装置の中には、レーザ光源から放出されるレーザ光を光ファイバを用いた増幅器（ＥＤＦＡ）により増幅し、必要に応じて波長変換して使用するものがある。このような装置の例は、例えば、ＷＯ２００４／０８６１２１  Ａ１号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０８６１２１  Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＤＦＡにおいては、増幅後の光パルスのピークパワーが強くなると、自己位相変調や四光波混合などの非線形効果が現れるので、増幅後の光パルスのピークパワーを一定以上に強くすることができないという問題点がある。この問題に対処するために、入力パルスを色分散させることによりピークパワーを下げ、ＥＤＦＡによる増幅後に色合成することにより、結果としてピークパワーの高い出力パルスを得る方法が提案されている。
【０００５】
しかし、この方法では、増幅対象のパルスがフーリエ限界の状態でない場合に必ずしもパルスが広がって増幅前のピークパワーが下がるとは限らない。さらにこの方法では、もとのパルスの波長帯域が狭い場合、あまり効果が得られない。又、もとのパルスのスペクトル分布が変化すれば、それに合わせてチャープの状態も変化させる必要があるという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＤＦＡを用いて光増幅を行う場合に、高いピークパルスの出力信号を得ることができる光増幅器、及びこの光増幅器を用いたレーザ装置、加工装置、及び検査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】
【０００７】
前記課題を解決するための第１の手段は、ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に擬似ランダムな光に変換する光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記光符号化装置と逆の特性を有する光復号化装置とを有することを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器である。
【０００８】
ここで、光符号化装置とは、入力される光を、時系列的に擬似ランダム（長周期で見ると周期性があるが、長周期でみた場合の一つの周期内においてはランダムとみなせるもの）な光に変換するものであり、例えば、光ファイバ中にランダムな回折格子を形成したランダムＦＢＧ（ファイン・ブラッグ・グレーティング素子）等が周知である。これにより、入力される光パルスは、ピークが低く時間の長い擬似ランダム光に変換される。この光をＥＤＦＡにより増幅するので、ＥＤＦＡから出力される光のピークは低くなる。すなわち、入力される光パルスのパワーを上げてピークを高くしたり、ＥＤＦＡの増幅度を上げることができる。
【０００９】
ＥＤＦＡで増幅された光は、光符号化装置と逆の特性を有する光復号化装置に入力される。この光復号化装置も、例えばランダムＦＢＧからなり、光符号化装置の出力に相当する波形の光を入力すると、光符号化装置の入力に相当する光を出力するように設計されている。よって、本手段によれば、ＥＤＦＡによるピークの非線形性を避けることができるので、従来ＥＤＦＡでは困難であったような、高ピーク（例えば３０ＫＷ以上）のパルス光を出力として得ることができる。又、ＥＤＦＡによる増幅に際して発生するノイズ成分は光復号化装置中で低減されるので、ノイズに強い光増幅器となる。さらに、元のパルス信号波形や周波数域に依存しないので、パルス幅や波長帯域を変えても、装置を変更する必要がない。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に、それぞれ異なる擬似ランダムな光に変換する複数種類の光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記複数種類の光復号化装置のそれぞれに対応し、それぞれの光符号化装置と逆の特性を有する複数種類の光復号化装置と、サーキュレータとを有し、前記光復号化装置の全部は反射型光復号化装置であり、各反射型光復号化装置への入力側に、それぞれ前記サーキュレータが設けられていることを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器である。
【００１１】
本手段においては、複数種類の異なる性能を有する光符号化装置を使用して、複数種類の擬似ランダムな光を発生させ、各疑似ランダム光をカプラーで合成した後、これらをＦＤＦＡで増幅する。増幅された光は、第１のサーキュレータを通り、第１の反射型光復号化装置で復号されると共に反射されて第１のサーキュレータを通って出力側に取り出される。第１の反射型光復号化装置で復号されなかった残りの光は第１の反射型光復号化装置を透過し、第２のサーキュレータを通って、第２の反射型光復号化装置で復号されると共に反射されて第２のサーキュレータを通って出力側に取り出される。以下、このような光の復号と取り出しが、反射型光復号化装置の数だけ行われる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、ＥＤＦＡを用いて光パルスを増幅する光増幅器であって、入力される光パルスを、１パルス毎に時系列的に、それぞれ異なる擬似ランダムな光に変換する複数種類の光符号化装置と、時系列的に擬似ランダムな光を増幅するＥＤＦＡと、増幅された光を復号化する、前記複数種類の光復号化装置のそれぞれに対応し、それぞれの光符号化装置と逆の特性を有する複数種類の光復号化装置と、サーキュレータとを有し、前記光復号化装置は一つを除き反射型光復号化装置、一つが透過型光復号化装置であり、前段に前記反射型光復号化装置が設けられ、各反射型光復号化装置への入力側に、それぞれ前記サーキュレータが設けられ、最終段に前記サーキュレータを介して前記透過型光復号化装置が設けられていることを特徴とする光源用高ピークパワー出力光増幅器である。
【００１３】
本手段においては、最終段に接続される復号化装置が透過型となっているだけで、本質的な作用は、前記第２の手段と変わるところがない。よって、前記第２の手段と同様の作用効果を奏する。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、光パルスを出力するレーザ発振部と、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの光源用高ピークパワー出力光増幅器と、前記増幅された光パルスを波長変換する波長変換部とを有することを特徴とするレーザ装置である。
【００１５】
本手段においては、大きなピーク波長を有する光の波長変換を行うことができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段のレーザ装置を有することを特徴とする加工装置である。
【００１７】
本手段においては、大きなピーク波長を有する光を使用して加工を行うことができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段のレーザ装置を有することを特徴とする検査装置である。
【００１９】
本手段においては、大きなピーク波長を有する光を使用して検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＥＤＦＡを用いて光増幅を行う場合に、高いピークパルスの出力信号を得ることができる光増幅器、及びこの光増幅器を用いたレーザ装置、加工装置、及び検査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、本発明の第１の実施の形態である光増幅器の構成の概要を示す図である。増幅される光パルスは、光符号化装置１に入力され、時系列的に擬似ランダムな光に変換される。光符号化装置１としては、前述のようにランダムＦＢＧ（ファイン・ブラッグ・グレーティング素子）が使用できるが、これは、ＳＳＦＢＧ（Superstructured Fiber Bragg Grating        ）としても知られており、例えば、Journal of Lightwave Technology Vol.19, No.9 (September 2001)に、「A Comparative Study of the Performance of Seven and 63-Chip Optical Code-Division Multiple-Access Encoders and Decorders Based on Superstructured Fiber Bragg Grating」として詳細に述べられている。また、ウエブの
http://www.khn-openlab.jp/bunkakai-gw/kokino-net/et_al_pj/files/et_al_oshiba.pdfにも、記載がある。光ファイバの長さ方向にランダムな屈折率の変化を持たせることにより、パルス光を擬似ランダムな光に変えることができるもので、主に多重化光通信の分野で用いられている周知のものである。
【００２２】
この光はＥＤＦＡ２に入り光増幅される。光増幅された光は、光符号化装置１と逆の特性を有する光復号化装置３に入力され復号されて、光パルスとなる。光復号化装置３もランダムＦＢＧで構成でき、前記ＳＳＦＢＧを用いることができることが、前記Journal of Lightwave Technologyに記載されている。すなわち、例えば光符号化装置１として用いられるＳＳＦＢＧの屈折率パターンと同じ屈折率パターンを有するＳＳＦＢＧを用い、光符号化装置１として用いるときと、光の入出力方向を逆にすれば、光符号化装置１で発生した擬似ランダムな光を、元のパルス波形の形状に復号することができる。
【００２３】
増幅される光パルスを、時系列的に擬似ランダムな光に変換することにより、ピークが低く継続時間が長い光とすることができるので、ＥＤＦＡ２から出力される光のピークを上げないで、この光増幅器から出力される光のピークを大きくすることができる。
【００２４】
図１においては、光符号化装置１として透過型のものを使用している。すなわち、光符号化装置１の出力は、光符号化装置１を透過した光として得られる。これに対し、光符号化装置としては、出力光を反射光として取り出す反射型のものもあり、このようなものも使用することができる。その例を図２に示す。図２において、増幅される光パルスは、サーキュレータ４を通って光符号化装置５（反射型）に入力される。すると、光符号化装置５からは、時系列的に擬似ランダムな光が反射信号として得られる。この光は、サーキュレータ４を通って取り出され、図１に示したＥＤＦＡ２に入力される。その後の装置の構成は図１と同様にしておけば、図１に示す装置と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
同様、光復号化装置としては、出力光を反射光として取り出す反射型のものもあり、このようなものも使用することができる。その例を図３に示す。図３において、ＥＤＦＡにより増幅された擬似ランダムな光は、サーキュレータ６を通って光復号化装置７（反射型）に入力される。すると、光復号化装置７からは、復号されたパルス光が反射信号として得られる。この光は、サーキュレータ６を通って取り出される。
【００２６】
図４は、本発明の第２の実施の形態である光増幅器の構成の概要を示す図である。増幅される光パルスは、スプリッタ１１に入力され、３つに分けられる。分けられた第１の光は、第１の光符号化装置１２Ａに入力され、第２の光は、第２の光符号化装置１２Ｂに入力される。第３の光は、第３の光符号化装置１２Ｃに入力される。光符号化装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、図１、図２に示されたものと同じものが使用できる。光符号化装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、それぞれ異なる特性を有しており、同じ光パルスが入力されたとき、互いに異なる擬似ランダムな光を出力するようになっている。これらの光は、カップラ１３により一つにまとめられ、ＥＤＦＡ１４により増幅される。増幅された光はサーキュレータ１５を通過し、第１の光復号化装置１６Ａに入力される。光復号化装置１６Ａは、光符号化装置１２Ａと逆特性を有しており、反射型の光復号化装置である。よって、光復号化装置１６Ａにより、光符号化装置１２Ａで形成された擬似ランダムな光が復号されて反射され、サーキュレータ１５を通って取り出される。
【００２７】
残りの光はサーキュレータ１７を通過し、第２の光復号化装置１６Ｂに入力される。光復号化装置１６Ｂは、光符号化装置１２Ｂと逆特性を有しており、反射型の光復号化装置である。よって、光復号化装置１６Ｂにより、光符号化装置１２Ｂで形成された擬似ランダムな光が復号されて反射され、サーキュレータ１７を通って取り出される。
【００２８】
残りの光は、第３の光復号化装置１６Ｃに入力される。光復号化装置１６Ｃは、光符号化装置１２Ｃと逆特性を有しており、透過型の光復号化装置である。よって、光復号化装置１６Ｃにより、光符号化装置１２Ｃで形成された擬似ランダムな光が復号されて、光復号化装置１６Ｃを透過して出力される。これら３つの出力を合成すれば、大きなピークを有するパルス光が得られる。
【００２９】
なお、図４においては、光復号化装置１６Ｃを透過型としているが、反射型として、光復号化装置１６Ｂと光復号化装置１６Ｃの間にサーキュレータを置き、光復号化装置１６Ｃで反射されたパルス光をこのサーキュレータを介して取り出すようにしてもよい。図４においては、光を３つに分割しているが、２つ、又は４つ以上に分割してもよく、そのときの装置構成は、当業者には自明であると思われる。
【００３０】
図５は、光学系を使用した光符号化装置の例の概要を示す図である。増幅される光パルスは、光ファイバ２１の端面から放出され、コリメータレンズ２２により平行光束とされた後、回折格子２３で反射され色分散される。色分散された光は、集光レンズ２４で、ランダム位相フィルタ２５上に集光される。ランダム位相フィルタ２５は、その位置によって光学的厚さが異なっており、透過した光の位相が変化するようになっている。そして、位置と光学的厚さの関係がランダムとされている。ランダム位相フィルタ２５を透過した光は、レンズ２６を通して回折格子２７で反射されて平行光束に戻り、集光レンズ２８により光ファイバ２９の端面に集光される。色によって、ランダム位相フィルタ２５に入射する位置が異なるので、色に応じて異なった光学的距離を透過することになり、結局、光ファイバ２９の端面に集光される光は、時系列的に擬似ランダムな光となっている。以上は、光符号化装置の説明であるが、この光学系は、光の進行方向を逆にすることにより、そのまま、光復号装置として使用することができる。
【００３１】
本発明の実施の形態である波長変換装置は、特許文献１に記載される光増幅部を、本発明の実施の形態のように変形したものとすればよく、波長変換部はそのまま使用することができるので、特許文献１を引用してその説明を省略する。特許文献１に記載されるような波長変換部を有するレーザ装置であって、光増幅部として本発明の実施の形態である光増幅器を使用したものを、以下「レーザ装置」と呼ぶ。
【００３２】
次に、このようなレーザ装置２０（光源）を用いて構成されるマスク欠陥検査装置について、図６を参照して以下に説明する。マスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ(Time Delay and Integration)上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０の所定領域に照射される。このように照射されてフオトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ１２５の転送クロックとは同期している。
【００３３】
図７は本発明のレーザ装置２０（光源）を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。レーザ装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介してき試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされていると共に、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結品の加工が行われる。
【００３４】
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
【００３５】
その例を図８に示す。図８に示す光学系においては、紫外短パルスレーザシステム１４１(図７の符号２０、１３２〜１３４に対応)からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図８において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射鏡１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。
【００３６】
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
【００３７】
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を2次元又は3次元に駆動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光増幅器の構成の概要を示す図である。
【図２】反射型符号化装置を使用した符号化の例を示す図である。
【図３】反射型復号化装置を使用した復号化の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である光増幅器の構成の概要を示す図である。
【図５】光学系を使用した光符号化装置の例の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の１例であるマスク検査装置の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の１例である高分子結晶の加工装置の概要を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の１例である高分子結晶の加工装置を光顕微鏡と組み合わせた例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…光符号化装置、２…ＥＤＦＡ、３…光復号化装置、４…サーキュレータ、５…光符号化装置、６…サーキュレータ、７…光復号化装置、１１…スプリッタ、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…光符号化装置、１４…ＥＤＦＡ、１５…サーキュレータ、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…光復号化装置、１７…サーキュレータ
【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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