(57)【要約】【課題】高パワーで、コヒーレント性の高い略１９３ｎｍのレーザ光を得る。【解決手段】第１の波長の光を出射する第１のレーザ光源と、チタンサファイアレーザと、複数の波長変換素子とを備え、前記チタンサファイアレーザから出射される波長の１／４となる第２の波長の光を出射する第２のレーザ光源と、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を入射させることにより、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光の和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、を備えてもよい。【選択図】図２
2013222173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を出射する第１のレーザ光源と、
チタンサファイアレーザと、複数の波長変換素子とを備え、前記チタンサファイアレーザから出射される波長の１／４となる第２の波長の光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を入射させることにより、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光の和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、
を備えるレーザ光源。
【請求項２】
第１の波長の光を出射するファイバーレーザ増幅器を含む第１のレーザ光源と、
第２の波長の光を出射するファイバーレーザ増幅器を含む第２のレーザ光源と、
複数の波長変換素子を備え、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を入射させることにより、前記第１の波長の１／４となる波長の光と前記第２の波長の１／２となる波長の光との和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換部と、
を備えるレーザ光源。
【請求項３】
ファイバーレーザ増幅器を含むレーザ光源と、
複数の波長変換素子を備え、前記レーザ光源より出射された光を入射させることにより、前記レーザ光源より出射される波長の１／６の波長となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、
を備えるレーザ光源。
【請求項４】
第１の波長の光を出射する第１のレーザ光源と、
チタンサファイアレーザと、複数の波長変換素子とを含み、前記チタンサファイアレーザから出射される波長の１／３となる第２の波長の光を出射する第２のレーザ光源と、
第１の波長の光と第２の波長の光を入射させることにより、第１の波長の光と第２の波長の光の和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、
を備えるレーザ光源。
【請求項５】
ファブリペロー共振器を備え共振器長がLである共振器と、
Ｔｃａｖｉｔｙ＝２ｎＬ／Ｃとした場合（ｎ：屈折率、Ｃ：光速）、パルス幅τ０が、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．２７であって、略１９３ｎｍの波長の光を前記共振器に入射させるマスタオシレータと、
を備えるレーザ光源。
【請求項６】
リング共振器を備え前記リング共振器の１周の光路長がLである共振器と、
Ｔｃａｖｉｔｙ＝ｎＬｒ／Ｃとした場合（ｎ：屈折率、Ｃ：光速）、パルス幅τ０が、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．２７であって、略１９３ｎｍの波長の光を前記共振器に入射させるマスタオシレータと、
を備えるレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィプロセスに使用される典型的な紫外線光源エキシマレーザとしては、波長が略２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザと波長が略１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等がある。
【０００３】
このような、ＡｒＦエキシマレーザの殆どは、発振段レーザと増幅段を含む２ステージレーザシステムとして市場に供給されている。２ステージのＡｒＦエキシマレーザシステムの発振段レーザと増幅段の共通する主要な構成を説明する。発振段レーザは第１チャンバを有し、増幅段は第２チャンバを有する。それらの第１、第２チャンバ内にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅの混合ガス）が封入されている。発振段レーザと増幅段はまた、レーザガスを励起するために電気エネルギーを供給する電源を有する。発振段レーザと増幅段とはそれぞれ電源を有することができるが、１台の電源を共有することもできる。第１チャンバ内には、それぞれが電源に接続された第１アノードと第１カソードとを含む第１放電電極が設置され、第２チャンバ内にも同様にそれぞれが電源に接続された第２アノードと第２カソードとを含む第２放電電極が設置されている。
【０００４】
発振段レーザ特有の構成は、例えば狭帯域モジュールである。狭帯域モジュールは典型的にはひとつのグレーティングと少なくともひとつのプリズムビームエキスパンダとを含む。半透過ミラーとグレーティングとが光共振器を構成し、これらの半透過ミラーとグレーティングとの間に発振段レーザの第１チャンバが設置されている。
【０００５】
第１放電電極の第１アノードと第１カソードとの間に放電が発生されるとレーザガスが励起されて、その励起エネルギーを放出する際に光が発生する。その光が狭帯域モジュールによって波長選択されたレーザ光となって発振段レーザから出力される。
【０００６】
増幅段が共振器構造を含むレーザである場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＯと言い、増幅段が共振器構造を含まずレーザではない場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＡと言う。発振段レーザからのレーザ光が増幅段の第２チャンバ内に存在するときに、第２放電電極の第２アノードと第２カソードとの間に放電を発生させる制御が行なわれる。これにより第２チャンバ内のレーザガスが励起されて、レーザ光が増幅されて増幅段から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５３１７６号公報
【特許文献２】特開２００７−８６１０８号公報
【特許文献３】特開２００７−２０６４５２号公報
【概要】
【０００８】
レーザ装置は、第１の波長の光を出射する第１のレーザ光源と、チタンサファイアレーザと、複数の波長変換素子とを備え、前記チタンサファイアレーザから出射される波長の１／４となる第２の波長の光を出射する第２のレーザ光源と、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を入射させることにより、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光の和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、を備えてもよい。
【０００９】
また、レーザ装置は、第１の波長の光を出射するファイバーレーザ増幅器を含む第１のレーザ光源と、第２の波長の光を出射するファイバーレーザ増幅器を含む第２のレーザ光源と、複数の波長変換素子を備え、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を入射させることにより、前記第１の波長の１／４となる波長の光と前記第２の波長の１／２となる波長の光との和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換部と、を備えてもよい。
【００１０】
また、レーザ装置は、ファイバーレーザ増幅器を含むレーザ光源と、複数の波長変換素子を備え、前記レーザ光源より出射された光を入射させることにより、前記レーザ光源より出射される波長の１／６の波長となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、を備えてもよい。
【００１１】
また、レーザ装置は、第１の波長の光を出射する第１のレーザ光源と、チタンサファイアレーザと、複数の波長変換素子とを含み、前記チタンサファイアレーザから出射される波長の１／３となる第２の波長の光を出射する第２のレーザ光源と、第１の波長の光と第２の波長の光を入射させることにより、第１の波長の光と第２の波長の光の和周波となる略１９３ｎｍの波長の光を出射する波長変換素子と、を備えてもよい。
【００１２】
また、レーザ装置は、ファブリペロー共振器を備え共振器長がLである共振器と、Ｔｃａｖｉｔｙ＝２ｎＬ／Ｃとした場合（ｎ：屈折率、Ｃ：光速）、パルス幅τ０が、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．２７であって、略１９３ｎｍの波長の光を前記共振器に入射させるマスタオシレータと、を備えてもよい。
【００１３】
また、レーザ装置は、リング共振器を備え前記リング共振器の１周の光路長がLである共振器と、Ｔｃａｖｉｔｙ＝ｎＬ／Ｃとした場合（ｎ：屈折率、Ｃ：光速）、パルス幅τ０が、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．２７であって、略１９３ｎｍの波長の光を前記共振器に入射させるマスタオシレータと、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】本開示のレーザ装置の構造図
【図２】本開示のレーザ装置における実施形態１の固体光源の構造図
【図３】本開示のレーザ装置における実施形態１の固体光源の説明図
【図４】本開示のレーザ装置に用いられるチタンサファイアレーザの構造図
【図５】本開示のレーザ装置に用いられる他のチタンサファイアレーザの構造図
【図６】本開示のレーザ装置に用いられる第１のレーザ光源部の構造図
【図７】本開示のレーザ装置における実施形態２の固体光源の構造図
【図８】本開示のレーザ装置における実施形態２の固体光源の説明図
【図９】本開示のレーザ装置における実施形態３の固体光源の構造図
【図１０】本開示のレーザ装置における実施形態４の固体光源の構造図
【図１１】本開示のレーザ装置における実施形態５の固体光源の構造図
【図１２】本開示のレーザ装置における実施形態５の固体光源の説明図
【図１３】注入光学系より注入されるレーザ光のビーム形状の説明図（１）
【図１４】注入光学系より注入されるレーザ光のビーム形状の説明図（２）
【図１５】注入光学系より注入されるレーザ光のパルス幅の説明図（１）
【図１６】注入光学系より注入されるレーザ光のパルス幅の説明図（２）
【図１７】注入光学系より注入されるレーザ光のパルス幅の説明図（３）
【図１８】注入光学系より注入されるレーザ光のパルス幅の説明図（４）
【図１９】レーザ光がτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．１８の場合の出力の強度分布の説明図
【図２０】レーザ光がτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．２７の場合の出力の強度分布の説明図
【図２１】レーザ光がτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．５の場合の出力の強度分布の説明図
【図２２】τ０／Ｔｃａｖｉｔｙと出力のピーク強度との相関図
【図２３】注入されるレーザ光のパルス幅が調整可能な固体光源の構造図
【図２４】注入されるレーザ光のパルス幅が調整可能な固体光源の説明図
【実施形態】
【００１５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１６】
目次
１．用語の説明
２．レーザ装置の全体説明
２．１  構成
２．２  動作
３．固体光源の説明
３．１  実施形態１の固体光源
３．２  実施形態２の固体光源
３．３  実施形態３の固体光源
３．４  実施形態４の固体光源
３．５  実施形態５の固体光源
４．注入されるレーザ光
４．１．注入されるレーザ光の形状
４．２．注入されるレーザ光のパルス幅
４．３．注入されるレーザ光のパルス幅の調整
【００１７】
１．用語の説明
最初に、本開示において使用される用語について、以下のように定義する。
【００１８】
本開示では、レーザ光の進行方向がＺ方向と定義される。また、このＺ方向と垂直な一方向がＸ方向と定義され、Ｘ方向およびＺ方向と垂直な方向がＹ方向と定義される。レーザ光の進行方向がＺ方向であるが、説明において、Ｘ方向とＹ方向は言及するレーザ光の進行方向によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＸ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＸ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｙ方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＹ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＹ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｘ方向は変化しない。なお、理解のために各図では、図示されている光学素子のうち、最上流に位置する光学素子に入射するレーザ光と、最下流に位置する光学素子から出射するレーザ光とのそれぞれに対して、座標系が適宜図示される。また、その他の光学素子に対して入射するレーザ光の座標系は、必要に応じて適宜図示される。
【００１９】
また、本開示では、ＫＢＢＦとは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。ＬＢＯとは、化学式ＬｉＢ３Ｏ５で表される非線形光学結晶である。ＢＢＯとは、化学式β−ＢａＢ２Ｏ４で表される非線形光学結晶である。ＣＬＢＯとは、化学式ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０で表される非線形光学結晶である。ＹＡＧとは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Yttrium  Aluminum  Garnet）である。ＹＡＰとは、ＹＡｌＯ３（Yttrium  Aluminium  Perovskite）である。ＹＬＦとは、ＹＬｉＦ４（Yttrium  Lithium  fluoride）である。バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。尚、ω、ω１、ω２は光の角周波数を示すものであり、光源等によって異なる値を示す。
【００２０】
２．レーザ装置の全体説明
２．１  構成
図１に本開示におけるレーザ装置の概略を示す。このレーザ装置は、固体光源１０と、注入光学系２０と、増幅器３０と、制御部４０等を備えていてもよい。固体光源１０は、略１９３ｎｍ等の波長のレーザ光を出射するものであってもよい。また、固体光源１０は、不図示のコリメートレンズ等の光学部材を備えたものであってもよい。
【００２１】
注入光学系２０は、固体光源１０から出射されたレーザ光におけるビーム形状の整形を行なうものであってもよい。このため、注入光学系２０においては、レンズ２１及び２２を含むビーム整形用シリンドリカルレンズ対を備えていてもよい。
【００２２】
増幅器３０は、ＡｒＦエキシマ増幅器等であってもよい。具体的には、部分反射ミラー３１と、アウトプットカプラ３２と、エキシマチャンバー３３とを備え、部分反射ミラー３１とアウトプットカプラ３２との間に、エキシマチャンバー３３が設置されるものであってもよい。エキシマチャンバー３３は、Ａｒ、Ｆ２等のガスが入れられているものであってもよく、また、入射ウィンドウ３４と、出射ウィンドウ３５と、放電をさせるための電極３６及び３７を備えているものであってもよい。尚、部分反射ミラー３１とアウトプットカプラ３２により共振器が形成されている。
【００２３】
制御部４０は、固体光源１０からの出射レーザ光が電極３６と３７の間の空間にあるときに、増幅器３０において電極３６と電極３７に電圧が印加されるように同期がとられているものであってもよい。
【００２４】
２．２  動作
図１に示されるレーザ装置においては、固体光源１０よりレーザ光が出射され、出射されたレーザ光は注入光学系２０においてレーザ光のビーム形状が所望の形状となるように整形されて、注入光学系２０より出射されてもよい。注入光学系２０より出射されたレーザ光は、増幅器３０に部分反射ミラー３１及び入射ウィンドウ３４を介してエキシマチャンバー３３内に入射するものであってもよい。エキシマチャンバー３３内では、電極３６と電極３７との間に電圧を印加することにより放電を生じさせ、固体光源１０から入射したレーザ光を増幅し、出射ウィンドウ３５及びアウトプットカプラ３２を介し出射するものであってもよい。
【００２５】
３．固体光源の説明
３．１  実施形態１の固体光源
次に、本開示のレーザ装置における実施形態１の固体光源について説明する。この固体光源は、マスタオシレータとなるものであり、図１に示される固体光源１０に相当するものであってもよい。この固体光源は、図２に示されるように、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部１２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０等とを備えたものであってもよい。
【００２６】
第１のレーザ光源部１１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザであって、波長が１３４２ｎｍ（λ１）の光を出射するものであってもよい。また、第１のレーザ光源部１１０は、６ｋＨｚ動作において、２Ｗ以上の出力が得られるものであってもよい。
【００２７】
第２のレーザ光源部１２０は、チタンサファイアレーザ（Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザ）１２１と、第１の波長変換素子１２２と、第２の波長変換素子１２３とを備えたものであってもよい。チタンサファイアレーザ１２１は、波長が９０４ｎｍ（λ２Ａ）の光を出射するものであってもよい。尚、ここでは、角周波数ωに相当する波長が波長λ２Ａであるものとして説明する。チタンサファイアレーザ１２１は、ゲイン帯域が広く波長が６５０ｎｍから１１００ｎｍまでの間で発振させることができるため、波長９０４ｎｍ（λ２Ａ）においても容易に発振させることができる。また、チタンサファイアレーザ１２１は、６ｋＨｚ動作において、１０Ｗ以上の出力が得られることが予想されるものであってもよい。
【００２８】
また、第１の波長変換素子１２２は、入射した波長が９０４ｎｍ（λ２Ａ）の光を波長変換し波長が４５２ｎｍ（λ２Ｂ）の光として出射する結晶であってもよく、具体的には、ＳＨＧ（Second  harmonic  generation：第二次高調波発生）素子であってもよい。第１の波長変換素子１２２は、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。
【００２９】
また、第２の波長変換素子１２３は、入射した波長が４５２ｎｍ（λ２Ｂ）の光を波長変換し波長が２２６ｎｍ（λ２Ｃ）の光として出射する結晶であってもよく、具体的には、ＳＨＧ素子であってもよい。第２の波長変換素子１２３は、ＢＢＯ、ＫＢＢＦ等により形成されているものであってもよい。このように、第１の波長変換素子１２２及び第２の波長変換素子１２３は、チタンサファイアレーザ１２１より出射された周波数ω、波長９０４ｎｍ（λ２Ａ）のレーザ光を周波数４ω、波長２２６ｎｍ（λ２Ｃ）のレーザ光へ変換して出射するものであってもよい。尚、波長２２６ｎｍ（λ２Ｃ）は、波長９０４ｎｍ（λ２Ａ）の１／４の波長である。
【００３０】
また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、波長２２６ｎｍ（λ２Ｃ）のレーザ光とを入射させることにより、波長λ１とλ２Ｃとの和周波である波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍのレーザ光が出射されるものであってもよい。即ち、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、入射した第１のレーザ光源部１１０からの波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、第２のレーザ光源部１２０からの波長２２６ｎｍ（λ２Ｃ）のレーザ光より、波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍの光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、ＣＬＢＯまたはＢＢＯ等により形成されているものであってもよい。
【００３１】
尚、このレーザ装置では、第２のレーザ光源部１２０において、パワーが高く、また、コヒーレンス性も高い、チタンサファイアレーザ１２１（Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザ）１２１を用いてもよい。これにより、ＶＵＶ波長変換素子１３０より出射される波長１９３．５ｎｍのレーザ光のパワー及びコヒーレンス性を高めることができるものであってもよく、波長が１９３．５ｎｍのレーザ光を効率よく発生させることができるものであってもよい。
【００３２】
次に、実施形態１の固体光源における光学部材が配置されたもの一例について、図３に基づき、より詳細に説明する。
【００３３】
この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部１２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０、高反射ミラー１５１、ダイクロイックミラー１５２、集光レンズ１５３、コリメートレンズ１５４等を備えていてもよい。第２のレーザ光源部１２０は、チタンサファイアレーザ１２１、集光レンズ１５５及び１５９、第１の波長変換素子１２２、コリメートレンズ１５６及び１６０、高反射ミラー１５７、高反射ミラー１５８、第２の波長変換素子１２３を備えていてもよい。尚、ダイクロイックミラー１５２は、波長λ１の光を反射し、波長λ２Ｃの光を透過するものであってもよい。
【００３４】
第１のレーザ光源部１１０より出射された波長λ１のレーザ光は、高反射ミラー１５１及びダイクロイックミラー１５２において反射された後、集光レンズ１５３を介しＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。
【００３５】
また、チタンサファイアレーザ１２１より出射された周波数ω、波長λ２Ａのレーザ光は、集光レンズ１５５を介し、第１の波長変換素子１２２に入射し、第１の波長変換素子１２２において、周波数２ω、波長λ２Ｂのレーザ光に波長変換され出射されてもよい。第１の波長変換素子１２２より出射された波長λ２Ｂのレーザ光は、コリメートレンズ１５６を介した後、高反射ミラー１５７及び高反射ミラー１５８において反射され、この後、集光レンズ１５９を介し、第２の波長変換素子１２３に入射するものであってもよい。第２の波長変換素子１２３に入射した周波数２ω、波長λ２Ｂのレーザ光は、第２の波長変換素子１２３において周波数４ω、波長λ２Ｃのレーザ光に波長変換されて出射されてもよい。第２の波長変換素子１２３より出射された波長λ２Ｃのレーザ光は、コリメートレンズ１６０を介し、ダイクロイックミラー１５２を透過した後、集光レンズ１５３を介し、ＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子１３０では、波長λ１のレーザ光と波長λ２Ｃのレーザ光とを入射させることにより、波長λ１と波長λ２Ｃの和周波となる波長の光が出射されてもよい。ＶＵＶ波長変換素子１３０より出射された波長λ１と波長λ２Ｃの和周波となる波長の光は、コリメートレンズ１５４を介して、固体光源からのレーザ光として出射されてもよい。
【００３６】
次に、図４に基づき、チタンサファイアレーザ１２１の一例について、より詳細に説明する。図４に示すチタンサファイアレーザ１２１は、オシレータ１７０と、増幅器１７１とを備えてもよい。オシレータ１７０は、レーザ光源１８１、アイソレータ１８２、高反射ミラー１８３、１８６、１８７及び１８９、アウトプットカプラ１８４、ダイクロイックミラー１８５、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０、集光レンズ１９１を備えてもよい。また、増幅器１７１は、集光レンズ１９２、ダイクロイックミラー１９３、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４、コリメートレンズ１９５、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９６、集光レンズ１９７を備えてもよい。尚、ダイクロイックミラー１８５及び１９３は、９０４ｎｍの波長の光を反射し、５３２ｎｍの波長の光を透過するものであってもよい。また、アウトプットカプラ１８４は、入射光の一部を反射し残りを透過するものであってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０及び１９６は、第２高調波である５３２ｎｍの波長の光が出射されるものであってもよい。また、レーザ光源１８１は、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed  FeedBack  Laser  Diode）等の半導体レーザであって、９０４ｎｍの波長の光を出射するものであってもよい。
【００３７】
レーザ光源１８１より出射された９０４ｎｍの波長のレーザ光は、アイソレータ１８２及び高反射ミラー１８３を介し、アウトプットカプラ１８４よりチタンサファイアリング型増幅器へ入射するものであってもよい。アウトプットカプラ１８４より入射した９０４ｎｍの波長のレーザ光は、高反射ミラー１８７及び１８６、ダイクロイックミラー１８５、アウトプットカプラ１８４において反射されてもよい。また、ダイクロイックミラー１８５において反射された光が通過する光路上には、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８が設置されており、レーザ光は、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８内を通過するものであってもよい。
【００３８】
一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０から、第２高調波である５３２ｎｍの波長の光が出射され、集光レンズ１９１、ダイクロイックミラー１８５を介し、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８に入射するものであってもよい。これにより、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８において、９０４ｎｍの波長の光が増幅され、増幅された９０４ｎｍの波長のレーザ光は、アウトプットカプラ１８４より出射されてもよい。アウトプットカプラ１８４より出射された９０４ｎｍの波長の光は、高反射ミラー１８９において反射され、増幅器１７１に入射するものであってもよい。
【００３９】
増幅器１７１に入射した９０４ｎｍの波長のレーザ光は、集光レンズ１９２を介した後、ダイクロイックミラー１９３において反射されＴｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４に入射するものであってもよい。増幅器１７１においても、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９６から、第２高調波である５３２ｎｍの波長の光が出射され、集光レンズ１９７を介した後、ダイクロイックミラー１９３を透過し、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４に入射するものであってもよい。これにより、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４において、９０４ｎｍの波長のレーザ光は増幅され、コリメートレンズ１９５を介し出射されてもよい。
【００４０】
次に、図５に基づきチタンサファイアレーザ１２１におけるオシレータの他の一例について説明する。図５に示すオシレータは、狭帯域チタンサファイアレーザであり、図４におけるオシレータ１７０に代えて用いることができるものである。このオシレータは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２１０、集光レンズ２１１、ダイクロイックミラー２１２、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶２１３、グレーティング２１４、高反射ミラー２１５、アウトプットカプラ２１６を備えていてもよい。尚、ダイクロイックミラー２１２は、９０４ｎｍの波長の光を反射し、５３２ｎｍの波長の光を透過するものであってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２１０は、第２高調波である５３２ｎｍの波長の光を出射するものであってもよい。
【００４１】
図５に示すオシレータでは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２１０からは５３２ｎｍの波長の光が出射され、集光レンズ２１１を介した後、ダイクロイックミラー２１２を透過し、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶２１３に入射するものであってもよい。Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶２１３からは、中心波長が９０４ｎｍのレーザ光が出射され、グレーティング２１４に入射し、波長毎に分光され、高反射ミラー２１５において反射されたレーザ光がグレーティング２１４に再び入射するものであってもよい。これにより、レーザ光のスペクトルを狭帯域化することができるものであってもよい。このように、グレーティング２１４によりスペクトルが狭帯域化された光は、アウトプットカプラ２１６に入射した後、アウトプットカプラ２１６を介し出射されてもよい。
【００４２】
次に、図６に基づき第１のレーザ光源部１１０について説明する。第１のレーザ光源部１１０は、レーザ光源１１１、アイソレータ１１２、部分反射ミラー１１３、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１１４、励起用レーザ光源１１５、Ｑ−スイッチ１１６、アウトプットカプラ１１７を備えていてもよい。尚、レーザ光源１１１は、ＤＦＢ−ＬＤ等の半導体レーザであって、１３４２ｎｍの波長の光を出射するものであってもよい。部分反射ミラー１１３は、例えば、反射率が約９０％、透過率が約１０％のミラーであってもよい。Ｑ−スイッチ１１６は、ＡＯＭ（Acousto‐Optic  Modulator：音響光学素子）であってもよい。アウトプットカプラ１１７は、例えば、反射率が約５０％のものであってもよい。
【００４３】
レーザ光源１１１より出射された１３４２ｎｍの波長の光は、アイソレータ１１２及び部分反射ミラー１１３を介し、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１１４に入射するものであってもよい。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１１４は、励起用レーザ光源１１５により励起されており、レーザ光源１１１より出射された１３４２ｎｍの波長の光が入射することにより、１３４２ｎｍの波長の光が出射されてもよい。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１１４より出射した１３４２ｎｍの波長の光は、Ｑ−スイッチ１１６及びアウトプットカプラ１１７を介し出射され、この出射されたレーザ光が、第１のレーザ光源部１１０から出射されるレーザ光となるものであってもよい。
【００４４】
３．２  実施形態２の固体光源
次に、本開示のレーザ装置における実施形態２の固体光源について説明する。この固体光源は、マスタオシレータとなるものであり、図１に示される固体光源１０に相当するものであってもよい。図７に示されるように、この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部２２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０等とを備えたものであってもよい。
【００４５】
第１のレーザ光源部１１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザであって、波長が１３４２ｎｍ（λ１）の光を出射するものであってもよい。
【００４６】
第２のレーザ光源部２２０は、チタンサファイアレーザ１２１と、第１の波長変換素子２２２と、第２の波長変換素子２２３と、第３の波長変換素子２２４とを備えたものであってもよい。チタンサファイアレーザ１２１は、波長が９０４ｎｍ（λ３Ａ）の光を出射するものであってもよい。尚、ここでは、角周波数ωに相当する波長が波長λ３Ａであるものとして説明する。チタンサファイアレーザ１２１は、ゲイン帯域が広く波長が６５０ｎｍから１１００ｎｍまでの間で発振させることができるため、波長９０４ｎｍ（λ３Ａ）においても容易に発振させることができるものであってもよい。
【００４７】
また、第１の波長変換素子２２２は、入射した波長が９０４ｎｍ（λ３Ａ）の光を一部波長変換し波長が４５２ｎｍ（λ３Ｂ）の光として出射する結晶であってもよく、具体的には、ＳＨＧ素子であってもよい。この際、波長変換されない波長９０４ｎｍ（λ３Ａ）も出射するものであってもよい。また、第１の波長変換素子１２２は、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。
【００４８】
また、第２の波長変換素子２２３は、波長が９０４ｎｍ（λ３Ａ）の光と波長が４５２ｎｍ（λ３Ｂ）を入射させることにより、９０４ｎｍ（λ３Ａ）と４５２ｎｍ（λ３Ｂ）との和周波となる波長が３０１ｎｍ（λ３Ｃ）の光を出射する結晶であってもよい。この際、波長変換されない波長９０４ｎｍ（λ３Ａ）も出射するものであってもよい。また、第２の波長変換素子２２３は、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。
【００４９】
また、第３の波長変換素子２２４は、波長が９０４ｎｍ（λ３Ａ）の光と波長が３０１ｎｍ（λ３Ｃ）を入射させることにより、９０４ｎｍ（λ３Ａ）と３０１ｎｍ（λ３Ｃ）との和周波となる波長が２２６ｎｍ（λ３Ｄ）の光を出射する結晶であってもよい。第３の波長変換素子２２３は、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。よって、第１の波長変換素子２２２、第２の波長変換素子２２３及び第３の波長変換素子２２４により、周波数ω、波長９０４ｎｍ（λ３Ａ）のレーザ光を周波数４ω、波長２２６ｎｍ（λ３Ｄ）のレーザ光へ変換して出射するものであってもよい。尚、波長２２６ｎｍ（λ３Ｄ）は、波長９０４ｎｍ（λ３Ａ）の１／４の波長である。
【００５０】
また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、波長２２６ｎｍ（λ３Ｄ）のレーザ光とを入射させることにより、波長λ１と波長λ３Ｄとの和周波である波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍのレーザ光を出射するものであってもよい。即ち、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、第１のレーザ光源部１１０からの波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、第２のレーザ光源部２２０からの波長２２６ｎｍ（λ３Ｄ）のレーザ光より、波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍの光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、ＣＬＢＯまたはＢＢＯ等により形成されているものであってもよい。
【００５１】
尚、このレーザ装置の第２のレーザ光源部２２０においては、パワーが高く、また、コヒーレンス性も高い、チタンサファイアレーザ１２１を用いてもよい。これにより、ＶＵＶ波長変換素子１３０より出射される波長１９３．５ｎｍのレーザ光のパワー及びコヒーレンス性を高めることができ、波長が１９３．５ｎｍのレーザ光を効率よく発生させることができるものであってもよい。
【００５２】
図７に示される固体光源では、第２の波長変換素子２２３として非線形結晶を用いることにより、第３の波長変換素子２２４としての非線形結晶としてＣＬＢＯ等を用いることができるものであってもよい。即ち、ＣＬＢＯはＢＢＯに比べて、吸収端が短波長にあるため結晶を構成する元素の結合エネルギーが高く、従って結晶の劣化が小さい。また、サイズの大きい結晶を作成することが容易であるため、高効率で波長変換できる。
【００５３】
次に、実施形態２の固体光源における光学部材が配置されたもの一例について、図８に基づき、より詳細に説明する。
【００５４】
この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部２２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０、高反射ミラー１５１、ダイクロイックミラー１５２、集光レンズ１５３、コリメートレンズ１５４を備えていてもよい。第２のレーザ光源部２２０は、チタンサファイアレーザ１２１、第１の波長変換素子２２２、第２の波長変換素子２２３、第３の波長変換素子２２４、集光レンズ２５５、２６２及び２６９を備えていてもよい。更には、第２のレーザ光源部２２０は、コリメートレンズ２５６、２６３及び２７０、ダイクロイックミラー２５７、２６１、２６４及び２６８、高反射ミラー２５８、２６０、２６５及び２６６、半波長板２５９及び２６７を備えていてもよい。尚、ダイクロイックミラー１５２は、波長λ１の光を反射し、波長λ３Ｄの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー２５７は、波長λ３Ｂの光を反射し、波長λ３Ａの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー２６１は、波長λ３Ａの光を反射し、波長λ３Ｂの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー２６４は、波長λ３Ｃの光を反射し、波長λ３Ａの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー２６８は、波長λ３Ａの光を反射し、波長λ３Ｃの光を透過するものであってもよい。
【００５５】
第１のレーザ光源部１１０より出射された波長λ１のレーザ光は、高反射ミラー１５１及びダイクロイックミラー１５２において反射された後、集光レンズ１５３を介しＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。
【００５６】
また、チタンサファイアレーザ１２１より出射された波長λ３Ａのレーザ光は、集光レンズ２５５を介し、第１の波長変換素子２２２に入射し、第１の波長変換素子２２２において、波長λ３Ｂのレーザ光に一部波長変換され出射されてもよい。この際、第１の波長変換素子２２２において波長変換されたかったレーザ光は、第１の波長変換素子２２２より波長λ３Ａのレーザ光として出射されてもよい。
【００５７】
このように、第１の波長変換素子２２２より出射された波長λ３Ａのレーザ光と波長λ３Ｂのレーザ光は、コリメートレンズ２５６を介した後、ダイクロイックミラー２５７により、波長λ３Ａのレーザ光と波長λ３Ｂのレーザ光とに分岐されてもよい。具体的には、ダイクロイックミラー２５７により、波長λ３Ａのレーザ光は透過され、波長λ３Ｂのレーザ光は反射されることにより分岐されてもよい。この後、ダイクロイックミラー２５７を透過した波長λ３Ａのレーザ光は、高反射ミラー２６０及びダイクロイックミラー２６１において反射され、集光レンズ２６２を介し、第２の波長変換素子２２３に入射するものであってもよい。ダイクロイックミラー２５７を反射した波長λ３Ｂのレーザ光は、高反射ミラー２５８において反射され、半波長板２５９を介し、ダイクロイックミラー２６１を透過し、集光レンズ２６２を介し、第２の波長変換素子２２３に入射するものであってもよい。
【００５８】
第２の波長変換素子２２３に、波長λ３Ａのレーザ光と、波長λ３Ｂのレーザ光とが入射することにより、第２の波長変換素子２２３において一部和周波の波長変換がなされ、波長λ３Ｃのレーザ光が出射されてもよい。この際、第２の波長変換素子２２３において波長変換されたかったレーザ光は、第２の波長変換素子２２３より波長λ３Ａのレーザ光として出射されてもよい。
【００５９】
このように、第２の波長変換素子２２３より出射された波長λ３Ａのレーザ光と波長λ３Ｃのレーザ光は、コリメートレンズ２６３を介した後、ダイクロイックミラー２６４により、波長λ３Ａのレーザ光と波長λ３Ｃのレーザ光とに分岐されてもよい。具体的には、ダイクロイックミラー２６４により、波長λ３Ａのレーザ光は透過され、波長λ３Ｃのレーザ光は反射されることにより分岐されてもよい。この後、ダイクロイックミラー２６４を透過した波長λ３Ａのレーザ光は、高反射ミラー２６５及びダイクロイックミラー２６８において反射され、集光レンズ２６９を介し、第３の波長変換素子２２４に入射するものであってもよい。ダイクロイックミラー２６４で反射した波長λ３Ｃのレーザ光は、高反射ミラー２６６において反射され、半波長板２６７を介し、ダイクロイックミラー２６８を透過し、集光レンズ２６９を介し、第３の波長変換素子２２４に入射するものであってもよい。
【００６０】
第３の波長変換素子２２４に、波長λ３Ａのレーザ光と、波長λ３Ｃのレーザ光とが入射することにより、第３の波長変換素子２２４において和周波の波長変換がなされ、波長λ３Ｄのレーザ光が出射されてもよい。第３の波長変換素子２２４より出射された波長λ３Ｄのレーザ光は、コリメートレンズ２７０を介し、ダイクロイックミラー１５２を透過した後、集光レンズ１５３を介し、ＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子１３０では、入射した波長λ１のレーザ光と波長λ３Ｄの和周波となる波長の光が出射され、コリメートレンズ１５４を介して、固体光源からのレーザ光として出射されてもよい。
【００６１】
表１には、上述した場合を含めて、実施形態１及び２において取り得る第１のレーザ光源部１１０と第２のレーザ光源部１２０または２２０におけるチタンサファイアレーザ１２１との組み合わせを示す。具体的には、第１のレーザ光源部１１０に、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＡＰ、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合について示す。
【００６２】
【表１】
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第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１１２ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部１２０に波長が９３７ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６３】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１１６ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９３６ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６４】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１２３ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９３５ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６５】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１９ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０７ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６６】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３３８ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０５ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２６ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６７】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１８ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＰを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０７ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６８】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３４２ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＰを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０４ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２６ｎｍである組み合わせでもよい。
【００６９】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１３ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＬＦを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０８ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【００７０】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３２１ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＬＦを用い、第２のレーザ光源部１２０に周波数ω、波長が９０７ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【００７１】
３．３  実施形態３の固体光源
次に、本開示のレーザ装置における実施形態３の固体光源について説明する。この固体光源は、マスタオシレータとなるものであり、図１に示される固体光源１０に相当するものであってもよい。図９に示されるように、この固体光源は、第１のレーザ光源部３１０と、第２のレーザ光源部３２０と、波長変換部３３０等を備えたものであってもよい。第１のレーザ光源部３１０は、第１の半導体レーザ３１１と、フォトニッククリスタル増幅器３１２と、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３等を備えたものであってもよい。第１のレーザ光源部３１０は、ω１となる波長が約１０３０ｎｍのレーザ光を出射するものであってもよい。また、第２のレーザ光源部３２０は、第２の半導体レーザ３２１と、ファイバーレーザ増幅器３２２等を備えたものであって、ω２となる波長が約１５５０ｎｍのレーザ光を出射するものであってもよい。
【００７２】
第１の半導体レーザ３１１は単一の縦モードの半導体レーザであってもよく、フォトニッククリスタル増幅器３１２は、Ｙｂドープフォトニッククリスタルファイバーレーザ増幅器であってもよい。また、第２の半導体レーザ３２１は単一の縦モードの半導体レーザであってもよく、ファイバーレーザ増幅器３２２は、Ｅｒドープファイバーレーザ増幅器であってもよい。
【００７３】
波長変換部３３０は、第１の波長変換素子３３１と、第２の波長変換素子３３２、第３の波長変換素子３３３、ＶＵＶ波長変換素子３３４、ダイクロイックミラー３４０等を備えたものであってもよい。第１の波長変換素子３３１は、ω１となる光を入射させることにより、ω１となる光の波長の半分の波長の光である２ω１となるレーザ光を出射するＳＨＧ素子等であってもよい。第２の波長変換素子３３２は、２ω１となる光を入射させることにより、２ω１となる光の波長の半分の波長の光である４ω１となる光を出射するＳＨＧ素子等であってもよい。第３の波長変換素子３３３は、４ω１となる光とω２となる光を入射させることにより、４ω１とω２との和周波である４ω１＋ω２となる光を出射するものであってもよい。この際、ω２となる光も併せて出射されるものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子３３４は、４ω１＋ω２となる光とω２となる光を入射させることにより、４ω１＋ω２とω２との和周波である４ω１＋２ω２となる光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子３３４は、ＣＬＢＯにより形成されたものであってもよく、ＶＵＶ波長変換素子３３４より出射される４ω１＋２ω２となる光は、波長が約１９３ｎｍの光であってもよい。ダイクロイックミラー３４０は、第２の波長変換素子３３２と第３の波長変換素子３３３との間に設置されるものであって、４ω１となる光を透過し、ω２となる光を反射するものであってもよい。
【００７４】
第１のレーザ光源部３１０では、第１の半導体レーザ３１１より出射されたレーザ光は、フォトニッククリスタル増幅器３１２に入射し、フォトニッククリスタル増幅器３１２において増幅された後、フォトニッククリスタル増幅器３１２より出射されてもよい。フォトニッククリスタル増幅器３１２より出射されたレーザ光は、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３に入射し、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３において増幅された後、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３より、ω１となる波長が約１０３０ｎｍのレーザ光として出射されてもよい。この後、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３より出射されたω１となる波長が約１０３０ｎｍのレーザ光は、ミラー３４１及び３４２において反射され、波長変換部３３０に入射するものであってもよい。
【００７５】
第２のレーザ光源部３２０では、第２の半導体レーザ３２１より出射されたレーザ光は、ファイバーレーザ増幅器３２２に入射し、ファイバーレーザ増幅器３２２において増幅された後、ω２となる波長が約１５５０ｎｍのレーザ光として出射されてもよい。この後、ファイバーレーザ増幅器３２２より出射されたω２となる波長が約１５５０ｎｍのレーザ光は、ミラー３４３において反射され、波長変換部３３０におけるダイクロイックミラー３４０に入射するものであってもよい。
【００７６】
波長変換部３３０に入射したω１となる光は、第１の波長変換素子３３１に入射し、第１の波長変換素子３３１において、ω１となる光の波長の半分の波長である２ω１となる光に波長変換され出射されてもよい。第１の波長変換素子３３１より出射した２ω１となる光は、第２の波長変換素子３３２に入射し、第２の波長変換素子３３２において、２ω１となる光の波長の半分の波長である４ω１となる光に波長変換され出射されてもよい。この後、第２の波長変換素子３３２より出射された４ω１となる光は、ダイクロイックミラー３４０を透過し、第３の波長変換素子３３３に入射するものであってもよい。また、第２のレーザ光源部３２０より波長変換部３３０におけるダイクロイックミラー３４０に入射したω２となる光は、ダイクロイックミラー３４０において反射され、第３の波長変換素子３３３に入射するものであってもよい。第３の波長変換素子３３３では、４ω１となる光とω２となる光を入射させることにより、４ω１となる光とω２となる光の和周波となる４ω１＋ω２となる光が出射されてもよい。この際、第３の波長変換素子３３３において波長変換されなかったω２となる光も出射されてもよい。このように、第３の波長変換素子３３３より出射された４ω１＋ω２となる光とω２となる光は、ＶＵＶ波長変換素子３３４に入射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子３３４では、４ω１＋ω２となる光とω２となる光を入射させることにより、４ω１＋ω２となる光とω２となる光の和周波となる４ω１＋２ω２となる光が出射されてもよい。このようにＶＵＶ波長変換素子３３４より、波長変換部３３０より出射される光として、４ω１＋２ω２となる光、即ち、波長が約１９３ｎｍの光が出射されてもよい。４ω１＋２ω２となる波長は、ω１となる波長の１／４の波長とω２となる波長の１／２の波長との和周波となる波長である。
【００７７】
Ｙｂドープフォトニッククリスタルファイバーレーザ増幅器のみで増幅しようとすると、ファイバーの持つ非線形性（カー効果）によってスペクトルが広がってしまう。一方、Ｙｂ：ＹＡＧ増幅器３１３により、約１０３０ｎｍの出力を得る場合、注入同期Ｙｂ：ＹＡＧの共振器を組まなければならないため、振動等に弱い構造になってしまう。しかしながら、図９に示される固体光源においては、共振器構造を有していないＹｂ：ＹＡＧ増幅器３１３において最終段の増幅を行うため振動等の影響を受け難く、狭帯域のまま必要とするエネルギーを得ることができるものであってもよい。
【００７８】
３．４  実施形態４の固体光源
次に、本開示のレーザ装置における実施形態４の固体光源について説明する。この固体光源は、マスタオシレータとなるものであり、図１に示される固体光源１０に相当するものであってもよい。図１０に示されるように、この固体光源は、レーザ光源部４１０と、波長変換部４３０等を備えたものであってもよい。レーザ光源部４１０は、半導体レーザ４１１と、ファイバーレーザ増幅器４１２等を備えたものであって、ωとなる波長が約１１６０ｎｍのレーザ光を出射するものであってもよい。
【００７９】
半導体レーザ４１１は単一の縦モードの半導体レーザであってもよく、ファイバーレーザ増幅器４１２は、フォトニッククリスタルファイバーの一種であるＹｂドープフォトニックバンドギャップファイバーレーザ増幅器であってもよい。
【００８０】
波長変換部４３０は、第１の波長変換素子４３１と、第２の波長変換素子４３２、第３の波長変換素子４３３、ＶＵＶ波長変換素子４３４等を備えたものであってもよい。第１の波長変換素子４３１は、周波数ωの光を入射されることにより、その波長の半分の波長の光である周波数２ωのレーザ光を出射するＳＨＧ素子等であってもよい。第２の波長変換素子４３２は、周波数２ωの光を入射されることにより、その光の波長の半分の波長の光である周波数４ωのレーザ光を出射するＳＨＧ素子等であってもよい。第３の波長変換素子４３３は、周波数４ωの光と周波数ωの光を入射されることにより、それら４ωとωの和周波となる周波数５ωとなる光を出射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子４３４は、周波数５ωの光と周波数ωの光を入射されることにより、それら５ωとωの和周波となる周波数光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子４３４は、ＣＬＢＯにより形成されたものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子４３４より出射される６ωとなる光は波長が約１９３ｎｍであってもよい。
【００８１】
レーザ光源部４１０では、半導体レーザ４１１より出射されたレーザ光が、ファイバーレーザ増幅器４１２に入射し、ファイバーレーザ増幅器４１２において増幅された後、周波数ω、波長が約１１６０ｎｍのレーザ光として出射されてもよい。この後、ミラー４４１及び４４２において反射され、波長変換部４３０に入射するものであってもよい。
【００８２】
波長変換部４３０に入射した周波数ωの光は、第１の波長変換素子４３１に入射し、第１の波長変換素子４３１において、周波数ωの入射光の波長の半分の波長である周波数２ωとなる光に波長変換され出射されてもよい。第１の波長変換素子４３１より出射した周波数２ωの光は、第２の波長変換素子４３２に入射し、第２の波長変換素子４３２において、周波数２ωの入射光の波長の半分の波長である周波数４ωの光に波長変換され出射されてもよい。尚、第１の波長変換素子４３１において、波長変換されなかった周波数ωの光も第２の波長変換素子４３２に入射して、第２の波長変換素子４３２より出射されてもよい。この後、第２の波長変換素子４３２より出射された周波数４ωの光と周波数ωの光は、第３の波長変換素子４３３に入射するものであってもよい。第３の波長変換素子４３３では、周波数４ωの光と周波数ωの光が入射することにより、それらの光の和周波となる周波数５ωの光が出射されてもよい。この際、第３の波長変換素子４３３において波長変換されなかった周波数ωの光も出射されてもよい。この後、第３の波長変換素子４３３より出射された周波数５ωの光と周波数ωの光は、ＶＵＶ波長変換素子４３４に入射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子４３４では、周波数５ωの光と周波数ωの光が入射することにより、それらの光の和周波となる周波数６ωの光が出射されてもよい。このようにＶＵＶ波長変換素子４３４より、波長変換部４３０より出射される光として、周波数６ωの光、波長が約１９３ｎｍの光が出射されてもよい。
【００８３】
図１０に示される固体光源は、基本波レーザ光の発生するレーザ部を半導体レーザとファイバーで構成できることから、装置小型化及び低コスト化に有利となるものであってもよい。また、波長変換素子を形成している非線形結晶の数が４個と少ないため、総合変換効率が高くなり高出力が得られ、低コスト化、小型化、メンテナンス等の観点より有利となるものであってもよい。また、ファイバーレーザ増幅器４１２をフォトニッククリスタルファイバーレーザ増幅器により形成することにより、有効コア径を５０μｍ以上にすることができ、ファイバー中のカー効果に起因する自己位相変調効果を抑制でき狭線幅のスペクトルが得られてもよい。Ｙｂドープファイバーレーザ増幅器はＥｒドープファイバーレーザ増幅器に比べて高出力が得られるため、より高出力な略１９３ｎｍの波長のレーザ光が得られてもよい。
【００８４】
３．５  実施形態５の固体光源
次に、本開示のレーザ装置における実施形態５の固体光源について説明する。この固体光源は、マスタオシレータとなるものであり、図１に示される固体光源１０に相当するものであってもよい。図１１に示されるように、この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部５２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０等とを備えたものであってもよい。
【００８５】
第１のレーザ光源部１１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザであって、波長が１３４２ｎｍ（λ１）の光を出射するものであってもよい。
【００８６】
第２のレーザ光源部５２０は、チタンサファイアレーザ１２１と、第１の波長変換素子５２２と、第２の波長変換素子５２３とを備えたものであってもよい。チタンサファイアレーザ１２１は、波長が６７８ｎｍ（λ４Ａ）の光を出射するものであってもよい。尚、ここでは、ωに相当する波長が波長λ４Ａであるものとして説明する。チタンサファイアレーザ１２１は、ゲイン帯域が広く波長が６５０ｎｍから１１００ｎｍまでの間で発振させることができるため、波長６７８ｎｍ（λ４Ａ）においても容易に発振させることができるものであってもよい。
【００８７】
また、第１の波長変換素子５２２は、入射した波長が６７８ｎｍ（λ４Ａ）の光を波長変換し波長が３３９ｎｍ（λ４Ｂ）の光として出射する結晶であってもよく、具体的には、ＳＨＧ素子であってもよい。第１の波長変換素子５２２は、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。
【００８８】
また、第２の波長変換素子５２３は、波長が６７８ｎｍ（λ４Ａ）の光と波長が３３９ｎｍ（λ４Ｂ）を入射させることにより、６７８ｎｍ（λ４Ａ）と３３９ｎｍ（λ４Ｂ）との和周波となる波長が２２６ｎｍ（λ４Ｃ）の光を出射する結晶であってもよい。第２の波長変換素子２２３は、ＢＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＢＢＦ等のいずれかにより形成されているものであってもよい。
【００８９】
よって、第１の波長変換素子５２２及び第２の波長変換素子５２３により、チタンサファイアレーザ１２１より出射された波長６７８ｎｍ（λ４Ａ）のレーザ光の周波数３ω、波長２２６ｎｍ（λ４Ｃ）のレーザ光に変換して出射するものであってもよい。尚、周波数３ω、波長２２６ｎｍ（λ４Ｃ）は、周波数ω、波長６７８ｎｍ（λ４Ａ）の１／３の波長である。
【００９０】
また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、波長２２６ｎｍ（λ４Ｃ）のレーザ光とが入射することにより、波長λ１と波長λ４Ｃとの和周波である波長（λＶＵＶ）が１９３．５ｎｍのレーザ光を出射するものであってもよい。即ち、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、第１のレーザ光源部１１０からの波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、第２のレーザ光源部５２０からの波長２２６ｎｍ（λ４Ｃ）のレーザ光が入射し、波長（λＶＵＶ）が１９３．５ｎｍの光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、ＣＬＢＯまたはＢＢＯ等により形成されているものであってもよい。
【００９１】
図１１に示される固体光源は、チタンサファイアレーザ１２１より出射された光を２回の波長変換を行なうことにより、波長が２２６ｎｍの光を発生させることができ、低コスト及び小型化に有利であるものであってもよい。また、波長が２２６ｎｍの光を発生させる第２の波長変換素子５２３にＣＬＢＯを使うことができるため、効率よく波長が２２６ｎｍの光を発生させることができるものであってもよい。
【００９２】
次に、図１２に基づき、実施形態５の固体光源において、光学部材が配置されたもの一例について、より詳細に説明する。
【００９３】
この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部５２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０、高反射ミラー１５１、ダイクロイックミラー１５２、集光レンズ１５３、コリメートレンズ１５４を備えているものであってもよい。第２のレーザ光源部５２０は、チタンサファイアレーザ１２１、第１の波長変換素子５２２、第２の波長変換素子５２３を備えている。更には、第２のレーザ光源部５２０は、集光レンズ５５５及び５６２、コリメートレンズ５５６及び５６３、ダイクロイックミラー５５７及び５６１、高反射ミラー５５８及び５６０、半波長板５５９を備えているものであってもよい。尚、ダイクロイックミラー１５２は、波長λ１の光を反射し、波長λ４Ｃの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー５５７は、波長λ４Ｂの光を反射し、波長λ４Ａの光を透過するものであってもよい。ダイクロイックミラー５６１は、波長λ４Ａの光を反射し、波長λ４Ｂの光を透過するものであってもよい。
【００９４】
第１のレーザ光源部１１０より出射された波長λ１のレーザ光は、高反射ミラー１５１及びダイクロイックミラー１５２において反射された後、集光レンズ１５３を介しＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。
【００９５】
また、チタンサファイアレーザ１２１より出射された波長λ４Ａのレーザ光は、集光レンズ５５５を介し、第１の波長変換素子５２２に入射し、第１の波長変換素子５２２において、周波数２ω、波長λ４Ｂのレーザ光に波長変換され出射されてもよい。この際、第１の波長変換素子５２２において波長変換されたかったレーザ光は、第１の波長変換素子５２２より波長λ４Ａのレーザ光として出射されてもよい。
【００９６】
このように、第１の波長変換素子５２２より出射された波長λ４Ａのレーザ光と波長λ４Ｂのレーザ光は、コリメートレンズ５５６を介した後、ダイクロイックミラー５５７により、波長λ４Ａのレーザ光と波長λ４Ｂのレーザ光とに分岐されてもよい。具体的には、ダイクロイックミラー５５７により、波長λ４Ａのレーザ光は透過され、波長λ４Ｂのレーザ光は反射されることにより分岐されてもよい。この後、ダイクロイックミラー５５７を透過した波長λ４Ａのレーザ光は、高反射ミラー５６０及びダイクロイックミラー５６１において反射され、集光レンズ５６２を介し、第２の波長変換素子５２３に入射するものであってもよい。ダイクロイックミラー５５７を反射した波長λ４Ｂのレーザ光は、高反射ミラー５５８において反射され、半波長板５５９を介し、ダイクロイックミラー５６１を透過し、集光レンズ５６２を介し、第２の波長変換素子５２３に入射するものであってもよい。
【００９７】
第２の波長変換素子５２３に、周波数ω、波長λ４Ａのレーザ光と、周波数２ω、波長λ４Ｂのレーザ光とが入射することにより、第２の波長変換素子５２３において和周波の波長変換がなされ、周波数３ω、波長λ４Ｃのレーザ光が出射されてもよい。第２の波長変換素子５２３より出射された周波数３ω、波長λ４Ｃのレーザ光は、コリメートレンズ５６３を介し、ダイクロイックミラー１５２を透過した後、集光レンズ１５３を介し、ＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。ＶＵＶ波長変換素子１３０では、入射した波長λ１のレーザ光と波長λ４Ｃの和周波となる波長の光が出射され、コリメートレンズ１５４を介して、固体光源からのレーザ光として出射されてもよい。
【００９８】
表２には、上述した場合を含めて、実施形態５において取り得る第１のレーザ光源部１１０と第２のレーザ光源部５２０におけるチタンサファイアレーザ１２１との組み合わせを示す。具体的には、第１のレーザ光源部１１０に、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＡＰ、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合について示す。
【００９９】
【表２】
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第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１１２ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が７０３ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１００】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１１６ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が７０２ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０１】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１１２３ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が７０１ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２３４ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０２】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１９ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６８０ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０３】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３３８ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＧを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６７９ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２２６ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０４】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１８ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＰを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６８０ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０５】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３４２ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＡＰを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６７８ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数４ω、波長が２２６ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０６】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３１３ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＬＦを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６８１ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０７】
また、第１のレーザ光源部１１０に波長λ１が１３２１ｎｍの光を出射するＮｄ：ＹＬＦを用い、第２のレーザ光源部５２０に周波数ω、波長が６８０ｎｍのチタンサファイアレーザ１２１を用いることにより、周波数３ω、波長が２２７ｎｍである組み合わせでもよい。
【０１０８】
４．注入されるレーザ光
４．１．注入されるレーザ光の形状
次に、図１３及び図１４に基づき、増幅器に注入されるパルスの形状について説明する。図１３は、図１に示されるレーザ装置と同様の構造のものであり、このレーザ装置には、電極３６及び電極３７が設けられている。図１４に示す通り、電極３６及び電極３７は、Ｘ方向における幅は１３Ｗ、Ｙ方向における電極３６と電極３７との間隔は１３Ｄとなるように設置されていてもよい。図１４は、このレーザ装置において、電極３６と電極３７の間をＺ方向へ通過するレーザ光のビーム形状、即ち、図１３における一点鎖線１３Ａ−１３Ｂにおいて切断されたレーザ光（レーザビーム）６３０の断面形状を示す。図１４に示されるように、レーザ光６３０は、電極３６と電極３７との間の領域、即ち、Ｘ方向においては幅１３Ｗ、Ｙ方向においては間隔１３Ｄに囲まれた領域内に入るように、注入光学系２０等が調整されてもよい。これにより、効率よくレーザ光を増幅することができるものであってもよい。
【０１０９】
４．２．注入されるレーザ光のパルス幅
図１５から図２１に基づき、増幅器に注入されるレーザ光のパルス幅について説明する。図１５は、注入されるレーザ光のパルス幅について説明するための図であり、図１３に示されるレーザ装置の一部を簡略化して示したものである。具体的には、このレーザ装置は、増幅器３０における部分反射ミラー３１とアウトプットカプラ３２との間の距離、即ち、共振器長がＬとなるファブリペロー型共振器が形成されたものであってもよい。このような共振器長がＬとなるファブリペロー型共振器においては、部分反射ミラー３１とアウトプットカプラ３２の間の往復時間Ｔｃａｖｉｔｙは、Ｔｃａｖｉｔｙ＝２ｎＬ／Ｃとなるものであってもよい。尚、ｎは部分反射ミラー３１とアウトプットカプラ３２との間の空間の屈折率、Ｃは光速である。よって、屈折率ｎが約１、共振器長Ｌが約１ｍの場合、往復時間Ｔｃａｖｉｔｙは約６ｎｓとなるものであってもよい。図１５に示される増幅器３０は、エキシマ増幅器であって、部分反射ミラー３１は、例えば反射率が９０％のミラーであり、アウトプットカプラ３２は、例えば反射率が２０％のミラーであってもよい。また、リング型共振器の場合では、一周の光路長をＬｒとした場合、Ｔｃａｖｉｔｙ＝ｎＬｒ／Ｃとなるものであってもよい。図１５において矢印１５Ａに示されるレーザ光のパルス波形を図１６に示す。図１６は、横軸に時間、縦軸に強度を示すものであり、パルス幅τ０は、いわゆる半値幅であるものとする。
【０１１０】
図１７は、パルス幅τ０が０．５ｎｓ、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．０８３である場合において、図１５において矢印１５Ｂに示されるレーザ光の時間と強度の関係を示す。図１７に示されるように、往復時間Ｔｃａｖｉｔｙの周期で、レーザ光の強度は強くなり、強くなったレーザ光のピーク強度が極めて高くなるため光学部材等を破壊してしまう場合がある。よって、ピーク強度があまり高くない出力を得られるものであることが好ましい。尚、図１７において示される破線は、ＡｒＦ増幅器のフリーランの出力を８倍に拡大したものである。即ち、レーザ光を外部より注入することなく共振器３０であるＡｒＦ増幅器を発振させると図１８に示されるようなＡｒＦ増幅器のフリーランの出力が得られる。図１７において示される破線は、ＡｒＦ増幅器のフリーランの出力を８倍にしたものである。
【０１１１】
次に、パルス幅τ０を変えた場合における出力について調べた結果を図１９から図２２に示す。図１９はτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．１８の場合の出力であり、図２０はτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．２７の場合の出力であり、図２１はτ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．５の場合の出力である。また、図２２は、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙとピークパワーとの関係を示すものであり、ピークパワーが２以下となるように、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙを設定することが好ましい。図１９〜図２２に基づくならば、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．１８の場合では出力のピークは約３であり、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．２７の場合では出力のピークは約２であり、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＝０．５の場合では出力のピークは約１．１であった。よって、図２２におけるピークパワーが２以下となるようにするためには、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．２７であることが好ましい。また、図２２に示されるように、τ０／Ｔｃａｖｉｔｙ＞０．５７では、出力される波形は、図１８に示されるＡｒＦ増幅器のフリーランの出力と略同じとなるため出力のピークは１となっている。
【０１１２】
ところで、一般的には、「注入同期法で出力されるレーザ光のパルス波形は増幅部の特性で決定される」と認識されている。これは、τ０＞Ｔｃａｖｉｔｙの条件で運用するのが通常であるため、エキシマレーザ２台を使った注入同期式レーザにおいても、オシレータとアンプの共振器長が殆ど等しいため、τ０＞Ｔｃａｖｉｔｙの関係を満たした運用がなされている。上述したように、注入同期においては、τ０＜＜Ｔｃａｖｉｔｙである場合、出力は孤立パルス列となることが、本発明の発明者による実験によって初めて明らかになった。このように、出力が孤立パルス列であると、ピークパワーが上昇し、レーザ装置を露光装置の光源として使う場合、光学素子等にダメージを与える原因となる。よって、注入されるレーザ光のパルス幅τ０を広げることにより、出力される孤立パルス列のピークパワーを下げることができ好ましい。よって、所定のピークパワー許容値より低くなるように、注入されるレーザ光のパルス幅τ０を設定することが重要である。一方、波長変換においては、パルス幅τ０が短いほど損傷を抑えつつ効率向上を行なうことができるため、τ０は短い方が好ましい。従って、パルス幅τ０には好ましい所定の範囲が存在するものと考えられる。
【０１１３】
４．３．注入されるレーザ光のパルス幅の調整
ところで、固体光源１０から出力され、増幅器に注入されるレーザ光のパルス幅が、所望のパルス幅τ０となる場合があり、この場合には、固体光源１０から出力されたレーザ光をそのまま用いることができる。しかしながら、固体光源１０から出力されたレーザ光のパルス幅が、所望とするパルス幅ではない場合等においては、所望とするレーザ光のパルス幅を得るため、図２３に示される構造の固体光源を用いてもよい。
【０１１４】
図２３に示されるように、この固体光源は、第１のレーザ光源部１１０と、第２のレーザ光源部６２０と、ＶＵＶ波長変換素子１３０、高反射ミラー６５１、ダイクロイックミラー６５２等とを備えたものであってもよい。
【０１１５】
第１のレーザ光源部１１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザであって、波長が１３４２ｎｍ（λ１）、パルス幅τ１のレーザ光を出射するものであってもよい。
【０１１６】
第２のレーザ光源部６２０は、オシレータ１７０と、光スイッチ６２１と、増幅器１７１と、波長変換部６２２等を備えたものであってもよい。オシレータ１７０は、チタンサファイアレーザにより形成されているチタンサファイアオシレータであって、波長が９０４ｎｍ（λ５Ａ）、パルス幅τ２Ａの光を出射するものであってもよい。また、光スイッチ６２１は、２つの偏光子６４１及び６４３と、ポッケルスセル６４２とその駆動電源等とを備えており、ポッケルスセルに印加される電圧がほぼゼロとされている時間をＴｓとすることができるものであってもよい。増幅器１７１は、チタンサファイアアンプであってもよい。波長変換部６２２は、波長変換素子を複数設けた構造のものであって、波長が９０４ｎｍ（λ５Ａ）の光を、波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）の光に波長変換するものであってもよい。具体的には、例えば、実施形態１における第１の波長変換素子１２３及び１２４等を含むものであってもよい。
【０１１７】
また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、波長２２６ｎｍ（λ５Ｂ）のレーザ光とを入射させることにより、波長λ１とλ５Ｂとの和周波である波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍのレーザ光が出射されるものであってもよい。即ち、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、入射した第１のレーザ光源部１１０からの波長１３４２ｎｍ（λ１）のレーザ光と、第２のレーザ光源部６２０からの波長２２６ｎｍ（λ５Ｂ）のレーザ光より、波長（λＶＵＶ）１９３．５ｎｍの光を出射するものであってもよい。また、ＶＵＶ波長変換素子１３０は、ＣＬＢＯまたはＢＢＯ等により形成されているものであってもよい。
【０１１８】
また、ダイクロイックミラー６５２は、波長１３４２ｎｍ（λ１）の光を透過し、波長２２６ｎｍ（λ５Ｂ）の光を反射するものであってもよい。
【０１１９】
この固体光源では、第１のレーザ光源部１１０より、波長が１３４２ｎｍ（λ１）、パルス幅τ１のレーザ光が出射され、ダイクロイックミラー６５２を透過し、ＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。
【０１２０】
また、第２のレーザ光源部６２０においては、オシレータ１７０より、波長が９０４ｎｍ（λ５Ａ）、パルス幅τ２Ａのレーザ光が出射され、光スイッチ６２１に入射するものであってもよい。光スイッチ６２１では、時間Ｔｓの間に入射したレーザ光を通すことができるため、光スイッチ６２１からは、パルス幅τ２ＢがＴｓとなるレーザ光が出射され、増幅器１７１に入射するものであってもよい。増幅器１７１では、入射したレーザ光が増幅され、パルス幅τ２ＢがＴｓとなるレーザ光が出射され、波長変換部６２２に入射するものであってもよい。波長変換部６２２では、入射した波長が９０４ｎｍ（λ５Ａ）、パルス幅τ２ＢがＴｓとなるレーザ光が、波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）のレーザ光に変換され出射されてもよい。この際、出射される波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）のレーザ光は、波長変換部６２２において、パルス幅τ２ＣがＴｓ／２のレーザ光となって出射されてもよい。波長変換部６２２より出射された波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）、パルス幅τ２ＣがＴｓ／２のレーザ光は、高反射ミラー６５１及びダイクロイックミラー６５２において反射され、ＶＵＶ波長変換素子１３０に入射するものであってもよい。尚、波長変換部６２２より出射された波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）、パルス幅τ２ＣがＴｓ／２のレーザ光は、第２のレーザ光源部６２０より出射されるレーザ光であってもよい。
【０１２１】
ＶＵＶ波長変換素子１３０では、波長が１３４２ｎｍ（λ１）、パルス幅τ１のレーザ光と、波長が２２６ｎｍ（λ５Ｂ）、パルス幅τ２ＣがＴｓ／２のレーザ光とを入射させることにより、これらの和周波となる波長が１９３．５ｎｍの光に変換され出射されてもよい。このように、ＶＵＶ波長変換素子１３０より出射される波長が１９３．５ｎｍの光のパルス幅τ３はパルス幅τ２Ｃに等しいものであってもよい。
【０１２２】
次に、図２４に基づき、第２のレーザ光源部６２０におけるオシレータ１７０、光スイッチ６２１及び増幅器１７１について説明する。図２４に示されるものは、図４に示されるチタンサファイアレーザ１２１において、オシレータ１７０と増幅器１７１との間に、光スイッチ６２１を設けた構造のものであってもよい。オシレータ１７０は、レーザ光源１８１、アイソレータ１８２、高反射ミラー１８３、１８６、１８７及び１８９、アウトプットカプラ１８４、ダイクロイックミラー１８５、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０、集光レンズ１９１を備えてもよい。また、増幅器１７１は、集光レンズ１９２、ダイクロイックミラー１９３、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４、コリメートレンズ１９５、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９６、集光レンズ１９７を備えてもよい。尚、ダイクロイックミラー１８５及び１９３は、９０４ｎｍの波長の光を反射し、５３２ｎｍの波長の光を透過するものであってもよい。また、アウトプットカプラ１８４は、入射光の一部を反射し残りを透過するものであってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０及び１９６は、５３２ｎｍの波長の光が出射されるものであってもよい。また、レーザ光源１８１は、ＤＦＢ−ＬＤ等の半導体レーザであって、９０４ｎｍの波長の光を出射するものであってもよい。
【０１２３】
レーザ光源１８１より出射された９０４ｎｍの波長の光は、アイソレータ１８２及び高反射ミラー１８３を介し、アウトプットカプラ１８４よりＴｉ：Ａｌ２Ｏ３リング型増幅器へ入射するものであってもよい。アウトプットカプラ１８４より入射した９０４ｎｍの波長の光は、アウトプットカプラ１８４、高反射ミラー１８７及び１８６、ダイクロイックミラー１８５において反射されてもよい。アウトプットカプラ１８４、高反射ミラー１８７及び１８６、ダイクロイックミラー１８５において反射された光が通過する光路上には、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８が設置されており、レーザ光は、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８内を通過するものであってもよい。
【０１２４】
一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９０からは、５３２ｎｍの波長の光が出射され、集光レンズ１９１、ダイクロイックミラー１８５を介し、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８に入射するものであってもよい。これにより、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１８８において、９０４ｎｍの波長の光が増幅され、増幅された９０４ｎｍの波長のレーザ光は、アウトプットカプラ１８４より出射されてもよい。アウトプットカプラ１８４より出射された９０４ｎｍの波長のレーザ光は、高反射ミラー１８９において反射され、光スイッチ６２１に入射するものであってもよい。
【０１２５】
光スイッチ６２１に入射した９０４ｎｍの波長のレーザ光は、光スイッチ６２１が開いている時間のパルス幅の光となり、光スイッチ６２１より出射され、増幅器１７１に入射するものであってもよい。
【０１２６】
増幅器１７１に入射した９０４ｎｍの波長のレーザ光は、集光レンズ１９２を介した後、ダイクロイックミラー１９３において反射されＴｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４に入射するものであってもよい。増幅器１７１においても、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１９６からは、５３２ｎｍの波長の光が出射され、集光レンズ１９７を介した後、ダイクロイックミラー１９３を透過し、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４に入射するものであってもよい。これにより、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶１９４において、９０４ｎｍの波長のレーザ光は増幅され、コリメートレンズ１９５を介し出射されてもよい。
【０１２７】
尚、ファイバーレーザ増幅器は、ピーク強度の高いパルスを入射させると、３次の非線形であるカー効果によって自己位相変調が生じ、スペクトルが広がってしまう。また、固体光源等を形成している個体レーザは、伝搬長が短いため、スペクトル変化は殆ど生じない。また、波長が１９３ｎｍにおける波長変換では吸収端に近くなるため、変換効率が低くなってしまう。そのため、高出力のオシレータ光を準備して波長変換を行う必要がある。また、干渉露光で使うには線幅が狭い（数十ＧＨｚ以下）であることが求められる。
【０１２８】
ファイバーレーザ増幅器では、その非線形性によってスペクトルが広がってしまうため、高出力と狭線幅を両立することができない。一方、固体レーザ（アンプ）を使えば高出力と狭線幅を両立できる。従って、上記において開示した固体光源は、高出力部をファイバーではなく固体レーザにより形成されていてもよい。
【０１２９】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０１３０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１３１】
１０      固体光源
２０      注入光学系
２１      レンズ
２２      レンズ
３０      増幅器
３１      部分反射ミラー
３２      アウトプットカプラ
３３      エキシマチャンバー
３４      入射ウィンドウ
３５      出射ウィンドウ
３６      電極
３７      電極
１１０    第１のレーザ光源
１１１    レーザ光源
１１２    アイソレータ
１１３    部分反射ミラー
１１４    Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶
１１５    励起用レーザ光源
１１６    Ｑ−スイッチ
１１７    アウトプットカプラ
１２０    第２のレーザ光源
１２１    チタンサファイアレーザ
１２２    第１の波長変換素子
１２３    第２の波長変換素子
１３０    ＶＵＶ波長変換素子
１５１    高反射ミラー
１５２    ダイクロイックミラー
１５３    集光レンズ
１５４    コリメートレンズ
１５５    高反射ミラー
１５６    コリメートレンズ
１５７    ２ω高反射ミラー
１５８    高反射ミラー
１５９    集光レンズ
１６０    コリメートレンズ
１７０    オシレータ
１７１    増幅器
１８１    レーザ光源
１８２    アイソレータ
１８３、１８６、１８７、１８９    高反射ミラー
１８４    アウトプットカプラ
１８５    ダイクロイックミラー
１８８    Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶
１９０    Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１９１    集光レンズ
１９２    集光レンズ
１９３    ダイクロイックミラー
１９４    Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３結晶
１９５    コリメートレンズ
１９６    Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１９７    集光レンズ
【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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【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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【図２４】
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