(57)【要約】【課題】ダブルクラッドファイバにおける第２クラッドに微小な傷や剥離等が生じていた場合でも、当該部分での局所的な過熱を抑制可能な手段を提供する。【解決手段】本発明の態様を例示するダブルクラッドファイバ固定構造体Ａは、ダブルクラッドファイバ２３０と、ダブルクラッドファイバが固定されるファイバ保持部材２５０と、ダブルクラッドファイバ２３０をファイバ保持部材２５０に接着する接着剤２６０とからなる。接着剤２６０は硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッド２３３の屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さく、ダブルクラッドファイバ２３０は、第２クラッド２３３の外周が接着剤２６０により覆われた状態でファイバ保持部材２５０に固定される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質がドープされたコアと、前記コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッドと、前記第１クラッドの外周を覆う第２クラッドと、を有するダブルクラッドファイバをファイバ保持部材に固定するダブルクラッドファイバの固定方法であって、
硬化後の屈折率ｎ6が前記第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ前記第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さい接着剤を用い、
前記ファイバ保持部材に配設された前記ダブルクラッドファイバに、前記第２クラッドの外周を覆うように前記接着剤を塗布して硬化させ、
前記ダブルクラッドファイバを前記ファイバ保持部材に固定することを特徴とするダブルクラッドファイバの固定方法。
【請求項２】
前記接着剤は、前記硬化後の屈折率ｎ6が前記第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一であることを特徴とする請求項１に記載のダブルクラッドファイバの固定方法。
【請求項３】
レーザ媒質がドープされたコア、前記コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッド、および前記第１クラッドの外周を覆う第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、
前記ダブルクラッドファイバが固定されるファイバ保持部材と、
前記ダブルクラッドファイバを前記ファイバ保持部材に接着する接着剤とを有し、
前記接着剤は、硬化後の屈折率ｎ6が前記第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ前記第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さく、
前記ダブルクラッドファイバは、前記第２クラッドの外周が前記接着剤により覆われた状態で前記ファイバ保持部材に固定されていることを特徴とするダブルクラッドファイバ固定構造体。
【請求項４】
前記接着剤は、前記硬化後の屈折率ｎ6が前記第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一であることを特徴とする請求項３に記載のダブルクラッドファイバ固定構造体。
【請求項５】
前記ファイバ保持部材は、前記ダブルクラッドファイバを冷却する冷却機能を有して構成されることを特徴とする請求項３または４に記載のダブルクラッドファイバ固定構造体。
【請求項６】
前記ファイバ保持部材には、前記ダブルクラッドファイバを保持するための保持溝が形成されており、
前記接着剤は、前記保持溝に配置された前記ダブルクラッドファイバを覆って配設されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のダブルクラッドファイバ固定構造体。
【請求項７】
前記保持溝は、溝幅が前記ダブルクラッドファイバの直径よりも幾分大きい凹溝状に形成されており、前記ダブルクラッドファイバは、前記接着剤により前記保持溝に埋設されて固定されることを特徴とする請求項６に記載のダブルクラッドファイバ固定構造体。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか一項に記載のダブルクラッドファイバ固定構造体と、
前記コアにおいて増幅されるレーザ光を発生するレーザ光発生部と、
前記第１クラッドに励起光を供給する励起光源とを備えたレーザ装置。
【請求項９】
前記ダブルクラッドファイバにより増幅されて出射する増幅光を波長変換して出力する波長変換部を備えたことを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
請求項９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前記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１１】
請求項９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検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルクラッドファイバの固定方法に関するものである。また、ダブルクラッドファイバがファイバ保持部材に固定されたダブルクラッドファイバ固定構造体、このダブルクラッドファイバ固定構造体を備えたレーザ装置、露光装置および検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
増幅用の光ファイバを備えたレーザ装置は、例えば、露光装置や検査装置等の光源として用いられている。このようなレーザ装置において、ファイバ増幅器は、一般的に、波長λ＝１．０〜１．５５μｍのシード光を増幅し、所定出力に増幅された増幅光を波長変換部に出力する。波長変換部では、入力された増幅光を波長変換光学素子により波長変換し、例えば、波長λ＝１９３ｎｍあるいはλ＝３５５ｎｍ等の出力光を出力するように構成される（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
近年では、レーザ加工の適用範囲の拡大や生産性の向上要求等によって出力光の高出力化が求められており、これに伴ってファイバ増幅器が出力する増幅光もさらなる高出力化が求められている。増幅光の出力が数十〜数百Ｗクラスのハイパワーのレーザ装置では、一般的に複数のファイバ増幅器が直列に接続され、後段のファイバ増幅器にはクラッドが２層のダブルクラッドファイバが用いられる。ダブルクラッドファイバを用いたファイバ増幅器では、高出力半導体レーザから出射されたマルチモードの励起光が第１クラッドに供給される。第１クラッドに供給された励起光は第１クラッドを出射端に向けて伝播し、伝播する過程でコアにドープされたレーザ媒質を励起する。
【０００４】
このようなダブルクラッドファイバを用いたファイバ増幅器では、第１クラッドに供給される励起光および増幅されて出射する増幅光が高エネルギーのレーザ光であることから、各部に内包されたわずかな損失でダブルクラッドファイバが発熱する。このダブルクラッドファイバの発熱に伴う問題を防止する手段の一つとして、放熱性あるいは冷却構造を有するファイバ保持部材にダブルクラッドファイバを固定し、ダブルクラッドファイバの過熱を抑止するようにした構成が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダブルクラッドファイバをファイバ保持部材に固定する手段のひとつとして接着剤が考えられる。よく知られるように、接着剤には、接着しようとする対象物の材質や用途等に応じて、種々の種類（例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系等）の多数の製品が存在する。例えば、上記のように発熱体を冷却構造を有するファイバ保持部材に接着固定するような用途に対して、例えば、基材となる樹脂に金属微粒子等を分散させることによって熱伝導率を高めた高熱伝導率の接着剤がある。
【０００７】
一方、光コネクタ等において光ファイバを固定して光路を結合するような用途に対して、硬化後の屈折率がコアの屈折率と略同一になるように調製した接着剤がある。また、クラッドを伝播する迷光を除去するような用途に対して、硬化後の屈折率がクラッドの屈折率よりも大きい高屈折率の接着剤も販売されている。
【０００８】
ダブルクラッドファイバの過熱を抑止するという観点では、ダブルクラッドファイバの固定手段として高熱伝導率の接着剤を用いることが好適と考えられる。ところが、このような接着剤を用いてダブルクラッドファイバを固定すると、以下のような要因に基づく問題が生じた。第１の要因は、第２クラッドの外周部に生じた微小な傷や剥離である。すなわち、ファイバの加工工程や組み付け工程を通して完全に無傷の状態を維持するのは難しく、第２クラッドの外周部に微小な傷や剥離が生じる場合がある。第２の要因は、高熱伝導率の接着剤は、透過率や屈折率等の光学的な特性が必ずしも明確ではないが、一般的には、硬化後の屈折率がコアやクラッドの屈折率よりも高く、且つそのばらつきが大きいことである。
【０００９】
そして、このような要因に基づいて発生する問題は第２クラッドの局所的過熱である。図９に、外周を高熱伝導率の接着剤２９０により覆われて固定されたダブルクラッドファイバ２３０の軸方向の模式的な断面図を示す。ダブルクラッドファイバ２３０は、レーザ媒質がドープされたコア２３１と、コア２３１の外周を覆う第１クラッド２３２と、第１クラッドの外周を覆う第２クラッド２３３とを有して構成される。
【００１０】
ここで、ダブルクラッドファイバ２３０におけるコア２３１の屈折率をｎ0、第１クラッド２３２の屈折率をｎ1、第２クラッド２３３の屈折率をｎ2とする。このとき、各部の屈折率の関係は、ｎ0＞ｎ1＞ｎ2である。また、接着剤２９０の硬化後の屈折率をｎ9とすると、ｎ9＞ｎ1である。
【００１１】
屈折率がこのような関係にあるダブルクラッドファイバ固定構造体において、第１クラッド２３２に入射したレーザ光（励起光）は、図中に実線の矢印で示すように伝播する。すなわち、第２クラッド２３３に剥離がない領域では、第１クラッド２３２の屈折率ｎ1が第２クラッド２３３の屈折率ｎ2よりも高い（ｎ1＞ｎ2）ことから、第１クラッド２３２を伝播するレーザ光は第１クラッド２３２と第２クラッド２３３との界面で全反射され、第１クラッド２３２内に閉じ込められる。
【００１２】
しかし、第２クラッド２３３が剥離した部位（剥離部）２３３ａにおいては、第１クラッド２３２の外周は接着剤２９０に覆われており、接着剤２９０の屈折率ｎ9は第１クラッド２３２の屈折率ｎ1よりも高くなっている（ｎ9＞ｎ1）。そのため、第１クラッドを伝播して剥離部２３３ａに入射したレーザ光は、第１クラッド２３２と接着剤２９０との界面で全反射されず、第１クラッド２３２から接着剤２９０側に漏出する。漏れ出した励起光は、剥離により生じた第２クラッド２３３の破断面やケバに入射して輝点となり、部分的な溶融等の局所的な過熱の問題を引き起こす。また、仮に局所過熱が生じなかったとしても、励起光の漏出は損失であり励起効率の低下を生じさせる。
【００１３】
また、ファイバ融着点からの漏れや、曲率半径が小さい曲げ部分からの漏れなどにより、図中に二点鎖線の矢印で示すように、第２クラッドを伝播するモードのレーザ光が生じることがある。第２クラッド２３３は微小な傷２３３ｂや剥離部２３３ａを含めて、その外周が第２クラッドよりも屈折率が高い（ｎ9＞ｎ2）接着剤２９０で覆われている。そのため、第２クラッド２３３を伝播して傷２３３ｂや剥離部２３３ａに入射したレーザ光は、第２クラッド２３３と接着剤２９０との界面で全反射されずに接着剤２９０側に漏出する。接着剤側に漏出したレーザ光の一部は、第２クラッドの傷２３３ｂやケバ等に再入射し、局所的な過熱の問題を生じるおそれがある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、仮に第２クラッドに微小な傷や剥離等が生じていたような場合でも、局所的な過熱を抑制可能なダブルクラッドファイバの固定方法を提供することを目的とする。また、局所的な過熱が抑制されたダブルクラッドファイバ固定構造体、このようなダブルクラッドファイバ固定構造体を備えることにより長期安定性を高めたレーザ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】
【００１５】
本発明を例示する第１の態様は、レーザ媒質がドープされたコアと、コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッドと、第１クラッドの外周を覆う第２クラッドとを有するダブルクラッドファイバを、ファイバ保持部材に固定するダブルクラッドファイバの固定方法である。この固定方法は、硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さい接着剤を用い、ファイバ保持部材に配設されたダブルクラッドファイバに、第２クラッドの外周を覆うように接着剤を塗布して硬化させ、ダブルクラッドファイバをファイバ保持部材に固定するように構成される。なお、上記接着剤は、硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一となるものを用いることができる。
【００１６】
ここで、本明細書において、屈折率が「略同一」とは、屈折率が完全に同一な場合を中心として、接着剤の調製時や施工時に生じ得る一定の幅を含むものであることを意味する。また、接着剤を「塗布する」とは、液状ないしゲル状の接着剤をファイバの外周を覆うように密着して付着させることを意味し、刷毛やへら等により接着剤を塗り付ける態様のみならず、適宜、注射器やディスペンサ等を用いて接着剤を滴下し、注入し、あるいは充填するなどの態様を含むものである。
【００１７】
本発明を例示する第２の態様は、ダブルクラッドファイバ固定構造体である。この構造体は、レーザ媒質がドープされたコア、コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッド、および第１クラッドの外周を覆う第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、ダブルクラッドファイバが固定されるファイバ保持部材と、ダブルクラッドファイバをファイバ保持部材に接着する接着剤とを有する。ここで、接着剤は硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さく、ダブルクラッドファイバは、第２クラッドの外周が接着剤により覆われた状態でファイバ保持部材に固定されている。なお、上記接着剤は、硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一となるものとすることができる。
【００１８】
なお、ファイバ保持部材は、ダブルクラッドファイバを冷却する冷却機能を有する構成とすることができる。また、ファイバ保持部材にダブルクラッドファイバを保持するための保持溝が形成され、接着剤が保持溝に配置されたダブルクラッドファイバを覆って配設されるように構成しても良い。さらに、上記保持溝は、溝幅がダブルクラッドファイバの直径よりも幾分大きい凹溝状に形成され、ダブルクラッドファイバは、接着剤により保持溝に埋設されて固定されるように構成することができる。
【００１９】
本発明を例示する第３の態様はレーザ装置である。このレーザ装置は、上記したようなダブルクラッドファイバ固定構造体と、ダブルクラッドファイバのコアにおいて増幅されるレーザ光を発生するレーザ光発生部と、ダブルクラッドファイバの第１クラッドに励起光を供給する励起光源とを備えて構成される。なお、レーザ装置は、ダブルクラッドファイバにより増幅されて出射する増幅光を波長変換して出力する波長変換部を備えて構成することもできる。
【００２０】
本発明を例示する第４の態様は露光装置である。この露光装置は、上記波長変換部を備えたレーザ装置と、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。
【００２１】
本発明を例示する第５の態様は検査装置である。この検査装置は、上記波長変換部を備えたレーザ装置と、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】
【００２２】
第１の態様のダブルクラッドファイバの固定方法では、硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さい接着剤が用いられ、ファイバ保持部材に配設されたダブルクラッドファイバに第２クラッドの外周を覆うように接着剤を塗布し硬化させることにより、ダブルクラッドファイバがファイバ保持部材に固定される。
【００２３】
第２の態様のダブルクラッドファイバ固定構造体では、ダブルクラッドファイバは、硬化後の屈折率ｎ6が第２クラッドの屈折率ｎ2と略同一以上であり且つ第１クラッドの屈折率ｎ1よりも小さい接着剤により、第２クラッドの外周が接着剤により覆われた状態でファイバ保持部材に固定されている。
【００２４】
このように接着固定されたダブルクラッドファイバについて、図９と同様のダブルクラッドファイバ２３０の軸方向の模式的な断面図を図１０に示す。図１０に示す本発明の態様においては、剥離部２３３ａや微小な傷２３３ｂを含むダブルクラッドファイバ２３０の外周が屈折率ｎ6の接着剤２６０により覆われている。
【００２５】
まず、第１クラッドを伝播するレーザ光（励起光）が第２クラッドの剥離部２３３ａに入射した場合について考える。このとき、第１クラッド２３２の屈折率ｎ1、第２クラッド２３３の屈折率ｎ2、接着剤２６０の屈折率ｎ6の関係は、ｎ1＞ｎ6≧ｎ2である。そのため、第１クラッド２３２を伝播して剥離部２３３ａに入射したレーザ光は、図中に実線の矢印で示すように、第１クラッド２３２と接着剤２６０との界面で全反射され、剥離がなかった状態と同様の光路で第１クラッド内を伝播する。接着剤２６０の屈折率を第２クラッドの屈折率と略同一（ｎ6≒ｎ2）とした場合、剥離部周辺の屈折率構成は無傷部分と同様になり、剥離が光学的に補修されていることになる。
【００２６】
次に、第２クラッドを伝播するレーザ光について考える。ここで、各部の屈折率の関係は上記の通りｎ1＞ｎ6≧ｎ2である。すなわち、第２クラッド２３３と接着剤２６０との屈折率差は、従来（ｎ9＞ｎ1＞ｎ2）よりも小さくなっている。このことは、第２クラッド２３３を伝播するモードのレーザ光が、周囲の接着剤２６０の層へ逃げやすくなることを意味する。レーザ光が接着層へ逃げやすいと、第２クラッド２３３を伝播するレーザ光が傷２３３ｂまで伝播しにくくなる（若しくは伝播するレーザ光のパワーが低下する）ため、傷２３３ｂの部分から放出されるレーザ光のパワーが低下する。特に、接着剤２６０の屈折率を第２クラッドの屈折率と略同一（ｎ6≒ｎ2）にした場合、第２クラッド２３３とその周囲を覆う接着剤２６０とに屈折率差がないため光学的に界面が存在しなくなり、第２クラッド２３３を伝播してきたレーザ光は接着層に散逸する。さらに、仮に傷の周辺に散逸したレーザ光が入射したとしても、周囲との屈折率差がないためそのまま透過し局所過熱を生じることがない。
【００２７】
従って、本発明の態様のダブルクラッドファイバの固定方法、およびダブルクラッドファイバ固定構造体によれば、仮に第２クラッドに微小な傷や剥離等が生じていたような場合でも、これらの部位の局所的な過熱を抑制することができる。
【００２８】
第３の態様のレーザ装置は、第２の態様のダブルクラッドファイバ固定構造体を備えて構成される。また、第４の態様の露光装置、第５の態様の検査装置は、第３の態様のレーザ装置を備えて構成される。そのため、ダブルクラッドファイバの傷や剥離に起因した局所過熱が抑制され、長期安定性の高いレーザ装置、露光装置、検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置におけるダブルクラッド構造のファイバ増幅器を主体として示す概要構成図である。
【図３】ダブルクラッドファイバの軸線に沿った断面図である。
【図４】ダブルクラッドファイバ固定構造体の模式的な外観図である。
【図５】図４中に付記したV−V矢視の断面図である。
【図６】ダブルクラッドファイバの軸線に沿ったダブルクラッドファイバ固定構造体の断面図である。
【図７】レーザ装置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８】レーザ装置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９】従来の固定方法で固定されたダブルクラッドファイバを伝播するレーザ光の挙動を説明するための説明図（ダブルクラッドファイバの軸線に沿った断面図）である。
【図１０】本発明の態様の固定方法で固定されたダブルクラッドファイバを伝播するレーザ光の挙動を説明するための説明図（ダブルクラッドファイバの軸線に沿った断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を図１に示す。例示するレーザ装置ＬＳは、シード光を出射する光源部１０と、光源部１０から出射されたシード光を増幅して増幅光を出力する増幅部２０と、増幅部２０から出力された増幅光を波長変換して出力光を出力する波長変換部３０と、各部の作動を制御する制御部４０とを備えて構成される。
【００３１】
シード光及び出力光の波長や光波形、パワー等は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成される装置の用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、光源部１０から出射される波長λ＝１０６４ｎｍ、パワーが数ｍＷレベルのシード光Ｌsを、増幅部２０において数十〜数百Ｗレベルに増幅し、増幅されたシード光すなわち増幅光Ｌaを波長変換部３０において波長３５５ｎｍの出力光Ｌvに変換して出力する場合を例示する。
【００３２】
光源部１０は、波長λ＝１０６４ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源１１を主体として構成される。レーザ光源１１は、例えばＤＦＢ（Distributed  Feedback）半導体レーザを用いることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のレーザ光を出力させることができる。図１に示す光源部１０は、レーザ光源１１からＯＮ時間が充分に長いパルス光（あるいはＣＷ光）を出力させ、その一部を電気光学変調素子（ＥＯＭ）や音響光学変調素子（ＡＯＭ）等の外部変調器１５により切り出して、パルス状のシード光Ｌsを出力するようにした構成例を示す。
【００３３】
増幅部２０は、光源部１０から出射されたシード光Ｌsを数十〜数百Ｗレベルに増幅して増幅光Ｌaを波長変換部３０に出射する。図では３つのファイバ増幅器２１，２２，２３を直列に接続し、これら３段のファイバ増幅器２１，２２，２３によってシード光Ｌsを順次増幅する構成を示す。本構成例では、１段目及び２段目のファイバ増幅器２１，２２としてシングルクラッド構造のイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）を用い、３段目のファイバ増幅器２３としてダブルクラッド構造のＹＤＦＡを用いた構成を示す。
【００３４】
１段目及び２段目のファイバ増幅器２１，２２は、増幅用のシングルクラッドファイバ２１０，２２０と、イッテルビウム（Ｙｂ）を励起する励起光源２１５，２２５とを主体として構成される。シングルクラッドファイバ２１０，２２０は、Ｙｂがドープされたコアと、コアの外周を覆うクラッドとからなり、コアにシード光Ｌs及び励起光Ｌpが導入される。励起光源２１５，２２５は、例えば波長λ＝９７５ｎｍの半導体レーザが好適に用いられる。
【００３５】
３段目のファイバ増幅器２３は、このファイバ増幅器２３を主体とした概要構成を図２に示すように、増幅用のダブルクラッドファイバ２３０と、Ｙｂを励起する励起光源２３５とを主体として構成される。ダブルクラッドファイバ２３０は、ファイバの軸線に沿った断面図を図３に示すように、Ｙｂがドープされたコア２３１と、コア２３１の外周を覆う第１クラッド２３２と、第１クラッドの外周を覆う第２クラッド２３３とを有して構成される。ファイバ増幅器２１，２２により増幅されたシード光（便宜的に信号光という）はコア２３１に導入され、励起光源２３５から出射した励起光Ｌpは第１クラッド２３２に導入される。
【００３６】
具体的には、前段のファイバ増幅器２２から出力された信号光が、ＷＤＭ（Wavelength  Division  Multiplex）カプラ２３７を介してダブルクラッドファイバ２３０のコア２３１に入射し、励起光源２３５から出射した励起光Ｌpが、ＷＤＭカプラ２３７を介してダブルクラッドファイバ２３０の第１クラッド２３２に入射するように構成される。第１クラッド（ポンピングガイドとも称される）２３２は励起光のマルチモード導波路として作用し、複数の励起光源２３５から出射された高出力のマルチモードレーザ光を軸方向に導波して、コア２３１にドープされたＹｂが効率的に励起されるようになっている。
【００３７】
ダブルクラッドファイバ２３０は、ファイバの生産性や加工性、取り扱いの容易さなどから、一般的に、コア２３１及び第１クラッド２３２が石英（シリカ）ガラス製、第２クラッド２３３が樹脂製の光ファイバが用いられる。３段目のファイバ増幅器２３により増幅された信号光すなわち増幅光Ｌaは増幅部２０から出射し、波長変換部３０に入射する。
【００３８】
波長変換部３０は、波長変換光学素子３１，３２を主体として構成される。増幅部２０から波長変換部３０に入射した波長λ1＝１０６４ｎｍの増幅光Ｌaは、集光レンズを介して波長変換光学素子３１に集光入射する。波長変換光学素子３１は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second  Harmonic  Generation）により増幅光Ｌaの第２高調波を発生する非線形光学結晶である。波長変換光学素子３１として、ＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶を非臨界位相整合（ＮＣＰＭ：Non  Critical  Phase  Matching）で用いる構成が例示される。
【００３９】
ＬＢＯ結晶を非臨界位相整合で用いた場合には、発生する波長５３２ｎｍの第２高調波にウォークオフが生じない。そのため、十分な相互作用長を確保して効率的に波長変換を行うことができる。また、出射する第２高調波のビーム断面が楕円化するようなことがないため、波長変換光学素子３１と波長変換光学素子３２との間にシリンドリカルレンズ等の整形光学素子を設ける必要がなく、波長変換光学素子３２において効率的に波長変換することができる。
【００４０】
なお、増幅部２０から出力される増幅光Ｌaのパワーが〜十Ｗ程度の低パワーの場合には、波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically  Poled  ＬiＮbＯ3）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically  Poled  ＬiＴaＯ3）、ＰＰＫＴＰ（Periodically  Poled  ＫＴiＯＰＯ4）結晶等の疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi  Phase  Matching）結晶を用いても良い。ＱＰＭ結晶を用いた場合にも効率的に波長変換することができ、また波長変換光学素子３１と波長変換光学素子３２との間に整形光学素子を設ける必要がない。
【００４１】
波長変換光学素子３１で発生した第２高調波及び波長変換光学素子３１を波長変換されずに透過した増幅光は、２波長波長板によりいずれか一方（例えば増幅光）の偏光面を９０度回転させ、波長変換光学素子３２に集光入射する。
【００４２】
波長変換光学素子３２は、和周波発生（ＳＦＧ：Sum  Frequency  Generation）により第２高調波と増幅光との和周波を発生させる非線形光学結晶である。波長変換光学素子３２として、ＬＢＯ結晶をタイプＩの臨界位相整合（ＣＰＭ）で用いる構成が例示される。なお、波長変換光学素子３２としては、ＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることもできる。波長変換光学素子３２に入射した波長１０６４ｎｍの増幅光と波長５３２ｎｍの第２高調波は、波長変換光学素子３２を透過する過程で波長変換され、和周波である波長が３５５ｎｍの第３高調波が発生する。
【００４３】
波長変換光学素子３２で発生した第３高調波は、出力光Ｌvとしてレーザ装置ＬＳから出力される。なお、波長変換光学素子３２から出射する光には、波長変換光学素子３２を波長変換されずに透過した残余の増幅光及び第２高調波が含まれるが、波長変換光学素子３２の出射端側にダイクロイックミラーまたはプリズム等を配設してこれらを除去することにより、波長３５５ｎｍの第３高調波のみをレーザ装置ＬＳから出力することができる。
【００４４】
以上のように概要構成されるレーザ装置ＬＳにあって、ファイバ増幅器２３には、ダブルクラッドファイバ２３０を冷却するための冷却機構２５が設けられている。すなわち、ダブルクラッドファイバ２３０は、冷却機能を有するファイバ保持部材に接着固定され、高エネルギーのレーザ光が伝播する際にファイバ内の僅かな損失に起因して生じる発熱を吸収して、ファイバの過熱を防止するようになっている。冷却機構２５の一例として、水冷式のファイバ保持部材２５０にダブルクラッドファイバ２３０を接着固定したダブルクラッドファイバ固定構造体Ａの模式図（外観図）を図４に示す。また、図４中に付記したV−V矢視の断面図を図５に示す。
【００４５】
例示するファイバ保持部材２５０は、全体として平坦なプレート状をなし、アルミニウム合金やステンレス等の金属材料を用いて製作される。プレート内部には、ドリル加工等により冷却水を循環させるための連通した流路２５１が穿設されており、この流路２５１に不図示の冷却装置から所定温度の冷却水が供給されて、ファイバ保持部材２５０が略一定の温度に保持されるようになっている。
【００４６】
ファイバ保持部材２５０の一面には、ダブルクラッドファイバ２３０を保持するための保持溝２５２が形成されている。保持溝２５２は、溝幅および深さがダブルクラッドファイバ２３０の直径ｄよりも幾分大きい（例えば１．２ｄ〜２ｄ程度の）、１本の連続した凹溝状に形成されている。本実施例では、プレート上面に１本の渦巻き状の保持溝２５２を形成した構成を例示する。そのため、ファイバの組み付け時に、ダブルクラッドファイバ２３０を保持溝２５２に容易に装着して係止可能になっている。
【００４７】
ファイバ保持部材２５０に係止されたダブルクラッドファイバ２３０の上方から、ファイバの外周を覆うように保持溝２５２に接着剤２６０を注入して硬化させる。本実施例において、接着剤２６０は、硬化後の屈折率ｎ6が第１クラッドよりも小さく第２クラッド２３３の屈折率ｎ2と略同一（ｎ1＞ｎ6≒ｎ2）になるように調製されたものである。これにより、ダブルクラッドファイバ２３０は、第２クラッド２３３の外周が第２クラッドとほぼ同じ屈折率の接着剤２６０に覆われた状態で保持溝２５２内に埋設され、ファイバ保持部材２５０に固定される。
【００４８】
なお、本実施例において、ダブルクラッドファイバ２３０は、コア２３１および第１クラッド２３２が石英（シリカ）ガラス製、第２クラッド２３３が樹脂製の光ファイバを用いている。このとき、好適な接着剤２６０として、第２クラッド２３３を構成する樹脂と同系統の樹脂材料を基剤として、硬化後の屈折率がｎ6≒ｎ2になるように調整した接着剤（例えば、フッ素系やシリコン系の接着剤）が例示される。なお、硬化後の屈折率がｎ6≒ｎ2になるような接着剤であれば、第２クラッド２３３と異なる系統の樹脂材料を基剤としたものであっても良く、また、第１，第２クラッドの材質に応じて適宜な種類の接着剤を用いることができる。
【００４９】
以上のような固定方法により固定されたダブルクラッドファイバ固定構造体Ａにおける、第１クラッド２３２および第２クラッド２３３を伝播するレーザ光の挙動について、図６を参照しながら説明する。図６は、ダブルクラッドファイバ２３０の軸線に沿ったダブルクラッドファイバ固定構造体Ａの断面図（平断面図）である。ダブルクラッドファイバ２３０は、第２クラッド２３３の外周が第２クラッドとほぼ同じ屈折率の接着剤２６０により覆われた状態で保持溝２５２内に埋設され、ファイバ保持部材２５０に固定されている。
【００５０】
まず、第１クラッド２３２を伝播するレーザ光が第２クラッドの剥離部２３３ａに入射した場合について考える。このとき、第１クラッド２３２の屈折率ｎ1、第２クラッド２３３の屈折率ｎ2、接着剤２６０の屈折率ｎ6の関係は、ｎ1＞ｎ6≒ｎ2である。すなわち、剥離部２３３ａの周辺における第１クラッド２３２とその周囲の部材の屈折率の関係は、剥離がない無傷部分の屈折率関係と同様になり、光学的には剥離が補修されているに等しい。そのため、第１クラッド２３２を伝播して剥離部２３３ａに入射したレーザ光は、図中に実線の矢印で示すように、第１クラッド２３２と接着剤２６０との界面で全反射され、剥離がなかった状態と同様の光路で第１クラッド２３２内を伝播する。
【００５１】
次に、第２クラッドを伝播するレーザ光について考える。ここで、各部の屈折率の関係は上記の通りｎ1＞ｎ6≒ｎ2であり、第２クラッド２３３と接着剤２６０の屈折率はほぼ同一になっている。すなわち、第２クラッド２３３とその周囲を覆う接着剤２６０とに屈折率差がなく、光学的に界面が存在しない状態になっている。そのため、第２クラッド２３３をファイバ保持部材２５０まで伝播してきたレーザ光は、図中に二点鎖線の矢印で示すように、第２クラッド２３３から接着剤２６０の層に出射して散逸する。僅かな屈折率差により反射される成分（微弱なレーザ光）があっても、図中に点線の矢印で示すように、反射の度に大部分が接着剤２６０の層に出射して大きく減衰し、第２クラッド２３３を伝播するレーザ光は消滅する。また、仮に、第２クラッド２３３を伝播したレーザ光や接着剤２６０の層に散逸したレーザ光が傷２３３ｂに入射したとしても、周囲との屈折率差がないためそのまま透過し、傷の部分のみが局所的に過熱されるようなことは生じない。
【００５２】
従って、以上説明したようなダブルクラッドファイバ固定構造体Ａによれば、たとえ第２クラッド２３３に微小な傷や剥離等が生じていたような場合でも、これらの部位で局所的な過熱が生じるようなことがない。また、ファイバ保持部材２５０に保持溝２５２が形成されているため、ダブルクラッドファイバ２３０を容易に装着することができる。また、保持溝２５２は、溝幅および深さがダブルクラッドファイバ２３０の直径よりも幾分大きい程度の凹溝状に形成されており、この保持溝２５２にダブルクラッドファイバ２３０が接着剤２６０により埋設されて固定されている。すなわちダブルクラッドファイバ２３０は、近接した保持溝２５２の底面と側壁面から冷却される構造になっている。そのためファイバの過熱が効果的に抑制され、ファイバ増幅器２３の長期安定性を高めることができる。
【００５３】
なお、実施例では、冷却機能を有するファイバ保持部材として、平坦な金属プレートの内部に冷却水を循環させる流路２５１を形成し、一面にダブルクラッドファイバを埋設する凹溝状の保持溝２５２を形成した水冷式のファイバ保持部材２５０を例示した。しかし、ファイバ保持部材の形態はこのような実施例に限られるものではない。例えば、パワートランジスタ等を冷却するヒートシンク材の部品取り付け面に、上記同様の保持溝２５２を形成して空冷式のファイバ保持部材を構成しても良い。このような形態のファイバ保持部材は、ダブルクラッドファイバの発熱量が比較的低い場合に好適であり、低コストに冷却機構を構成することができる。また、例えば、円柱状の金属ロッドまたは中空円筒状の金属パイプの外周面に、螺旋状に連続する凹溝状の保持溝２５２を形成し、水冷式または空冷式のファイバ保持部材を構成しても良い。このような形態のファイバ保持部材によれば、ファイバ保持部材を比較的低コストに製作できることに加えて、ダブルクラッドファイバ２３０が相互に交差することがなく、またファイバの曲率を一定にすることができる。
【００５４】
また本実施形態では、ファイバ増幅器の一例として、コアにＹｂ（イッテルビウム）がドープされたＹＤＦＡを例示したが、コアにＥｒ（エルビウム）がドープされたＥＤＦや、コアにＴｍ（ツリウム）がドープされたＴＤＦＡについても同様に適用し、同様の効果を得ることができる。さらに、波長変換部３０を有し、増幅部２０から出力された増幅光Ｌaを波長変換部３０において波長３５５ｎｍに波長変換して出力するレーザ装置を例示したが、レーザ装置ＬＳから出力する出力光Ｌvの波長は任意である。すなわち、波長変換部３０を備えることなく増幅光Ｌaをそのまま出射するレーザ装置や、光源部１０を備えることなく１段目のファイバ増幅器２１をファイバーレーザとしたレーザ装置等についても、本発明を適用することにより既述した効果を享受することができる。
【００５５】
以上説明したようなレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、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、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。
【００５６】
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７を参照して説明する。露光装置５００は、原理的には写真製版と同じであり、石英ガラス製のフォトマスク５１３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５１５に光学的に投影して転写する。
【００５７】
露光装置５００は、上述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光（出力光Ｌv）を、マスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３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５１５に投影する。
【００５８】
このような構成の露光装置５００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光が照明光学系５０２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５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３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５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３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５１５の上に所定倍率で結像露光される。
【００５９】
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８を参照して説明する。図８に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３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。
【００６０】
検査装置６００は、前述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time  Delay  Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光を、所定光束に調整して被検物支持台６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。
【００６１】
このような構成の検査装置６００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光（出力光Ｌv）が照明光学系６０２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６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３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６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。
【００６２】
そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３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６１３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６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ  ダブルクラッドファイバ固定構造体
ＬＳ  レーザ装置
Ｌp  励起光
Ｌv  出力光
１０光源部（レーザ光発生部）
２０  増幅部（２１，２２，２３  ファイバ増幅器）
２５  冷却機構
３０  波長変換部（３１，３２  波長変換光学素子）
２３０  ダブルクラッドファイバ（２３１  コア、２３２  第１クラッド、２３３  第２クラッド）
２３５  励起光源
２５０  ファイバ保持部材（２５１  流路、２５２  保持溝）
２６０  接着剤
５００  露光装置
５０２  照明光学系                        ５０３  マスク支持台
５０４  投影光学系                        ５０５  露光対象物支持テーブル
５０６  駆動機構                          ５１３  フォトマスク
５１５  露光対象物
６００  検査装置
６０２  照明光学系                        ６０３  被検物支持台
６０４  投影光学系                        ６０６  駆動機構
６１３  被検物                            ６１５  ＴＤＩセンサ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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