(57)【要約】【課題】波長変換光学素子により波長変換されて出力される変換パルス光のパワーの立ち上がり特性を改善可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置は、第１パルス光Ｌp1を出力する第１光源部Ｉ、第２パルス光Ｌp2を出力する第２光源部II、第３パルス光Ｌp3を出力する第３光源部III、第１，第２，第３パルス光が重複して入射する波長変換光学素子３６、及び制御部８を備える。波長変換光学素子３６は、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複して入射されたときに第１変換パルス光Ｌv1を発生し、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複して入射されたときに第２変換パルス光Ｌv2を発生する。制御部８は、波長変換光学素子３６において、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とを重複させる第１状態と、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とを重複させる第２状態とのいずれかに切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長のパルス光を出力する第１光源部、第２波長のパルス光を出力する第２光源部、及び第３波長のパルス光を出力する第３光源部と、
前記第１光源部から出力された前記第１波長のパルス光、前記第２光源部から出力された前記第２波長のパルス光、及び前記第３光源部から出力された前記第３波長のパルス光が重複して入射し得るように配置され、前記第１波長のパルス光と前記第２波長のパルス光とが重複して入射されたときに第１変換波長のパルス光を発生し、前記第１波長のパルス光と前記第３波長のパルス光とが重複して入射されたときに前記第１変換波長と異なる第２変換波長のパルス光を発生する波長変換光学素子と、
前記第１波長のパルス光、前記第２波長のパルス光、及び前記第３波長のパルス光の、前記波長変換光学素子における重ね合わせを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、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前記波長変換光学素子において重複させて前記波長変換光学素子から前記第１変換波長のパルス光を出射させる第１状態と、前記第１波長のパルス光と前記第３波長のパルス光とを前記波長変換光学素子において重複させて前記波長変換光学素子から前記第２変換波長のパルス光を出射させる第２状態とのいずれかに切り換えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第１変換波長のパルス光及び前記第２変換波長のパルス光は紫外領域のパルス光であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長変換光学素子は、前記第１波長のパルス光と前記第２波長のパルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合のいずれか一方により前記第１変換波長のパルス光を発生させる結晶方位で切り出されており、
前記第３波長は、前記第１波長のパルス光と前記第３波長のパルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合の他方により前記第２変換波長のパルス光を発生させる波長であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１光源部から出力させる前記第１波長のパルス光、前記第２光源部から出力させる前記第２波長のパルス光、及び前記第３光源部から出力させる前記第３波長のパルス光のパワーを制御することにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記波長変換光学素子に入射する前記第１波長のパルス光、前記第２波長のパルス光、及び前記第３波長のパルス光の、前記波長変換光学素子への入射タイミングを制御することにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記波長変換光学素子から出射された前記第１変換波長のパルス光と前記第２変換波長のパルス光とを分離する分光素子と、
前記分光素子により分離された前記第２変換波長のパルス光の光路上に設けられ、前記第２変換波長のパルス光を吸収するダンパーとを備え、
前記制御部が前記第１状態と前記第２状態とを切り替えることにより、前記レーザ装置から出力される前記第１変換波長のパルス光のオン／オフ状態が切り替えられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
前記フォトマスクを透過した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ことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
被検物を保持する被検物支持部と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ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、波長変換光学素子に入射する第１波長のパルス光及び第２波長のパルス光の重ね合わせを制御することにより、波長変換光学素子において発生させる変換パルス光のオン／オフを制御するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長変換光学素子に入射する第１波長のパルス光（第１パルス光という）及び第２波長のパルス光（第２パルス光という）の時間的な重ね合わせを制御することにより、波長変換光学素子において発生させる変換波長のパルス光（変換パルス光という）のオン／オフを制御する手法がある。この手法はバースト発光と称されている。バースト発光の制御手法を適用したレーザ装置として、例えば、露光装置や検査装置、治療装置等に好適に用いられるレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。バースト発光により変換パルス光のオン／オフを制御する概念図を図１５に示す。図１５(ａ)は、変換パルス光Ｐ95を出力するオン状態、図１５(ｂ)は、変換パルス光Ｐ95を出力しないオフ状態を示す。
【０００３】
レーザ装置９０は、第１パルス光Ｐ91を出力する第１光源部９１、第２パルス光Ｐ92を出力する第２光源部９２、第１光源部９１から出力された第１パルス光Ｐ91及び第２光源部９２から出力された第２パルス光Ｐ92が同一軸上に重ね合わされて入射し、和周波発生により変換パルス光Ｐ95を発生する波長変換光学素子９５、第１光源部９１及び第２光源部９２の作動を制御する制御部（不図示）を備えて構成される。図１５には、第１光源部９１及び第２光源部９２を、各々シード光を発生する光源９１１，９２１と、発生されたシード光を増幅するファイバ光増幅器９１２，９２２とにより構成した例を示す。
【０００４】
制御部は、第１光源部９１から出力される第１パルス光Ｐ91、及び第２光源部９２から出力される第２パルス光Ｐ92の、波長変換光学素子９５への入射タイミングを制御して、変換パルス光Ｐ95をオン／オフ制御する。図１５(ａ)では、第１パルス光Ｐ91と第２パルス光Ｐ92とが波長変換光学素子９５において重複するように、制御装置が第１光源部９１及び第２光源部９２の作動を制御した状態を示す。この状態では、波長変換光学素子９５において変換パルス光Ｐ95が発生し、発生した変換パルス光Ｐ95がレーザ装置から出力される（オン状態）。図１５(ｂ)では、第１波長のパルス光Ｐ91と第２波長のパルス光Ｐ92とが波長変換光学素子９５において重複しないように、制御装置が第１光源部９１及び第２光源部９２の作動を制御する。この状態では、波長変換光学素子９５において変換波長のパルス光Ｐ95が発生せず、レーザ装置からパルス光Ｐ95は出力されない（オフ状態）。このような制御手法によれば、第１光源部９１及び第２光源部９２の相対的な動作タイミングを制御する簡明な構成で、波長１９３ｎｍの変換パルス光Ｐ95を、光パルス１パルス程度（例えばＭＨzオーダ）で高速にオン／オフ制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００７／０５５１１０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなバースト発光の制御手法を適用することにより、レーザ装置から出力される変換パルス光を高速にオン／オフ制御することができる。しかしながら、レーザ装置から出力された変換パルス光の波形を観察すると、マクロ的に見たときに、変換パルス光のオン状態初期（概ね数十〜１００ｍsec程度）のパワーの立ち上がりが僅かに鈍る傾向が見られた。この現象は、変換パルス光の波長が紫外領域であり、パワーが２００ｍＷ程度から出現しはじめ、特に５００ｍＷ以上の高出力領域で顕著であった。
【０００７】
第１パルス光Ｐ91の波長を２２１ｎｍ、第２パルス光Ｐ92の波長を１５４７ｎｍとし、和周波発生により波長変換光学素子９５で波長１９３ｎｍの変換パルス光Ｐ95を発生させる場合について、変換パルス光Ｐ95をオンにしたときの変換パルス光の立ち上がり波形を図１６に示す。図１６は、出力パワーが高出力領域での変換パルス光の立ち上がり波形を例示しており、図１６における横軸は時間(sec)、縦軸は定常出力時の平均パワーを１として規格化した場合の出力パワーである。図中に二点鎖線で枠囲みした領域Ａで示すように、変換パルス光Ｐ95をオン状態にした直後の数十ｍsec程度において、パワーの立ち上がり波形に僅かな鈍化が見られる。
【０００８】
図１６から明らかなように鈍化の程度は微少である。しかしながら、微細且つ高精度の露光を行う半導体露光装置や液晶露光装置等の用途においては誤差要因となる可能性があり、改善する余地があるという課題があった。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、変換パルス光のオン状態初期のパワーの立ち上がり特性を改善可能なレーザ装置を提供することを目的とする。併せて、オン状態初期のパワーの立ち上がり特性を改善することにより、従来よりも高精度の微細加工が可能な露光装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
変換パルス光のオン状態初期のパワーの立ち上がりの問題は、変換パルス光の波長が波長変換光学素子の吸収端に近く、変換パルス光のパワーが２００ｍＷ以上（特に５００ｍＷ以上）の高出力領域で明確に観察された。変換パルス光の波長が波長変換光学素子の吸収端に近い場合には変換パルス光の吸収による発熱が生じやすい。発熱による温度上昇は、ビーム透過領域の屈折率変化を招来して位相整合角を変化させる。位相整合角が変化すると波長変換効率が変化し、最終的に変換パルス光のパワーが変動する。一般的には、変換パルス光をオン状態として数秒程度経過した後、すなわち波長変換光学素子が熱的に安定した状態で、変換パルス光のパワーが最大になるように波長変換光学素子の設置角度を微調整して、位相整合状態を最適化している。そのため、変換パルス光をオフ状態からオン状態に切り換えた直後、すなわちビーム透過領域の温度が安定する以前には、僅かな位相不整合があり、時間の経過に伴う温度上昇により位相不整合が解消されて変換パルス光のパワーが上昇し、安定するものと考えられる。以上の考察に基づき、発明者は以下に示す解決手段を提案する。
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明を例示する第１の態様はレーザ装置である。レーザ装置は、第１波長のパルス光を出力する第１光源部、第２波長のパルス光を出力する第２光源部、及び第３波長のパルス光を出力する第３光源部と、波長変換光学素子と、制御部とを備えて構成される。波長変換光学素子は、第１光源部から出力された第１波長のパルス光、第２光源部から出力された第２波長のパルス光、及び第３光源部から出力された第３波長のパルス光が重複して入射し得るように配置され、第１波長のパルス光と第２波長のパルス光とが重複して入射されたときに第１変換波長のパルス光を発生し、第１波長のパルス光と第３波長のパルス光とが重複して入射されたときに第１変換波長と異なる第２変換波長のパルス光を発生する。制御部は、第１波長のパルス光、第２波長のパルス光、及び第３波長のパルス光の、波長変換光学素子における重ね合わせを制御する。そして、制御部は、第１波長のパルス光と第２波長のパルス光とを波長変換光学素子において重複させて波長変換光学素子から第１変換波長のパルス光を出射させる第１状態と、第１波長のパルス光と第３波長のパルス光とを波長変換光学素子において重複させて第２変換波長のパルス光を出射させる第２状態とのいずれかに切り換えるように構成される。なお、第１変換波長のパルス光及び第２変換波長のパルス光は紫外領域のパルス光とすることができる。
【００１１】
また、前記波長変換光学素子は、第１波長のパルス光と第２波長のパルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合のいずれか一方（例えば、タイプＩ位相整合）により第１変換波長のパルス光を発生させる結晶方位で切り出され、前記第３波長は、第１波長のパルス光と第３波長のパルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合の他方（例えば、タイプII位相整合）により第２変換波長のパルス光を発生させる波長であるように構成することができる。
【００１２】
前記制御部は、第１光源部から出力させる第１波長のパルス光、第２光源部から出力させる第２波長のパルス光、及び第３光源部から出力させる第３波長のパルス光のパワーを制御することにより、第１状態と前記第２状態とを切り替えるように構成することができる。また、前記制御部は、波長変換光学素子に入射する第１波長のパルス光、第２波長のパルス光、及び第３波長のパルス光の、波長変換光学素子への入射タイミングを制御することにより、第１状態と前記第２状態とを切り替えるように構成しても良い。
【００１３】
さらに、前記波長変換光学素子から出射された第１変換波長のパルス光と第２変換波長のパルス光とを分離する分光素子と、分光素子により分離された第２変換波長のパルス光の光路上に設けられて第２変換波長のパルス光を吸収するダンパーとを備え、制御部が第１状態と第２状態とを切り替えることにより、レーザ装置から出力される第１変換波長のパルス光のオン／オフ状態が切り替えられるように構成することができる。
【００１４】
本発明を例示する第２の態様は露光装置である。この露光装置は、第１の態様のレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光（例えば、実施形態における第１変換パルス光Ｌv1）をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、フォトマスクを透過した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て構成される。
【００１５】
本発明を例示する第３の態様は検査装置である。この検査装置は、第１の態様のレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光（例えば、実施形態における第１変換パルス光Ｌv1）を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、被検物からの光を検出器（例えば、実施形態におけるＴＤＩセンサ２１５）に投影する投影光学系とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１６】
第１の態様のレーザ装置は、第１波長のパルス光、第２波長のパルス光、及び第３波長のパルス光が波長変換光学素子の重複して入射し得るように配置され、制御装置が、第１波長のパルス光と第２波長のパルス光とを波長変換光学素子において重複させて第１変換波長のパルス光（第１変換パルス光という）を出射させる第１状態と、第１波長のパルス光と第３波長のパルス光とを波長変換光学素子において重複させて第２変換波長のパルス光（第２変換パルス光という）を出射させる第２状態とのいずれかに切り換えるように構成される。このような態様のレーザ装置においては、波長変換光学素子において第１変換パルス光及び第２変換パルス光のいずれかが発生された状態に設定される。このため、波長変換光学素子のビーム透過領域は、第１変換パルス光または第２変換パルス光の吸収により温度が上昇した状態に保持される。その結果、第１変換パルス光をオフ状態からオン状態に切り換えたとき、あるいは第２変換パルス光をオフ状態からオン状態に切り換えたときのいずれにおいても、温度偏差に基づく位相不整合を減少させることができ、これにより、出力される変換パルス光の立ち上がり特性を改善したレーザ装置を提供することができる。
【００１７】
なお、波長変換光学素子は、第１パルス光と第２パルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合のいずれか一方により第１変換パルス光を発生させる結晶方位で切り出され、第３波長は、第１パルス光と第３パルス光とからタイプＩ位相整合及びタイプII位相整合の他方により第２変換パルス光を発生させる波長であるような構成によれば、第１変換パルス光と第２変換パルス光とを切り換える際に、切り換え後の波長の位相整合条件を満たすために波長変換光学素子の角度調整を行う必要がない。このため、レーザ装置から出力される変換パルス光を高速に切り換えることができる。
【００１８】
第２の態様の露光装置は、変換パルス光の立ち上がり特性を改善したレーザ装置を備えている。そのため、出力される変換パルス光の立ち上がり時の微少なパワー変動による誤差要因をも排除して、微細且つ高精度のフォトグラフィを実行可能な露光装置を提供することができる。
【００１９】
第３の態様の検査装置は、変換パルス光の立ち上がり特性を改善したレーザ装置を備えている。そのため、出力される変換パルス光の立ち上がり時の微少なパワー変動による誤差要因をも排除して、高精度の測定が可能な検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１構成形態のレーザ装置ＬＳ１の概要構成図である。
【図２】波波長変換光学素子を主体として記載した光学系の構成図である。
【図３】第１光源部Ｉから出力された第１パルス光Ｌp1、第２光源部IIから出力された第２パルス光Ｌp2、及び第３光源部IIIから出力された第３パルス光Ｌp3が、波長変換光学素子３６に入射する様子を示す説明図である。
【図４】上記波長変換光学素子３６において第１変換パルス光Ｌv1を発生させる状態を説明するための説明図である。
【図５】上記波長変換光学素子３６において第２変換パルス光Ｌv2を発生させる状態を説明するための説明図である。
【図６】他の制御形態を説明するための説明図である。
【図７】他の制御形態を実現するレーザ装置ＬＳ１′の概要構成図である。
【図８】レーザ装置ＬＳ１′におけるタイミング調整器５０の構成図である。
【図９】レーザ装置ＬＳ１′におけるタイミング調整器６０の構成図である。
【図１０】レーザ装置ＬＳ１について、(ａ)波長変換光学素子３６を中心として構成を簡明化した構成図、及び(ｂ)波長変換光学素子３６に入射する各パルス光の波長及び入射状態を、バースト発光のオン／オフについてまとめた表である。
【図１１】第２構成形態のレーザ装置ＬＳ２について、図１０と同様にまとめた図及び表である。
【図１２】第３構成形態のレーザ装置ＬＳ３（ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂ，ＬＳ３ｃ）について、図１０と同様にまとめた図及び表である。
【図１３】レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第１の適用例として示す露光装置の概要構成図である。
【図１４】レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として示す検査装置の概要構成図である。
【図１５】従来のレーザ装置で用いられているバースト発光の制御手法を説明するための説明図である。
【図１６】従来のレーザ装置において、変換パルス光をオン状態にしたときの変換パルス光の立ち上がり波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明を適用したレーザ装置ＬＳの例として、第１構成形態のレーザ装置ＬＳ１の概要構成を図１に示す。
【００２２】
レーザ装置ＬＳ１は、第１波長のパルス光である第１パルス光Ｌp1を出力する第１光源部Ｉ、第２波長のパルス光である第２パルス光Ｌp2を出力する第２光源部II、及び第３波長のパルス光である第３パルス光Ｌp3を出力する第３光源部IIIと、波長変換光学素子３６と、制御部８とを備えて構成される。
【００２３】
第１光源部Ｉは、シード光発生部１１、ファイバ光増幅器２１ａ，２１ｂ、波長変換光学素子３１，３２，３３，３４，３５、及びダイクロイックミラー４１，４２などから構成される。
【００２４】
シード光発生部１１は、可視〜赤外領域の所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源１１ａと、レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光の一部を切り出してパルス状のシード光を出力する電気光学変調器（Electro  Optic  Modulator：ＥＯＭ）１１ｂとを備えて構成される。レーザ装置ＬＳ１では、レーザ光源１１ａとしてＤＦＢ半導体レーザを用いて波長１５４７ｎｍのレーザ光を発生させ、電気光学変調器１１ｂによりその一部を切り出して、所定波形のパルス状のシード光を出力する。本構成形態においては、繰り返し周波数１〜２ＭＨｚ、オン時間０．５〜２ｎsecのパルス状のシード光を出力する場合を例示する。レーザ光源１１ａ及び電気光学変調器１１ｂの作動は制御部８により制御される。すなわち、制御部８は、レーザ光源１１ａの発光タイミング、及び電気光学変調器１１ｂによるシード光の切り出しタイミングを制御する。
【００２５】
シード光発生部１１から出射されたシード光は、スプリッタにより２分割され、一方がファイバ光増幅器２１ａに入射し、他方がファイバ光増幅器２１ｂに入射する。ファイバ光増幅器２１ａ及び２１ｂは、シード光の波長帯の光を増幅する光増幅器であり、例えば増幅用ファイバのコアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２１ａ及び２１ｂは、それぞれ増幅用ファイバと、増幅用ファイバを励起する励起光源とを備えて構成される。
【００２６】
ファイバ光増幅器２１ａの作動は制御部８により制御される。すなわち、制御部８は、励起光源から増幅用ファイバに出射される励起光のオン／オフ及び励起光強度を制御することにより増幅用ファイバのゲインを制御し、ファイバ光増幅器２１ａから出力される増幅されたシード光（第１基本波レーザ光という）Ｌa1のパワーを制御する。ファイバ光増幅器２１ａから出射した第１基本波レーザ光Ｌa1は、波長変換光学素子３１に入射する。ファイバ光増幅器２１ｂの作動も、ファイバ光増幅器２１ａと同様に制御部８により制御される。ファイバ光増幅器２１ｂにより増幅されたシード光（第２基本波レーザ光という）Ｌa2は、ファイバ光増幅器２１ｂから出射して波長変換光学素子３４に入射する。
【００２７】
波波長変換光学素子３１〜３６を主体として記載した光学系３０の構成図を図２に示す。図中には、偏光面が紙面に平行な光をｐ偏光として上下方向の矢印で示し、偏光面が紙面に垂直な光をｓ偏光としてドット付きの○印で示す。また、波長１５４７ｎｍの基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。なお、光路上に楕円形で示すものはレンズであり、個々の説明を省略する。
【００２８】
波長変換光学素子３１には、ファイバ光増幅器２１ａから出射した波長１５４７ｎｍの基本波である第１基本波レーザ光Ｌa1がｐ偏光で入射する。波長変換光学素子３１では、基本波ωの第２高調波発生（Second  Harmonic  Generation：ＳＨＧ）により、周波数が基本波ωの２倍、波長が１／２の第２高調波２ωが発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としては、疑似位相整合（Quasi  Phase  Matching：ＱＰＭ）結晶であるＰＰＬＮ（Periodically  Poled  ＬiＮbＯ3）結晶が好適に用いられる。なお、ＰＰＬＴ（Periodically  Poled  ＬiＴaＯ3）結晶やＰＰＫＴＰ（Periodically  Poled  ＬiＴaＯ3）結晶を用いることも可能である。波長変換光学素子３１で発生したｐ偏光の第２高調波２ωと波長変換光学素子３１を透過したｐ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３２に入射する。
【００２９】
波長変換光学素子３２では、ｐ偏光の基本波ωとｐ偏光の第２高調波２ωの和周波発生（Sum  Frequency  Generation：ＳＦＧ）により、周波数が基本波ωの３倍、波長が１／３の第３高調波３ωが発生する。第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としては、ＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子３２で発生したｓ偏光の第３高調波３ωと波長変換光学素子３２を透過したｐ偏光の第２高調波２ωは、２波長波長板３７に入射する。２波長波長板３７は、第３高調波３ωの偏光面を回転させることなく、第２高調波２ωの偏光面のみを９０度回転させる。２波長波長板３７を透過して共にｓ偏光になった第２高調波２ω及び第３高調波３ωは、波長変換光学素子３３に入射する。
【００３０】
波長変換光学素子３３では、ｓ偏光の第２高調波２ωとｓ偏光の第３高調波３ωの和周波発生により、周波数が基本波ωの５倍、波長が１／５の第５高調波５ωが発生する。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３としては、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、ＬＢＯ結晶やＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることもできる。波長変換光学素子３３で発生したｐ偏光の第５高調波５ωは、ウォークオフ（Walk-off）によりビーム断面が楕円化しているため、シリンドリカルレンズ３８v及び３８hにより円形に整形してダイクロイックミラー４１に入射させる。ダイクロイックミラー４１は、第２高調波２ωを含みこれよりも長波長側の波長帯域の光を透過し、第５高調波５ωの波長帯の光を反射するように構成される。そのため、シリンドリカルレンズ３８v及び３８hによりビーム断面が円形に整形された第５高調波５ωはダイクロイックミラー４１により反射されて波長変換光学素子３５に入射する。
【００３１】
一方、ファイバ光増幅器２１ｂにより増幅されて出射した波長１５４７ｎｍの基本波である第２基本波レーザ光Ｌa2は、ｐ偏光で波長変換光学素子３４に入射する。波長変換光学素子３４では、基本波の第２高調波発生により、周波数が基本波ωの２倍、波長が１／２の第２高調波２ωが発生する。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４としては、ＰＰＬＮ結晶が好適に用いられる。なお、ＰＰＬＴ結晶やＰＰＫＴＰ結晶等を用いてもよい。また、波長変換光学素子３４としてＬＢＯ結晶を用い、ファイバ光増幅器２１ｂから出射した第２基本波レーザ光Ｌa2をｓ偏光で波長変換光学素子３４に入射するように構成しても良い。
【００３２】
波長変換光学素子３４で発生したｐ偏光の第２高調波２ωは、ダイクロイックミラー４２に入射する。ダイクロイックミラー４２は、基本波ωよりも長波長側の波長帯域の光を透過し、第２高調波２ωの波長帯の光を反射するように構成される。そのため、波長変換光学素子３４で発生したｐ偏光の第２高調波２ωは、ダイクロイックミラー４２により反射され、ダイクロイックミラー４１を透過して、波長変換光学素子３３で発生したｐ偏光の第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて波長変換光学素子３５に入射する。
【００３３】
波長変換光学素子３５では、同軸に重ね合わされて入射したｐ偏光の第５高調波５ωとｐ偏光の第２高調波２ωの和周波発生により、周波数が基本波ωの７倍、波長が１／７の第７高調波７ωが発生する。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５としては、ＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。波長変換光学素子３５で発生したｓ偏光の第７高調波７ωは第１光源部Ｉから出力され、波長変換光学素子３６に入射する。すなわち、レーザ装置ＬＳ１においては、波長変換光学素子３５で発生する波長２２１ｎｍの第７高調波７ωが、第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1に該当する。
【００３４】
ここで、シード光発生部１１により発生され、スプリッタにより２分割された一方のシード光が、ファイバ光増幅器２１ａにより増幅され波長変換光学素子３１〜３３により第５高調波５ωに波長変換されて波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長と、他方のシード光がファイバ光増幅器２１ｂにより増幅され波長変換光学素子３４により第２高調波２ωに波長変換されて波長変換光学素子３５に到達するまでの実質的な光路長とは一般的に同一ではない。従って、波長変換光学素子３５に入射する５高調波５ωのパルス光のタイミングと、第２高調波２ωのパルス光のタイミングとは一般的に一致しない。そのため、シード光がオン時間の短いパルス光の場合、波長変換光学素子３５において第１パルス光Ｌp1を高効率で発生させるには、５高調波５ωのパルス光と第２高調波２ωのパルス光のタイミングを調整する必要がある。
【００３５】
遅延器４５は、入射したシード光に遅延を与える。すなわち、第５高調波５ωのパルス光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングと一致するように、第２高調波２ωのパルス光が波長変換光学素子３５に入射するタイミングを遅らせて、波長変換光学素子３５における第５高調波５ωのパルス光と第２高調波２ωのパルス光の時間的な重ね合わせを行う。遅延器４５は、例えば、波長変換光学素子３５への入射タイミングのずれに対応した長さのファイバ（遅延ファイバ）により構成することができる。
【００３６】
なお、レーザ装置ＬＳ１の稼働時には、第１光源部Ｉから出力される第７高調波７ωすなわち第１パルス光Ｌp1は、後述する第１変換パルス光Ｌv1を発生させるのに必要な所定パワーに設定される。このため、波長変換光学素子３６は、常時所定パワーの第１パルス光Ｌp1が入射した状態に保持される。
【００３７】
第２光源部IIは、シード光発生部１２、ファイバ光増幅器２２、及びダイクロイックミラー４３などから構成される。
【００３８】
シード光発生部１２は、可視〜赤外領域の所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源１２ａと、レーザ光源１２ａから出射されたレーザ光の一部を切り出してパルス状のシード光を出力する電気光学変調器１２ｂとを備えて構成される。レーザ装置ＬＳ１においては、シード光発生部１２は、上述した第１光源部Ｉのシード光発生部１１と同様に構成される。すなわち、レーザ光源１２ａは波長１５４７ｎｍのレーザ光を発生するＤＦＢ半導体レーザが用いられ、発生したレーザ光の一部を電気光学変調器１２ｂにより切り出して、シード光発生部１１と同じ波形（繰り返し周波数１〜２ＭＨｚ、オン時間０．５〜２ｎsec）のパルス状のシード光を出力するように構成される。レーザ光源１２ａ及び電気光学変調器１２ｂの作動もシード光発生部１１と同様に制御部８により制御される。
【００３９】
シード光発生部１２から出射されたシード光はファイバ光増幅器２２に入射して増幅される。ファイバ光増幅器２２は、シード光の波長帯の光を増幅する光増幅器であり、前述同様のエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２２の作動は制御部８により制御される。制御部８は、励起光源から増幅用ファイバに出射される励起光のオン／オフ及び励起光強度を制御することにより増幅用ファイバのゲインを制御し、ファイバ光増幅器２２から出力される増幅されたシード光（第３基本波レーザ光という）Ｌa3のパワーを制御する。ファイバ光増幅器２２から出射した波長１５４７ｎｍの基本波である第３基本波レーザ光Ｌa3は、図２に示す光学系３０にｓ偏光で入射しダイクロイックミラー４３に入射する。
【００４０】
ダイクロイックミラー４３は、波長が１５４７ｎｍである基本波の波長帯の光を反射し、波長が１６７５ｎｍの波長帯の光を透過するように構成される。そのため、光学系３０に入射したｓ偏光の第３基本波レーザ光Ｌa3はダイクロイックミラー４３により反射され、ダイクロイックミラー４１及び４２を透過して、波長変換光学素子３３で発生した第５高調波５ω、及び波長変換光学素子３４で発生した第２高調波２ωと同軸に重ね合わされて波長変換光学素子３５に入射する。
【００４１】
但し、波長変換光学素子３５は、波長変換光学素子３３で発生したｐ偏光の第５高調波５ωと波長変換光学素子３４で発生したｐ偏光の第２高調波２ωとの和周波発生により、ｓ偏光の第７高調波７ωを発生する際の位相整合条件を満たすように設定されている。そのため、波長変換光学素子３５においては、ファイバ光増幅器２２から出射したｓ偏光の基本波ωと、ｐ偏光の第２高調波２ω及び第５高調波５ωとは位相整合条件を満たさない。その結果、ｓ偏光の第３基本波レーザ光Ｌa3は、波長変換光学素子３５を透過して波長変換光学素子３６に入射する。
【００４２】
すなわち、レーザ装置ＬＳ１においては、波長変換光学素子３５で発生した第７高調波７ωが第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1であり、波長変換光学素子３５を透過した第３基本波レーザ光Ｌa3が、第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2に該当する。第１光源部Ｉから出力されて波長変換光学素子３６に入射する第１パルス光Ｌp1と、第２光源部IIから出力されて波長変換光学素子３６に入射する第２パルス光Ｌp2の重ね合わせの制御については後に詳述する。
【００４３】
第３光源部IIIは、シード光発生部１３及びファイバ光増幅器２３を主体として構成される。
【００４４】
シード光発生部１３は、可視〜赤外領域の所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源１３ａと、レーザ光源１３ａから出射されたレーザ光の一部を切り出してパルス状のシード光を出力する電気光学変調器１３ｂとを備えて構成される。レーザ装置ＬＳ１においては、レーザ光源１３ａは波長１６７５ｎｍのレーザ光を発生するＤＦＢ半導体レーザが用いられ、発生したレーザ光の一部を電気光学変調器１３ｂにより切り出して、シード光発生部１１，１２と同じ波形（繰り返し周波数１〜２ＭＨｚ、オン時間０．５〜２ｎsec）のパルス状のシード光を出力するように構成される。レーザ光源１３ａ及び電気光学変調器１３ｂの作動もシード光発生部１１，１２と同様に制御部８により制御される。
【００４５】
シード光発生部１３から出射されたシード光はファイバ光増幅器２３に入射して増幅される。ファイバ光増幅器２３は、シード光発生部１３から出射されたシード光の波長帯の光を増幅する光増幅器であり、増幅用ファイバのコアにツリウム（Ｔｍ）がドープされたツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＴＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２３は、増幅用ファイバと増幅用ファイバを励起する励起光源とを備えて構成される。ファイバ光増幅器２３の作動は制御部８により制御される。制御部８は、励起光源から増幅用ファイバに出射される励起光のオン／オフ及び励起光強度を制御することにより増幅用ファイバのゲインを制御し、ファイバ光増幅器２３から出力される増幅されたシード光（補助レーザ光という）Ｌa4のパワーを制御する。ファイバ光増幅器２３により増幅されてファイバ光増幅器２３から出射した波長１６７５ｎｍの補助レーザ光Ｌa4は、ｐ偏光で光学系３０に入射しダイクロイックミラー４３に入射する。
【００４６】
前述したように、ダイクロイックミラー４３は、波長が１５４７ｎｍの波長帯の光を反射し、波長が１６７５ｎｍの波長帯の光を透過するように構成される。そのため、光学系３０に入射した補助レーザ光Ｌa4はダイクロイックミラー４３により反射され、ダイクロイックミラー４１及び４２を透過して、波長変換光学素子３３で発生した第５高調波５ω、及び波長変換光学素子３４で発生した第２高調波２ωと同軸に重ね合わされて波長変換光学素子３５に入射する。
【００４７】
但し、前述したように、波長変換光学素子３５は、ｐ偏光の第５高調波５ωとｐ偏光の第２高調波２ωとの和周波発生により、ｓ偏光の第７高調波７ωを発生する際の位相整合条件を満たすように設定されている。そのため、波長変換光学素子３５においては、ファイバ光増幅器２３から出射した波長１６７５ｎｍの補助レーザ光と、波長３０９ｎｍの第５高調波５ω及び波長７７４ｎｍの第２高調波２ωとは位相整合条件を満たさない。
【００４８】
その結果、ファイバ光増幅器２３から出射した波長１６７５ｎｍの補助レーザ光Ｌa4は、波長変換光学素子３５で波長変換されることなく波長変換光学素子３５を透過して波長変換光学素子３６に入射する。レーザ装置ＬＳ１においては、ファイバ光増幅器２３から出射した波長１６７５ｎｍの補助レーザ光Ｌa4が、第３光源部IIIから出力されて波長変換光学素子３６に入射する第３パルス光Ｌp3に該当する。
【００４９】
このようにして、第１光源部Ｉから出力された第１パルス光Ｌp1、第２光源部IIから出力された第２パルス光Ｌp2、及び第３光源部IIIから出力された第３パルス光Ｌp3が、波長変換光学素子３６に入射する。この様子を図３に示す。制御装置８は、これら３つのパルス光Ｌp1，Ｌp2，Ｌp3の波長変換光学素子３６における重ね合わせを制御し、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とを重ね合わせた状態と、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とを重ね合わせた状態とに切り換える。
【００５０】
ここで、第１パルス光Ｌp1、第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3は、同一軸上に重ねられて波長変換光学素子３６に入射する。すなわち、これら３つのパルス光Ｌp1，Ｌp2，Ｌp3は、波長変換光学素子３６内の同じ領域を透過する。制御装置８は、同一領域を透過するこれら３つのパルス光Ｌp1，Ｌp2，Ｌp3の時間的な重ね合わせ（光パルスの重複状態）を制御する。
【００５１】
波長変換光学素子３６は、第１光源部Ｉから出力された第１パルス光Ｌp1、すなわち波長が２２１ｎｍのｓ偏光の第７高調波７ωと、第２光源部IIから出力された第２パルス光Ｌp2、すなわち波長が１５４７ｎｍのｓ偏光の基本波ωとが時間的に重なり合った状態（光パルスが重複した状態）で入射したときに、和周波発生により周波数が基本波ωの８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第１変換パルス光Ｌv1を発生するように設定される。
【００５２】
具体的には、波長変換光学素子３６では、波長２２１ｎｍのｓ偏光の光（常光線）と、波長１５４７ｎｍのｓ偏光の光（常光線）とから、和周波発生により波長１９３ｎｍのｐ偏光の光（異常光線）を発生させる。このとき、波長変換光学素子３６における位相整合は入射する２つのビームの偏光方向がお互い平行であるためタイプＩの位相整合である。この波長変換に好適な非線形光学結晶としてＣＬＢＯ結晶が例示される。波長変換光学素子３６は、上記和周波発生において位相整合条件を満たす結晶方位で、ＣＬＢＯのバルク結晶から切り出される。このとき、バルク結晶からの最適なカット角は、結晶光軸に対して６１．６度である。
【００５３】
このような条件で切り出された波長変換光学結晶３６においては、第２パルス光Ｌp2と異なる波長または偏光成分の光を波長変換光学素子３６に同軸入射しても、一般的には位相整合条件を満たさず、波長変換光学素子３６で波長変換を行わせることができない。発明者は、上記の所定結晶方位で切り出された波長変換光学素子３６に対し、第３パルス光Ｌp3を異常光線で入射させ、タイプIIの位相整合で波長変換させる手法を考案した。
【００５４】
この手法は、上記所定結晶方位で切り出された波長変換光学素子３６に対し、第３パルス光Ｌp3を異常光線で入射させたときにタイプIIの位相整合条件を満たし、かつ、波長変換により発生される第２変換パルス光Ｌv2が第１変換パルス光Ｌv1に近い深紫外光となるような波長を、第３パルス光Ｌp3の波長として設定するものである。具体的には、上記のように結晶光軸に対して６１．６度のカット角で切り出されたＣＬＢＯ結晶に、波長２２１ｎｍのｓ偏光の光（常光線）と重ね合わせて入射したときに、和周波発生におけるタイプIIの位相整合条件を満たすように、ｐ偏光で入射させる第３パルス光Ｌp3の波長を設定する。このようにして設定されたのが波長１６７５ｎｍであり、第３光源部IIIはこのような思想に基づいて構成されている。
【００５５】
このような構成により、波長変換光学素子３６において、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とを時間的に重ね合わせて波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1を出力させる第１状態と、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とを時間的に重ね合わせて波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2を出力させる第２状態とを切り換える際に、切り換えの前後で位相整合条件を満たすように結晶の角度調整を行う必要がない。これにより、波長変換光学素子３６から出力する変換パルス光を迅速に切り換えることができ、かつ、第１変換パルス光Ｌv1及び第２変換パルス光Ｌv2について良好な立ち上がり特性を実現することができる。
【００５６】
波長変換光学素子３６の出射側には、波長変換光学素子３６から出力された第１変換パルス光Ｌv1と第２変換パルス光Ｌv2とを分離する分光素子４８が設けられている。波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1と波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2とを分離する分光素子４８として、例えば反射型の回折格子が例示される。なお、この波長帯域の光に対して透過性を有する石英ガラス製のプリズム等を用いても良い。
【００５７】
制御装置８は、第１パルス光Ｌp1、第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3の、波長変換光学素子３６における重ね合わせを制御することにより、波長変換光学素子３６から出力される光を第１変換パルス光Ｌv1と第２変換パルス光Ｌv2とに切り換える制御を行う。すなわち、制御装置８は、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とを重複させて第１変換パルス光Ｌv1を出力させる第１状態と、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とを重複させて第２変換パルス光Ｌv2を出力させる第２状態とに選択的に切り換える。
【００５８】
このように、第１変換パルス光Ｌv1を出力させる第１状態と第２変換パルス光Ｌv2を出力させる第２状態とを選択的に切り換える手段として、レーザ装置ＬＳ１においては、波長変換光学素子３６に常時入射される第１パルス光Ｌp1に対し、第１変換パルス光Ｌv1を発生させるための所定パワーの第２パルス光Ｌp2を入射させる状態と、第２変換パルス光Ｌv2を発生させるための所定パワーの第３パルス光Ｌp3を入射させる状態とに切り換える。このような制御を行う具体的な手段として、第２光源部IIのファイバ光増幅器２２と第３光源部IIIのファイバ光増幅器２３の作動を制御する構成を例示する。
【００５９】
第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1のパワーは、ファイバ光増幅器２１ａ及び２１ｂの励起光強度を制御することにより制御される。これらのファイバ光増幅器２１ａ，２１ｂの励起光強度は、レーザ装置ＬＳ１の稼働時には、第１変換パルス光Ｌv1を発生させる所定強度に設定される。このため、波長変換光学素子３６には、常時第１パルス光Ｌp1が入射した状態に保持される。
【００６０】
第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2のパワーも、ファイバ光増幅器２２の励起光強度を制御することにより制御される。ファイバ光増幅器２２において励起光強度をゼロまたは所定以下にして増幅用ファイバを非励起状態にすると、増幅用ファイバでシード光が吸収され、波長変換光学素子３６に入射する第２パルス光Ｌp2のパワーが実質的にゼロになる。第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3についても同様であり、ファイバ光増幅器２３の増幅用ファイバを非励起状態にすると増幅用ファイバでシード光が吸収され、波長変換光学素子３６に入射する第３パルス光Ｌp3のパワーが実質的にゼロになる。
【００６１】
ここで、第１光源部Ｉから出力された第１パルス光Ｌp1と、第２光源部IIから出力された第２パルス光Ｌp2とを波長変換光学素子３６において重ね合わせるためには、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2のタイミングを調整する必要がある。そのため、第２光源部IIには、入射したシード光に遅延を与える遅延器４６が設けられている。遅延器４６は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、第２パルス光Ｌp2が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせて、波長変換光学素子３６における第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2との時間的な重ねあわせを行う。
【００６２】
第１光源部Ｉから出力された第１パルス光Ｌp1と、第３光源部IIIから出力された第３パルス光Ｌp3との波長変換光学素子３６における重ね合わせについても同様であり、第３光源部IIIには、入射したシード光に遅延を与える遅延器４７が設けられている。遅延器４７は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、第３パルス光Ｌp3が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせて、波長変換光学素子３６における第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3との時間的な重ねあわせを行う。遅延器４６，４７は、例えば、入射タイミングのずれに対応した長さのファイバ（遅延ファイバ）により構成することができる。
【００６３】
そのため、第２光源部IIのファイバ光増幅器２２を所定励起光強度の励起状態とし、第３光源部IIIのファイバ光増幅器２３を非励起状態にしたときに、図４に示すように、波長変換光学素子３６に第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが入射して重ね合わされ、波長変換光学素子３６から第１変換パルス光Ｌv1が出力される。また、第２光源部IIのファイバ光増幅器２２を非励起状態とし、第３光源部IIIのファイバ光増幅器２３を所定励起光強度の励起状態にしたときに、図５に示すように、波長変換光学素子３６に第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが入射して重ね合わされ、第２変換パルス光Ｌv2が出力される。
【００６４】
従って、制御装置８が上記のようにファイバ光増幅器２１、ファイバ光増幅器２２、及びファイバ光増幅器２３の作動を制御することにより、波長変換光学素子３６から出力される光を第１変換パルス光Ｌv1と第２変換パルス光Ｌv2とに切り換えることができる。本構成例では、ファイバ光増幅器２２，２３は常時シード光が入射された状態に維持され、第２ファイバ光増幅器２２及び第３ファイバ光増幅器２３の何れを励起状態とし他方を非励起状態に設定するかによって上記切り換えが行われる。そのため、シード光が入射しない状態でファイバ光増幅器が励起状態になることがない。従って、所謂ファイバ光増幅器の空焚きを防止することができ、ＡＳＥ光の増幅に起因した装置の損傷等を未然に防止することができる。
【００６５】
レーザ装置ＬＳ１においては、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1をレーザ装置ＬＳ１から出力する出力光としている。そのため、レーザ装置ＬＳ１には、分光素子４８により分離された第２変換パルス光Ｌv2を吸収するダンパー４９が設けられており、波長変換光学素子３６から出力される光が第２変換パルス光Ｌv2となる第２状態のときには、出力された第２変換パルス光Ｌv2がダンパー４９に吸収されるようになっている（図５を参照）。この構成により、制御装置８がファイバ光増幅器２２，２３の作動を制御することにより、レーザ装置ＬＳ１の出力光である波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1を高速でオン／オフすることができる。
【００６６】
また、レーザ装置ＬＳ１においては、波長変換光学素子３６に波長２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常時入射し、波長変換光学素子３６では、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1及び波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2のいずれかが発生した状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域は、第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってある一定温度に上昇した状態（温度偏差が小さい状態）に保持される。従って、従来では第１変換パルス光Ｌv1をオン／オフする際に生じていた位相不整合を大幅に減少させることができ、これにより、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性を改善することができる。
【００６７】
以上では、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とを重複させて第１変換パルス光Ｌv1を出力させる第１状態と、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とを重複させて第２変換パルス光Ｌv2を出力させる第２状態とに選択的に切り換える手段として、制御装置８が、波長変換光学素子３６に常時入射される第１パルス光Ｌp1に対し、第２パルス光Ｌp2を入射させる状態と、第３パルス光Ｌp3を入射させる状態とに切り換える構成を例示した。但し、第１状態と第２状態とに選択的に切り換える構成は、他の手段によっても実現することができる。他の手段として、第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3のタイミングを制御する形態が例示される。
【００６８】
この制御形態は、波長変換光学素子３６に入射する第１パルス光Ｌp1に対して、波長変換光学素子３６に入射する第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3のタイミングを変化させて、第１状態と第２状態とに選択的に切り換える手法である。図６に、この制御形態を説明するための説明図を示す。図６中の各図は、波長変換光学素子３６の結晶内における第１パルス光Ｌp1，第２パルス光Ｌp2，及び第３パルス光Ｌp3の波形を示しており、いずれも横軸は時間、縦軸はパルス光の強度である。
【００６９】
図６（ａ）は、第１変換パルス光Ｌv1を出力させる第１状態を示す。第１状態では、波長変換光学素子３６に入射する第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2の入射タイミングが合致し、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが波長変換光学素子３６において時間的に重なり合うように制御される。また、第３パルス光Ｌp3は、波長変換光学素子３６への入射タイミングが第１パルス光Ｌp1（及び第２パルス光Ｌp2）と合致せず、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複しないように制御される。そのため、波長変換光学素子３６では、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2との和周波発生によって波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、波長変換光学素子３６から出力される。
【００７０】
図６（ｂ）は、第２変換パルス光Ｌv2を出力させる第２状態を示す。第２状態では、波長変換光学素子３６に入射する第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3の入射タイミングが合致し、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが波長変換光学素子３６において時間的に重なり合うように制御される。また、第２パルス光Ｌp2は、波長変換光学素子３６への入射タイミングが第１パルス光Ｌp1（及び第３パルス光Ｌp3）と合致せず、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複しないように制御される。そのため、波長変換光学素子３６では、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3との和周波発生によって波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し、波長変換光学素子３６から出力される。
【００７１】
このような制御を実現する具体的な手法として、シード光発生部１２，１３から出力されるシード光の出力タイミングを制御する構成と、シード光発生部１２，１３から出力されたシード光が波長変換光学素子３６に入射する迄の途中経路でパルス光のタイミングを調整する構成が例示される。
【００７２】
シード光発生部１２，１３から出力されるシード光の出力タイミングを制御する構成では、波長変換光学素子３６に入射する第１パルス光Ｌp1を基準とする。制御装置８は、第１状態においては、波長変換光学素子３６において第２パルス光Ｌp2が第１パルス光Ｌp1と重なり合い、第３パルス光Ｌp3が第１パルス光Ｌp1と重複しないように、シード光発生部１２から出力されるシード光、及びシード光発生部１３から出力されるシード光のタイミングを制御する。同様に、第２状態においては、波長変換光学素子３６において第３パルス光Ｌp3が第１パルス光Ｌp1と重なり合い、第２パルス光Ｌp2が第１パルス光Ｌp1と重複しないように、シード光発生部１２から出力されるシード光、及びシード光発生部１３から出力されるシード光のタイミングを制御する。
【００７３】
具体的には、レーザ光源１２ａ，１３ａにおいて発生するレーザ光の発生タイミング、及び／または、レーザ光源１２ａ，１３ａにより発生されたレーザ光の一部を切り出す電気光学変調器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの切り出しタイミングを制御する構成が例示される。なお、このような制御形態の場合には、波長変換光学素子３６に入射する第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3のタイミングが制御装置８により直接的に制御されるため、前述した遅延器４６，４７は設けなくてもよい。
【００７４】
このような構成によれば、制御装置８が、シード光発生部１２，１３から出力されるシード光の出力タイミングを制御することにより、図６（ａ）に示したように、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複し、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複しない第１状態に設定することができる。同様に、制御装置８が、シード光発生部１２，１３から出力されるシード光の出力タイミングを制御することにより、図６（ｂ）に示したように、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複し、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複しない第２状態に設定することができる。
【００７５】
次に、シード光発生部１２，１３から出力されたシード光が波長変換光学素子３６に入射する迄の途中経路でパルス光のタイミングを調整する場合のレーザ装置の構成例を図７に示す。このレーザ装置ＬＳ１′では、第２光源部IIにおけるシード光発生部１２とファイバ光増幅器２２との間にタイミング調整器５０、第３光源部IIIにおけるシード光発生部１３とファイバ光増幅器２３との間にタイミング調整器６０が設けられる。タイミング調整器５０の構成を図８に、タイミング調整器６０の構成を図９に示す。
【００７６】
タイミング調整器５０は、シード光発生部１２から出力されたシード光を第１光路５１または第２光路５２に切り換える光スイッチ５３、第１光路５１に設けられた遅延器４６、第２光路５２に設けられた第２遅延器５６、及び第１光路５１と第２光路５２とを一体に結合するカプラ５９などから構成される。
【００７７】
遅延器４６は、既述した遅延器４６と同様のものである。すなわち、遅延器４６は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、第２パルス光Ｌp2が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせて、波長変換光学素子３６における第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2との時間的な重ねあわせを行う。一方、第２遅延器５６は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと、第２パルス光Ｌp2が波長変換光学素子３６に入射するタイミングとが一致せず、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複しないように、第２パルス光Ｌp2の波長変換光学素子３６への入射タイミングを遅らせる。
【００７８】
このため、光スイッチ５３により出力光路を第１光路５１としたときには、シード光発生部１２から出力されたシード光は遅延器４６を通ってファイバ光増幅器２２に入射し、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが時間的に重なり合った状態になる。一方、光スイッチ５３により出力光路を第２光路５２としたときには、シード光発生部１２から出力されたシード光は第２遅延器５６を通ってファイバ光増幅器２２に入射し、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複しない状態になる。
【００７９】
タイミング調整器６０は、タイミング調整器５０と同様に構成される。すなわち、タイミング調整器６０は、シード光発生部１３から出力されたシード光を第１光路６１または第２光路６２に切り換える光スイッチ６３、第１光路６１に設けられた遅延器４７、第２光路６２に設けられた第２遅延器６７、及び第１光路６１と第２光路６２とを一体に結合するカプラ６９などから構成される。
【００８０】
遅延器４７は、既述した遅延器４７と同様のものである。すなわち、遅延器４７は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと一致するように、第３パルス光Ｌp3が波長変換光学素子３６に入射するタイミングを遅らせて、波長変換光学素子３６における第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3との時間的な重ねあわせを行う。一方、第２遅延器６７は、第１パルス光Ｌp1が波長変換光学素子３６に入射するタイミングと、第３パルス光Ｌp3が波長変換光学素子３６に入射するタイミングとが一致せず、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複しないように、第３パルス光Ｌp3の波長変換光学素子３６への入射タイミングを遅らせる。
【００８１】
このため、光スイッチ６３により出力光路を第１光路６１としたときには、シード光発生部１３から出力されたシード光は遅延器４７を通ってファイバ光増幅器２３に入射し、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが時間的に重なり合った状態になる。一方、光スイッチ６３により出力光路を第２光路６２としたときには、シード光発生部１３から出力されたシード光は第２遅延器６７を通ってファイバ光増幅器２３に入射し、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複しない状態になる。
【００８２】
そして、制御装置８が、タイミング調整器５０における光スイッチ５３の出力光路を第１光路５１とし、タイミング調整器６０における光スイッチ６３の出力光路を第２光路６２としたときに、図６（ａ）に示したように、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが時間的に重なり合い、第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが重複しない第１状態になる。同様に、制御装置８が、光スイッチ５３の出力光路を第２光路５２とし、光スイッチ６３の出力光路を第１光路６１としたときに、図６（ｂ）に示したように、波長変換光学素子３６において第１パルス光Ｌp1と第３パルス光Ｌp3とが時間的に重なり合い、第１パルス光Ｌp1と第２パルス光Ｌp2とが重複しない第２状態になる。そして、第１状態で発生した波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1をレーザ装置ＬＳ１′の出力光とし、第２状態で発生した波長１９５ｍｍを第２変換パルス光Ｌv2をダンパー４９により吸収させることにより、出力光である第１変換パルス光Ｌv1をオン／オフすることができる。
【００８３】
従って、制御装置８が波長変換光学素子３６に入射する第２パルス光Ｌp2及び第３パルス光Ｌp3のタイミングを制御することにより、レーザ装置ＬＳ１′の出力光である第１変換パルス光Ｌv1を高速でオン／オフすることができる。また、本形態のレーザ装置ＬＳ１′においても、波長変換光学素子３６に波長２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常時入射し、波長変換光学素子３６は、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1及び波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2のいずれかが発生された状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域は、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってある一定温度に上昇した状態に保持される。従って、従来では第１変換パルス光Ｌv1ををオン／オフする際に生じていた位相不整合を大幅に減少させることができ、これにより、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性を改善することができる。
【００８４】
既述したレーザ装置ＬＳ１について、波長変換光学素子３６を中心として構成を簡明化した構成図を図１０(ａ)に示す。また、λ1〜λ5、すなわち下記パルス光の波長及び波長変換光学素子３６への入射状態を、出力光（バースト発光）のオン／オフについてまとめた表を図１０(ｂ)に示す。図１０(ｂ)には、各パルス光が波長変換光学素子３６において常光線（ｏ：ordinary  ray）であるか、異常光線(ｅ：extra-ordinary  ray)であるかを付記している。なお、各パルス光の波長については、少数点以下の第１位を四捨五入して説明する。
λ1（第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1の波長）：２２１ｎｍ
λ2（第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2の波長）：１５４７ｎｍ
λ3（第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3の波長）：１６７５ｎｍ
λ4（波長変換光学素子３６で発生する第１変換パルス光Ｌv1の波長）：１９３ｎｍ
λ5（波長変換光学素子３６で発生する第２変換パルス光Ｌv2の波長）：１９５ｎｍ
【００８５】
図１０(ｂ)においてバースト発光がオン（Ｏｎ）の状態は、既述した第１状態に該当する。この状態では、波長変換光学素子３６に、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第２光源部IIから出力されたλ2＝１５４７ｎｍの第２パルス光Ｌp2が常光線で入射する。波長変換光学素子３６はＣＬＢＯ結晶であり、上記パルス光Ｌp1，Ｌp2の和周波発生においてタイプＩの位相整合条件を満たすように、結晶光軸に対してカット角６１．６度で切り出されている。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ2＝λ4の和周波発生によりλ4＝１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、レーザ装置ＬＳ１から出力される。
【００８６】
図１０(ｂ)においてバースト発光がオフ（Ｏff）の状態は、既述した第２状態に該当する。この状態では、波長変換光学素子３６に、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第３光源部IIIから出力されたλ3＝１６７５ｎｍの第３パルス光Ｌp3が異常光線で入射する。第３パルス光Ｌp3の波長λ3＝１６７５ｎｍは、カット角６１．６度で切り出されたＣＬＢＯ結晶において、第１パルス光Ｌp1との和周波発生を行う際にタイプIIの位相整合条件を満たす波長である。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ3＝λ5の和周波発生によりλ5＝１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生する。但し、発生した第２変換パルス光Ｌv2は分光素子４８を介してダンパー４９に吸収され、レーザ装置ＬＳ１から出力されない。
【００８７】
このようにして、レーザ装置ＬＳ１の出力光であるλ4＝１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフされる。波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態においても、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1または波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域では、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってある一定温度に上昇した状態に保持される。
【００８８】
以上では、波長変換光学素子３６としてＣＬＢＯ結晶を用いた場合を説明したが、本発明を適用することにより、波長変換光学素子３６として他の非線形光学結晶を用いても、ビーム透過領域の温度を一定温度に上昇した状態に保持して、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1をオン／オフすることができる。他の非線形光学結晶を用いた第２構成形態のレーザ装置ＬＳ２を、図１０と同様にまとめた図及び表を図１１に示す。
【００８９】
図１１(ａ)は、図１０(ａ)と同様に、波長変換光学素子３６を中心として構成を簡明化した構成図である。図１１(ｂ)についても図１０(ｂ)と同様であり、上記した各パルス光の波長及び波長変換光学素子３６への入射状態を、バースト発光のオン／オフについてまとめた表である。本構成形態のレーザ装置ＬＳ２は、波長変換光学素子３６としてＢＢＯ結晶を用い、第３光源部IIIから波長１６６５ｎｍの第３パルス光Ｌp3を出力させる場合を示す。各パルス光の波長λ1〜λ5を以下に示す。
λ1（第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1の波長）：２２１ｎｍ
λ2（第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2の波長）：１５４７ｎｍ
λ3（第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3の波長）：１６６５ｎｍ
λ4（波長変換光学素子３６で発生する第１変換パルス光Ｌv1の波長）：１９３ｎｍ
λ5（波長変換光学素子３６で発生する第２変換パルス光Ｌv2の波長）：１９５ｎｍ
【００９０】
バースト発光がオン（Ｏｎ）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第２光源部IIから出力されたλ2＝１５４７ｎｍの第２パルス光Ｌp2が常光線で入射する。波長変換光学素子３６はＢＢＯ結晶であり、上記パルス光Ｌp1，Ｌp2の和周波発生においてタイプＩの位相整合条件を満たすように、結晶光軸に対してカット角４７．７度で切り出されている。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ2＝λ4の和周波発生によりλ4＝１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、レーザ装置ＬＳ２から出力される。
【００９１】
バースト発光がオフ（Ｏff）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝２２１ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第３光源部IIIから出力されたλ3＝１６６５ｎｍの第３パルス光Ｌp3が異常光線で入射する。第３パルス光Ｌp3の波長λ3＝１６６５ｎｍは、カット角４７．７度で切り出されたＢＢＯ結晶において、第１パルス光Ｌp1との和周波発生を行う際にタイプIIの位相整合条件を満たす波長である。そのため、波長変換光学素子３６においてはλ1＋λ3＝λ5の和周波発生によりλ5＝１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生する。但し、波長変換光学素子３６で発生した第２変換パルス光Ｌv2は分光素子４８を介してダンパー４９に吸収され、レーザ装置ＬＳ２から出力されない。
【００９２】
このようにして、レーザ装置ＬＳ２の出力光であるλ4＝１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフされる。波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態においても、波長１９３ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1または波長１９５ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６では、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってビーム透過領域の温度がある一定温度に上昇した状態に保持される。従って、本構成形態のレーザ装置ＬＳ２においても既述した各レーザ装置ＬＳ１と同様に、第１変換パルス光Ｌv1をオン／オフする際に生じていた位相不整合を大幅に減少させることができ、これにより、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性を改善することができる。
【００９３】
以上、オン／オフ制御される第１変換パルス光Ｌv1の波長をλ4＝１９３ｎｍとした場合について説明してきたが、本発明は、第１変換パルス光Ｌv1の波長が１９３ｎｍの場合に限られるものではない。以下では、第１変換パルス光Ｌv1の波長λ4が１９３ｎｍ以外の構成例について図１２を参照しながら簡潔に説明する。ここで、図１２(ａ)は、図１０(ａ)及び図１１(ａ)と同様に、波長変換光学素子３６を中心とする簡明化した構成図である。図１２(ｂ)についても図１０(ｂ)及び図１１(ｂ)と同様に、各パルス光の波長及び波長変換光学素子３６への入射状態を、バースト発光のオン／オフについてまとめた表である。図１２(ｂ)においては、第３構成形態のレーザ装置ＬＳ３として、３種類のレーザ装置ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂ，ＬＳ３ｃの構成例をまとめて記載している。なお、既述した構成形態と同様、各パルス光の波長については少数点以下の第１位を四捨五入して説明する。
【００９４】
図１２(ｂ)に示す第１構成例のレーザ装置ＬＳ３ａにおいては、波長変換光学素子３６としてＢＢＯ結晶を用いる。各パルス光の波長λ1〜λ5を以下に示す。
λ1（第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1の波長）：５１６ｎｍ
λ2（第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2の波長）：７７４ｎｍ
λ3（第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3の波長）：１１００ｎｍ
λ4（波長変換光学素子３６で発生する第１変換パルス光Ｌv1の波長）：３０９ｎｍ
λ5（波長変換光学素子３６で発生する第２変換パルス光Ｌv2の波長）：３５１ｎｍ
【００９５】
バースト発光がオン（Ｏｎ）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝５１６ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第２光源部IIから出力されたλ2＝７７４ｎｍの第２パルス光Ｌp2が常光線で入射する。波長変換光学素子３６はＢＢＯ結晶であり、上記パルス光Ｌp1，Ｌp2の和周波発生においてタイプＩの位相整合条件を満たすように、結晶光軸に対してカット角３８．３度で切り出されている。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ2＝λ4の和周波発生によりλ4＝３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、レーザ装置ＬＳ３ａから出力される。
【００９６】
バースト発光がオフ（Ｏff）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝５１６ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第３光源部IIIから出力されたλ3＝１１００ｎｍの第３パルス光Ｌp3が異常光線で入射する。第３パルス光Ｌp3の波長λ3＝１１００ｎｍは、カット角３８．３度で切り出されたＢＢＯ結晶において、第１パルス光Ｌp1との和周波発生を行う際にタイプIIの位相整合条件を満たす波長である。そのため、波長変換光学素子３６においてはλ1＋λ3＝λ5の和周波発生によりλ5＝３５１ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生する。但し、波長変換光学素子３６で発生した第２変換パルス光Ｌv2は分光素子４８を介してダンパー４９に吸収され、レーザ装置ＬＳ３ａから出力されない。
【００９７】
このようにして、レーザ装置ＬＳ３ａの出力光であるλ4＝３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフされる。波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態においても、波長３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1または波長３５１ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６では、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってビーム透過領域の温度がある一定温度に上昇した状態に保持される。
【００９８】
図１２(ｂ)に示す第２構成例のレーザ装置ＬＳ３ｂにおいては、波長変換光学素子３６としてＣＬＢＯ結晶を用いる。各パルス光の波長λ1〜λ5を以下に示す。
λ1（第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1の波長）：７７４ｎｍ
λ2（第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2の波長）：５１６ｎｍ
λ3（第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3の波長）：９４８ｎｍ
λ4（波長変換光学素子３６で発生する第１変換パルス光Ｌv1の波長）：３０９ｎｍ
λ5（波長変換光学素子３６で発生する第２変換パルス光Ｌv2の波長）：４２６ｎｍ
【００９９】
バースト発光がオン（Ｏｎ）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝７７４ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第２光源部IIから出力されたλ2＝５１６ｎｍの第２パルス光Ｌp2が常光線で入射する。波長変換光学素子３６はＣＬＢＯ結晶であり、上記パルス光Ｌp1，Ｌp2の和周波発生においてタイプＩの位相整合条件を満たすように、結晶光軸に対してカット角４７．７度で切り出されている。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ2＝λ4の和周波発生によりλ4＝３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、レーザ装置ＬＳ３ｂから出力される。
【０１００】
バースト発光がオフ（Ｏff）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝７７４ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第３光源部IIIから出力されたλ3＝９４８ｎｍの第３パルス光Ｌp3が異常光線で入射する。第３パルス光Ｌp3の波長λ3＝９４８ｎｍは、カット角４７．７度で切り出されたＣＬＢＯ結晶において、第１パルス光Ｌp1との和周波発生を行う際にタイプIIの位相整合条件を満たす波長である。そのため、波長変換光学素子３６においてはλ1＋λ3＝λ5の和周波発生によりλ5＝４２６ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生する。但し、波長変換光学素子３６で発生した第２変換パルス光Ｌv2は分光素子４８を介してダンパー４９に吸収され、レーザ装置ＬＳ３ｂから出力されない。
【０１０１】
このようにして、レーザ装置ＬＳ３ｂの出力光であるλ4＝３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフされる。波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態においても、波長３０９ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1または波長４２６ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域は、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってビーム透過領域の温度がある一定温度に上昇した状態に保持される。
【０１０２】
図１２(ｃ)に示す第３構成例のレーザ装置ＬＳ３ｃにおいては、波長変換光学素子３６としてＣｌＢＯ結晶を用いる。各パルス光の波長λ1〜λ5を以下に示す。
λ1（第１光源部Ｉから出力される第１パルス光Ｌp1の波長）：３０９ｎｍ
λ2（第２光源部IIから出力される第２パルス光Ｌp2の波長）：７７４ｎｍ
λ3（第３光源部IIIから出力される第３パルス光Ｌp3の波長）：９５８ｎｍ
λ4（波長変換光学素子３６で発生する第１変換パルス光Ｌv1の波長）：２２１ｎｍ
λ5（波長変換光学素子３６で発生する第２変換パルス光Ｌv2の波長）：２３４ｎｍ
【０１０３】
バースト発光がオン（Ｏｎ）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝３０９ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第２光源部IIから出力されたλ2＝７７４ｎｍの第２パルス光Ｌp2が常光線で入射する。波長変換光学素子３６はＣＬＢＯ結晶であり、上記パルス光Ｌp1，Ｌp2の和周波発生においてタイプＩの位相整合条件を満たすように、結晶光軸に対してカット角８２．８度で切り出されている。そのため、波長変換光学素子３６においてλ1＋λ2＝λ4の和周波発生によりλ4＝２２１ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1が発生し、レーザ装置ＬＳ３ｃから出力される。
【０１０４】
バースト発光がオフ（Ｏff）の状態では、波長変換光学素子３６には、第１光源部Ｉから出力されたλ1＝３０９ｎｍの第１パルス光Ｌp1が常光線、第３光源部IIIから出力されたλ3＝９５８ｎｍの第３パルス光Ｌp3が異常光線で入射する。第３パルス光Ｌp3の波長λ3＝９５８ｎｍは、カット角８２．８度で切り出されたＣＬＢＯ結晶において、第１パルス光Ｌp1との和周波発生を行う際にタイプIIの位相整合条件を満たす波長である。そのため、波長変換光学素子３６においてはλ1＋λ3＝λ5の和周波発生によりλ5＝２３４ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生する。但し、波長変換光学素子３６で発生した第２変換パルス光Ｌv2は分光素子４８を介してダンパー４９に吸収され、レーザ装置ＬＳ３ｂから出力されない。
【０１０５】
このようにして、レーザ装置ＬＳ３ｃの出力光であるλ4＝２２１ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフされる。波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態においても、波長２２１ｎｍの第１変換パルス光Ｌv1または波長２３４ｎｍの第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域は、透過する第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によってビーム透過領域の温度がある一定温度に上昇した状態に保持される。
【０１０６】
このように、レーザ装置ＬＳ３（ＬＳ３ａ〜ＬＳ３ｃ）にあっても、出力光である第１変換パルス光Ｌv1がオン／オフいずれの状態であるかにかかわらず、波長変換光学素子３６では、第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2が発生し透過する状態になる。そのため、波長変換光学素子３６のビーム透過領域は、第１変換パルス光Ｌv1または第２変換パルス光Ｌv2の吸収によって温度がある一定温度に上昇した状態（温度偏差が小さい状態）に保持される。
【０１０７】
以上説明した各構成例から明らかなように、本発明の態様のレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１〜ＬＳ３）は、出力される第１変換パルス光Ｌv1の波長にかかわらず、第１変換パルス光Ｌv1をオン／オフする際に生じていた位相不整合を減少させることができ、これにより、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性を改善することができる。
【０１０８】
なお、以上では、第１変換パルス光Ｌv1及び第２変換パルス光Ｌv2のいずれか一方（本構成形態においては第１変換パルス光Ｌv1）をレーザ装置ＬＳから出射する構成を説明した。しかし、本技術は第１変換パルス光Ｌv1及び第２変換パルス光Ｌv2の両者をレーザ装置ＬＳから出射する構成（例えば、出力光の波長を高速で切り換える構成）にも適用することができる。この場合、分光素子４８により分光された第１変換パルス光Ｌv1と第２変換パルス光Ｌv2とを、各々異なる光路で導光して同一または異なるシステムで利用することができるほか、分光素子４８を設けずに同一光路で導光し、照射光の波長を高速で切り換えるシステム等に利用することができる。このような構成によれば、異なる波長の光を高速で切り換え、且つ各変換パルス光について立ち上がり特性が良好なレーザ装置を提供することができる。
【０１０９】
以上説明したレーザ装置ＬＳ（ＬＳ１〜ＬＳ３）は、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光造形装置や露光装置等の光加工装置検査装置、治療装置等のシステムに好適に適用できる。
【０１１０】
レーザ装置ＬＳ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エ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１３を参照して説明する。露光装置１００は、原理的には写真製版と同様であり、石英ガラス製のフォトマスク１１３に精密に描かれたデバイスパターンを、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１１５に光学的に投影して転写する。
【０１１１】
露光装置１００は、既述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系１０２と、フォトマスク１１３を保持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物１１５を保持する露光対象物支持テーブル１０５と、露光対象物支持テーブル１０５を水平面内で移動させる駆動機構１０６とを備えて構成される。照明光学系１０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力された第１変換パルス光Ｌv1を、マスク支持部１０３に保持されたフォトマスク１１３に照射する。投影光学系１０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク１１３を透過した光を露光対象物支持テーブル上の露光対象物１１５に投影する。
【０１１２】
このような構成の露光装置１００においては、レーザ装置ＬＳから出力された第１変換パルス光Ｌv1が照明光学系１０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光がマスク支持台１０３に保持されたフォトマスク１１３に照射される。フォトマスク１１３を通過した光はフォトマスク１１３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１０４を介して露光対象物支持テーブル１０５に保持された露光対象物１１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク１１３のデバイスパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物１１５の上に所定倍率で結像露光される。
【０１１３】
このような露光装置１００は、露光に用いられる第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性が改善されたレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり時の微少なパワー変動による誤差要因をも排除して、微細且つ高精度のフォトグラフィを実行可能な露光装置を提供することができる。
【０１１４】
次に、レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２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１４を参照して説明する。図示する検査装置２００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物２１３に描かれた微細なデバイスパターンの検査に好適に使用される。
【０１１５】
検査装置２００は、既述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系２０２と、被検物２１３を保持する被検物支持台２０３と、投影光学系２０４と、被検物２１３からの光を検出するＴＤＩ(Time  Delay  Integration)センサ２１５と、被検物支持台２０３を水平面内で移動させる駆動機構２０６とを備えて構成される。照明光学系２０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力された第１変換パルス光Ｌv1を、所定光束に調整して被検物支持部２０３に保持された被検物２１３に照射する。投影光学系２０４も複数のレンズ群により構成され、被検物２１３を透過した光をＴＤＩセンサ２１５に投影する。
【０１１６】
このような構成の検査装置２００においては、レーザ装置ＬＳから出力された第１変換パルス光Ｌv1が照明光学系２０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光が被検物支持台２０３に保持されたフォトマスク等の被検物２１３に照射される。被検物２１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物２１３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２０４を介してＴＤＩセンサ２１５に投影され結像する。このとき、駆動機構２０６による被検物支持台２０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ２１５の転送クロックとは同期して制御される。
【０１１７】
そのため、被検物２１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ２１５により検出され、このようにして検出された被検物２１３の検出画像と、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、被検物に描かれた微細パターンの欠陥が抽出される。なお、被検物２１３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２０４に入射してＴＤＩセンサ２１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【０１１８】
このような検査装置２００は、検査に用いられる第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり特性が改善されたレーザ装置ＬＳを備えている。そのため、第１変換パルス光Ｌv1の立ち上がり時の微少なパワー変動による誤差要因をも排除して、高精度の測定が可能な検査装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
ＬＳ  レーザ装置
ＬＳ１，  第１構成形態のレーザ装置
ＬＳ１′  第１構成形態の変更例のレーザ装置
ＬＳ２  第２構成形態のレーザ装置
ＬＳ３（ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂ、ＬＳ３ｃ）  第３構成形態のレーザ装置
Ｌp1  第１パルス光（第１波長のパルス光）
Ｌp2  第２パルス光（第２波長のパルス光）
Ｌp3  第３パルス光（第３波長のパルス光）
Ｌv1  第１変換パルス光
Ｌv2  第２変換パルス光
Ｉ  第１光源部
II  第２光源部
III  第３光源部
８  制御部
１１  シード光発生部（１１ａ  レーザ光源、１１ｂ  電気光学変調器）
１２  シード光発生部（１２ａ  レーザ光源、１２ｂ  電気光学変調器）
１３  シード光発生部（１３ａ  レーザ光源、１３ｂ  電気光学変調器）
２１ａ，２１ｂ  ファイバ光増幅器
２２  ファイバ光増幅器
２３  ファイバ光増幅器
３１〜３６  波長変換光学素子
４８  分光素子
４９  ダンパー
１００  露光装置
１０２  照明光学系
１０３  マスク支持台
１０４  投影光学系
１０５  露光対象物支持テーブル
１１３  フォトマスク
１１５  露光対象物
２００  検査装置
２０２  照明光学系
２０３  被検物支持台
２０４  投影光学系
２１３  被検物
２１５  ＴＤＩセンサ（検出器）
【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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【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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