(57)【要約】誘電体強化ミラーを採用した高効率多波長ビームエキスパンダ光学系が開示される。各ミラーは、基板表面から順に少なくとも第１および第２の区域を画成する、ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から形成された反射多層コーティングを含み、ＨｆＯ2／ＳｉＯ2の層厚さは、所与の区域内で概して一定であり、かつ基板表面から外側に向かって区域毎に小さくなる。第１および第２の区域は夫々、ビームエキスパンダ光学系の光透過が様々な動作波長で９５％を超えるように、異なる動作波長を最適に反射するように構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームエキスパンダ光学系であって、
金属から作製された第１のミラー基板を有し、かつ凸状基板表面と、該凸状基板表面上に形成された第１の反射多層コーティングとを有している、凸状ミラー、
金属から作製された第２のミラー基板を有し、かつ凹状基板表面と、該凹状基板表面上に形成された第２の反射多層コーティングとを有している、凹状ミラー、
を備え、前記凸状ミラーおよび前記凹状ミラーが、等倍よりも大きい倍率を有する軸外アフォーカル構成で配置されており、
前記第１の反射多層コーティングおよび前記第２の反射多層コーティングが夫々、少なくとも第１の区域Ｓ１および第２の区域Ｓ２を画成する、ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を含み、前記第１の区域Ｓ１が、前記凸状基板表面または前記凹状基板表面に最も近く、かつ第１の光波長を最適に反射し中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）光を実質的に透過するように構成されており、前記第２の区域Ｓ２が、前記第１の区域の上に存在し、かつ前記ＭＷＩＲ光を実質的に透過し、さらに前記第１の光波長よりも短い第２の光波長を最適に反射するように構成されており、さらに、
前記第１の光波長および前記第２の光波長に対して、高効率の透過率ＴBE＞９５％を有していることを特徴とするビームエキスパンダ光学系。
【請求項２】
前記第１の反射多層コーティングおよび前記第２の反射多層コーティングが夫々、
前記第２の光波長よりも短い第３の光波長を最適に反射しかつ前記ＭＷＩＲ光を実質的に透過するよう構成された、前記第２の区域Ｓ２の上の第３の区域Ｓ３を含み、さらに、
前記第１の光波長が赤外（ＩＲ）波長であり、前記第２の光波長が可視（ＶＩＳ）波長であり、さらに前記第３の光波長が紫外（ＵＶ）波長であることを特徴とする請求項１記載のビームエキスパンダ光学系。
【請求項３】
前記第１のミラー表面および前記第２のミラー表面の、二乗平均平方根（ＲＭＳ）ミラー表面粗さＭＳＲRMSが、４．５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１または２記載のビームエキスパンダ光学系。
【請求項４】
前記金属がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【請求項５】
前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層が、夫々の層厚さτHおよびτSを有し、さらに、前記区域Ｓ２での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ１でのものよりも小さく、かつ前記区域Ｓ３での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ２でのものよりも小さいことを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【請求項６】
紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および赤外（ＩＲ）の動作波長で使用するための、高効率ビームエキスパンダ光学系を形成する方法において、
凸状表面を有する第１のミラーおよび凹状表面を有する第２のミラーを形成するために、第１のＡｌ金属ミラー基板および第２のＡｌ金属ミラー基板を夫々ダイヤモンド旋削および研磨するステップ、
前記凸状表面および前記凹状表面の夫々に、夫々の層厚さがτHおよびτSであるＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から成る、反射多層コーティングを形成するステップであって、前記凸状表面または前記凹状表面から順に外側に位置する少なくとも３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３内への、前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層の配置を含み、前記３つの区域が、ＩＲ、ＶＩＳ、およびＵＶの動作波長を最適に反射するように夫々構成されている、ステップ、および、
等倍よりも大きい倍率を有しかつＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの各動作波長で光透過率ＴBE＞９５％を有する、軸外アフォーカル構成に、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーを配置するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
プラズマイオンアシスト蒸着を、前記第１のミラー基板および前記第２のミラー基板の回転と反転マスクプロセスの採用と組み合わせて使用して、前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記凸状表面および前記凹状表面の夫々の二乗平均平方根（ＲＭＳ）ミラー表面粗さＭＳＲRMSが４．５ｎｍ未満となるように、前記ダイヤモンド旋削および研磨するステップが行われることを特徴とする請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記区域Ｓ１での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ２でのものよりも大きく、さらに前記区域Ｓ２での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ３でのものよりも大きいことを特徴とする請求項６から８いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が引用され、その全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１４年９月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／０５１，３５４号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ビームエキスパンダに関し、特に誘電体強化ミラーを採用した高効率多波長ビームエキスパンダに関する。
【背景技術】
【０００３】
「滑らかな高密度光学膜を生成する方法（Method for producing smooth dense optical films）」と題される、以下で’４５０特許と称する特許文献１、Wang他による非特許文献１を含め、本書で述べられる任意の刊行物または特許文献の全開示は参照することにより組み込まれる。
【０００４】
ビームエキスパンダは、光のビームサイズを拡大するために使用される。光源からは極小さい径を有してレーザビームが発射されるが、下流で使用するためにこのレーザビームを少なくとも一方向に拡大させる必要があるレーザ用途で、ビームエキスパンダが使用されることが多い。多くの場合レーザビームは高強度を有し、下流の光部品の損傷を避けるために拡大させる必要がある。
【０００５】
いくつかのビームエキスパンダは反射光学系であり、すなわち全ての光部品は反射するものである。反射光学素子は色収差に悩まされることがなく、従って色補正を必要としないため、多波長で動作するビームエキスパンダにおいて好ましいことが多い。
【０００６】
図１は、アルミニウム合金（Ａｌ６０６１−Ｔ６）から作製されたミラー基板を含む、ダイヤモンド旋削および光学的に研磨されたアルミミラーにおける、波長λ（ｎｍ）に対する反射率Ｒ（％）のプロットである。このミラーは、λ＝１０６４ｎｍで最適化された従来の４分の１波長ＨｆＯ2／ＳｉＯ2多層反射コーティングを備えている。このプロットは、紫外線（ＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）までの広帯域のスペクトル反射率を示しており、反射率Ｒは、３５５ｎｍで９２．３％、５３２ｎｍで９２．０％、および１０６４ｎｍで９５．０％である。選択されたこの３つの波長は、高出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザにおける一般的な出力波長である。３５５ｎｍでの反射率Ｒの帯域幅は、わずか２４ｎｍである。可視スペクトル範囲において、平均反射率は裸アルミニウムの反射率と同程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，６８３，４５０号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「ＩＲレーザ光学系用ＨｆＯ2／ＳｉＯ2強化ダイヤモンド旋削アルミニウムミラー（HfO2/SiO2 enhanced diamond turned aluminum mirrors for IR laser optics）」、プロシーディング、ＳＰＩＥ（Proc. SPIE）、８１９０、８１９０００５、（２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１の反射率特性を有するアルミニウムミラーを２つ使用したビームエキスパンダにおいて、光透過率は３５５ｎｍで８５．２％、５３２ｎｍで８４．６％、および１０６４ｎｍで９０．３％である。このようなマルチバンドのレーザビームエキスパンダに関連して、光透過率が比較的低い、レーザ損傷耐性が低い、また極端な環境に曝された場合に経時的表面劣化を受け易い、といった３つの主な欠点が存在する。
【００１０】
高出力レーザと共に使用されるビームエキスパンダは、指定の各（動作）波長で、はるかに高い光透過率（例えば、＞９５％）を有する必要があり、またレーザ損傷耐性を示し、さらに表面劣化を比較的受け難いことが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様は、ビームエキスパンダ光学系であって、この系は、金属から作製された第１のミラー基板を有しかつ凸状基板表面とこの凸状基板表面上に形成された第１の反射多層コーティングとを有している、凸状ミラー、および、金属から作製された第２のミラー基板を有しかつ凹状基板表面とこの凹状基板表面上に形成された第２の反射多層コーティングとを有している、凹状ミラー、を備え、この凸状ミラーおよび凹状ミラーは、等倍よりも大きい倍率を有する軸外アフォーカル構成で配置されている。第１および第２の反射多層コーティングは夫々、少なくとも第１の区域Ｓ１および第２の区域Ｓ２を画成する、ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を含んでいる。第１の区域Ｓ１は、凸状基板表面または凹状基板表面に最も近く、かつ第１の光波長を最適に反射し中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）光を実質的に透過するように構成されている。第２の区域Ｓ２は、第１の区域の上に存在し、かつ第１の光波長よりも短い光の第２の光波長を最適に反射するように構成されている。第２の区域Ｓ２はまた、ＭＷＩＲ光を実質的に透過する。このビームエキスパンダ光学系は、第１および第２の光波長に対して、高効率の透過率ＴBE＞９５％を有している。
【００１２】
本開示の別の態様は、第１および第２の多層コーティングが夫々、第２の区域Ｓ２の上に第３の区域Ｓ３を備えている、上述したようなビームエキスパンダ光学系である。第３の区域Ｓ３は、第２の光波長よりも短い第３の光波長を最適に反射し、かつＭＷＩＲ光を実質的に透過するように構成されている。一例において、第１の光波長は赤外波長であり、第２の光波長は可視波長であり、さらに第３の光波長は紫外波長である。
【００１３】
本開示の別の態様は、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの動作波長で使用するための、高効率ビームエキスパンダ光学系である。このビームエキスパンダ光学系は、第１のＡｌ合金基板上に形成された凸状基板表面を有する、第１のミラーと、第２のＡｌ合金基板上に形成された凹状基板表面を有する、第２のミラーとを備えている。この第１および第２のミラーは、等倍よりも大きい倍率を有する軸外アフォーカル構成で配置されている。凸状および凹状の各基板表面は、層厚さτHおよびτSを夫々有するＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から形成された、多層反射コーティングを備えている。各多層反射コーティングは、ｉ）ＩＲ動作波長を最適に反射し、かつ中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）波長を実質的に透過するように構成された、凸状または凹状の反射面に直接隣接している第１の区域と、ｉｉ）ＶＩＳ動作波長を最適に反射し、かつＩＲおよびＭＷＩＲ動作波長を実質的に透過するように構成された、第１の区域の上の第２の区域と、ｉｉｉ）ＵＶ動作波長を最適に反射し、かつＶＩＳ、ＩＲ、およびＭＷＩＲ波長を実質的に透過するように構成された、第２の区域の上の第３の区域とを含む。ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の夫々の層厚さτHおよびτSは、各区域内で実質的に一定であるが、第２の区域での厚さは平均で、第１の区域でのものよりも小さく、また第３の区域での厚さは平均で、第２の区域でのものよりも小さい。このビームエキスパンダ光学系は、ＵＶ光、ＶＩＳ光、およびＩＲの動作波長で、透過率ＴBE＞９５％を有する。
【００１４】
本開示の別の態様は、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの動作波長で使用するための、高効率ビームエキスパンダ光学系を形成する方法である。この方法は、凸状基板表面を有する第１のミラーおよび凹状基板表面を有する第２のミラーを夫々形成するために、第１の金属基板および第２の金属基板をダイヤモンド旋削および研磨するステップ、凸状基板表面および凹状基板表面の夫々に、夫々の層厚さがτHおよびτSであるＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から成る、反射多層コーティングを形成するステップであって、凸状表面または凹状表面から順に外側に位置する少なくとも３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３への、ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層の配置を含み、この３つの区域が、ＩＲ、ＶＩＳ、およびＵＶの動作波長を最適に反射するように夫々構成されている、ステップ、および、等倍よりも大きい倍率を有しかつＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの各動作波長で光透過率ＴBE＞９５％を有する、軸外アフォーカル構成に、第１のミラーおよび第２のミラーを配置するステップを含む。一例において、金属ミラー基板はアルミニウム合金から作製されている。
【００１５】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは書かれる説明およびその請求項、並びに添付の図面で説明するように実施形態を実施することにより認識されるであろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単なる例示であり、請求項の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００１６】
添付の図面はさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は１以上の実施形態を示し、詳細な説明とともに、種々の実施形態の原理および動作の説明に役立つ。従って本開示は、付随する図面と併せて以下の詳細な説明から、より十分に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】アルミニウム合金（Ａｌ６０６１−Ｔ６）から作製されたミラー基板を有し、かつλ＝１０６４ｎｍで最適化された従来の４分の１波長ＨｆＯ2／ＳｉＯ2多層反射コーティングを含む、ダイヤモンド旋削および光学的に研磨されたアルミニウムミラーにおける、波長λ（ｎｍ）に対する反射率Ｒ（％）のプロットであり、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍの動作波長λで反射率が比較的低いことを示している図
【図２】紫外、可視、および赤外の動作波長に対して光透過率ＴBE＞９５％のビームエキスパンダを実現する本書で開示されるＨｆＯ2／ＳｉＯ2反射多層コーティングを、各ミラーが備えている、本開示による２ミラー軸外ビームエキスパンダの一例をレーザ光源と共に示した概略図
【図３】図２のビームエキスパンダにおいて使用される一例のミラーの拡大断面図であって、ミラー基板と、その上に形成された対応する反射多層コーティングとの一部を示し、基板表面からの距離（ｚ方向）とともに概して減少する厚さを、どのようにコーティング層が有しているかを示した図
【図４】距離ｚ（ｎｍ）に対する（３５５ｎｍでの）屈折率ｎのプロットであって、反射多層コーティングのＨｆＯ2／ＳｉＯ2層が、様々な（平均）層厚さを有する異なる区域Ｓ１からＳ３をどのように画成しているかの一例を示している図
【図５】図４に示されているような厚さが変化する構成を有する反射多層コーティングを備えた、一例のビームエキスパンダのミラーにおける、波長λ（ｎｍ）に対する反射率Ｒ（％）のプロット
【図６】反射多層コーティングがどのように３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を備えているかを示した、一例のビームエキスパンダのミラーの断面図であって、最も上方の区域Ｓ３がＵＶ光を反射し、中間の区域Ｓ２が可視光を反射し、最も下方の区域Ｓ１がＮＩＲ光を反射し、さらに基板表面がＭＷＩＲ光を反射することを示した図
【図７】３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍ、並びにＳＷＩＲ波長の動作波長λでの、高効率反射率のために構成された反射多層積層体を有する一例のビームエキスパンダのミラーにおける、反射率スペクトルの例を示す波長λ（ｎｍ）に対する反射率Ｒ（％）のプロット
【図８】図７に類似し、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ、ＳＷＩＲ波長、およびＭＷＩＲ波長の動作波長λでの、高効率反射率のために構成された反射多層積層体を有する一例のビームエキスパンダのミラーにおける、反射率スペクトルの例を示している図
【図９】異なる動作波長λ、すなわち３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍでの、二乗平均平方根（ＲＭＳ）基板表面粗さＭＳＲRMS（ｎｍ）に対する散乱損失ＳＬ（％）のプロットであって、異なる動作波長での光の光学的散乱に起因する、散乱損失への基板表面粗さの影響を示している図
【図１０】異なる動作波長λ、すなわち３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍに対する、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMS（ｎｍ）の関数としての図２のビームエキスパンダの光透過率ＴBE（％）のプロットであって、ビームエキスパンダの光透過率への基板表面粗さの影響と、高効率の光透過率ＴBE＞９５％を達成するためにＲＭＳ基板表面粗さを閾値未満で維持することの必要性とを示した図
【図１１Ａ】本書で開示されるようにＨｆＯ2／ＳｉＯ2反射多層コーティングを形成する前に、プラズマイオンエッチングを用いて処理された中間ＳｉＯ2層を使用して、基板表面上の欠陥を軽減する一例の方法を示した概略側面図
【図１１Ｂ】本書で開示されるようにＨｆＯ2／ＳｉＯ2反射多層コーティングを形成する前に、プラズマイオンエッチングを用いて処理された中間ＳｉＯ2層を使用して、基板表面上の欠陥を軽減する一例の方法を示した概略側面図
【図１１Ｃ】本書で開示されるようにＨｆＯ2／ＳｉＯ2反射多層コーティングを形成する前に、プラズマイオンエッチングを用いて処理された中間ＳｉＯ2層を使用して、基板表面上の欠陥を軽減する一例の方法を示した概略側面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで本開示の種々の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照に、同じまたは同様の参照番号および符号を使用する。図面は必ずしも原寸に比例したものではなく、当業者は、図面が本開示の重要な態様を示すために簡略化されたものである場合、それを識別するであろう。
【００１９】
以下に明記される請求項は、詳細な説明に組み込まれ、かつその一部を構成する。
【００２０】
デカルト座標が参照のためにいくつかの図に示されているが、方向または向きに関して限定することを意図したものではない。
【００２１】
頭字語「ＳＷＩＲ」は「短波長赤外線」の略であり、一例の約９００ｎｍから約１７００ｎｍの波長範囲を表す。同様に頭字語「ＭＷＩＲ」は「中波長赤外線」の略であり、一例の約１７００ｎｍから約５０００ｎｍの波長範囲を表す。頭字語「ＩＲ」は「赤外線」の略であり、他に特記のない限り、ＮＩＲ、ＳＷＩＲ、およびＭＷＩＲの波長を含み得る。頭字語「ＲＭＳ」は「二乗平均平方根」の略である。
【００２２】
さらに以下の議論では用語「動作波長」をλで示し、この「動作波長」は、ビームエキスパンダおよびそのミラーがこの波長に対して使用されるように設計された、波長を意味する。以下の例においてビームエキスパンダは、紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および赤外線（ＩＲ）の夫々の範囲の、少なくとも３つの動作波長λに対して機能するように設計されている。一例において、この動作波長は、当技術において既知の周波数逓倍技術および／または周波数変更技術によるものを含め、高出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザで生成することができるものである。
【００２３】
動作波長が、一例においては動作波長λの光を生成する光源（または複数の光源）の帯域幅で定義される、動作波長に関する付随する「動作波長帯」または「動作帯域幅」または「線幅」Δλを有することは、当業者には理解されるであろう。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの典型的な線幅Δλは、１ｎｍ未満である。
【００２４】
ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を、本書では略記「ＨｆＯ2／ＳｉＯ2」を用いて説明し、また同様にこの交互の層の夫々の厚さτHおよびτSをτH／τSで示す。
【００２５】
本書で開示されるビームエキスパンダに関連して使用される「高効率」という用語は、ビームエキスパンダを設計した対象の各動作波長で、ビームエキスパンダが光透過率ＴBE＞９５％を有することを意味する。
【００２６】
さらに「最適に反射」という用語は、所与の動作波長とＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の区域ＳＮに関連して使用される場合、他の動作波長と比較して評価されたものと理解され、従ってこの所与の動作波長が、他の動作波長よりも高い反射率を有していると理解される。
【００２７】
高効率ビームエキスパンダ
図２は、２つの軸外ミラー２０および３０を含む一例のビームエキスパンダ光学系（「ビームエキスパンダ」）１０の概略図である。ミラー２０は、上部表面２６を有する反射多層コーティング２４を担持した凸状基板表面２２を有する、ミラー基板２１を備えている。ミラー３０は、上部表面３６を有する反射多層コーティング３４を担持した凹状基板表面３２を有する、ミラー基板３１を備えている。一例において上部表面２６および３６は、公称屈折率ｎ＝１である空気または真空を含む、周囲環境６０との境界面になる。一例において上部表面２６および３６は、ミラー２０および３０に対する夫々の「ミラー表面」または「反射面」を画成する。
【００２８】
一例において反射多層コーティング２４および３４は同じ構造を有しており、この場合コーティングに対する異なる参照番号は、いずれのミラー基板２１または３１上にその反射多層コーティングが存在しているかを示している。以下でより詳細に論じるが、反射多層コーティング２４および３４は誘電体材料ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層から構成されている。ＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は、ビームエキスパンダ１０がＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲ光に対して９５％を超える高効率の光透過率ＴBEを有し得るよう、ミラー２０および３０の反射率を高めるように構成される。
【００２９】
一例においてビームエキスパンダ１０は、ミラー２０および３０を動作可能に支持するハウジングＨを備えている。一例においてハウジングＨは、アルミニウム合金などの軽金属をダイヤモンド旋削して作製されたものであり、ミラー２０および３０は、ハウジングと一体化されて機械的および熱的安定性を提供するように形成される。
【００３０】
一例において、ミラー基板２１および３１は金属から作製されている。金属の例としては、ダイヤモンド旋削することができる非鉄金属が挙げられ、特にニッケルおよびニッケル合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、銅および銅合金、さらにアルミニウムおよびアルミニウム合金が挙げられる。一例においてこの金属は、ビームエキスパンダ１０を軽量にすることができるよう、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、またはマグネシウム合金などの軽金属である。
【００３１】
ビームエキスパンダ１０は、第１の直径Ｄ１のコリメートレーザビーム４０を受けて、このビームから、拡大された直径Ｄ２のコリメートレーザビームを形成するように構成されている。ビームエキスパンダ１０は従って、倍率ＭBE＝Ｄ２／Ｄ１のアフォーカルな構成を有する。ビーム拡大のためにＭBE＞１であり、すなわちビームエキスパンダ１０の倍率は等倍よりも大きい。一例においてコリメートレーザビーム４０は、例えば３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍなど、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの範囲の複数の動作波長（従って波長帯）に亘って波長を放出し得る、高出力レーザ５０から発生する。
【００３２】
一例においてミラー基板２１および３１は、アルミニウム合金、例えばＡｌ６０６１−Ｔ６などの、軽金属から作製される。一例において基板表面２２および３２は、夫々の凸状および凹状の湾曲を画成するようにダイヤモンド旋削されたものである。上記のように一例においてミラー基板２１および３１は、ハウジングＨによって画成されてハウジングＨと一体的に形成され得る。一例においてミラー２０および３０は球面ミラーであり、一方他の例においてミラー２０および３０は、非球面、円筒、アナモルフィックなど、様々な形状を有し得る。
【００３３】
ＨｆＯ2／ＳｉＯ2多層コーティング
一例において各反射多層コーティング２４および３４は、ＨｆＯ2／ＳｉＯ2で示されるＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から形成されている。図３はミラー２０またはミラー３０の拡大断面図であり、ミラー基板２１または３１と、対応する反射多層コーティング２４または３４との一部を示している。＋ｚ方向は、図示のように基板表面２２または３２に垂直である。ＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の夫々の厚さτHおよびτSを、類似した形でτH／τSと省略して示す。以下の議論において、反射多層コーティング２４および３４を画成するＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は、例えば区域Ｓ１、Ｓ２、…、ＳＮなどのＮ個の区域ＳＮに分かれており、区域Ｓ１は基板表面２２または３２に直接隣接している（すなわち基板表面２２または３２に最も近い）。所与の区域ＳＮにおけるＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の厚さτH／τSを、議論を簡単にするためにＳＮ（τH／τS）と示す。所与の区域ＳＮにおけるＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の平均の厚さτH／τSを、ＳＮ（τH／τS）AVGと示す。
【００３４】
反射多層コーティング２４および３４の特性は、ＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の厚さτH／τSが一般に、＋ｚ方向、すなわち基板表面２２または３２から反射多層コーティングの上部表面２６または３６へと離れていく方向において、距離と共に変化することである。一例において、厚さτH／τSの変化は段階的な形で起こり得るものであり、すなわち各区域ＳＮ内で層厚さτH／τSは実質的に一定であるが、区域毎に変化する。さらに、所与の区域ＳＮ内の層厚さτH／τSにいくらか変動が存在することがあり、この場合、全てではないがほとんどの層厚さτHは実質的に同一であり、また全てではないがほとんどの層厚さτSは実質的に同一である。一例ではＳＮ（τH／τS）AVG＞ＳＮ＋１（τH／τS）AVGであり、すなわち所与の区域ＳＮ内の平均の厚さτH／τSは、これを覆う区域ＳＮ＋１のものよりも大きい。そのため、例えば反射多層コーティング２４および３４が３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３に分かれている場合、この例では、Ｓ１（τH／τS）AVG＞Ｓ２（τH／τS）AVG＞Ｓ３（τH／τS）AVGである。
【００３５】
図４は、距離ｚ（ｎｍ）に対する（λ＝３５５ｎｍでの）屈折率ｎのプロットであり、異なるＳｉＯ2およびＨｆＯ2層の様々な厚さの他、反射多層コーティング２４または３４の全厚さの一例を示している。ＳｉＯ2層の屈折率ｎは約１．５であり、一方ＨｆＯ2層の屈折率は約２．１である。一例においてＳｉＯ2層の厚さτSは、例えば区域Ｓ１における９０ｎｍ≦τS≦１９０ｎｍから区域Ｓ３における６０ｎｍ≦τS≦７０ｎｍまでなど、区域Ｓ１とＳ３との間で段階的な形で概して減少する。同様にＨｆＯ2層の厚さτHは、例えば区域Ｓ１における１３０≦τH≦１４０ｎｍから区域Ｓ３における４０ｎｍ≦τH≦５０ｎｍまでなど、区域Ｓ１とＳ３との間で概して減少する。
【００３６】
以下の表１は、区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３の夫々における厚さτSおよびτHに対する範囲の例をまとめたものである。
【００３７】
【表１】
2017530402.tif 000003
【００３８】
図４の反射多層コーティング２４または３４の、基板表面２２または３２から上部表面２６または３６まで測定した全厚さτHは、約７２５０ｎｍである。一例では比較的厚いＳｉＯ2層６８を、上部表面２６または３６を画成しかつレーザ照射に対する耐久性をさらに増加させる、最も外側のキャッピング層として加えてもよい。同様に図４は、基板表面２２または３２に直接隣接しているＳｉＯ2層（例えば、９０ｎｍ）が、次のＳｉＯ2層（例えば、１８０ｎｍまたは１９０ｎｍ）よりも薄いことを示している。従って上で強調したように、所与の区域ＳＮにおいてＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の厚さτH／τSには、いくらかの変動が存在し得る。
【００３９】
図５は、３５５ｎｍ（ＵＶ）、５３２ｎｍ（ＶＩＳ）、および１０６４ｎｍ（ＩＲ）の動作波長λで使用するように設計された、一例の「トリプルバンド」反射多層コーティング２４または３４での、波長λ（ｎｍ）に対する反射率Ｒ（％）のプロットである。水平の点線はＲ＝９５％の反射率の値を示し、対象の各波長λでの反射率Ｒが９５％よりも大きいことが分かる。
【００４０】
図６は、反射多層コーティング２４または３４の一例の構成の概略図であり、対象の３つの例の動作波長（λ＝３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍ）の他、反射多層コーティングを通過しかつ基板表面２２または３２から反射するＭＷＩＲ波長でこのような高反射率を提供する際の、多層コーティングの作用を示している。基板表面２２または３２からのＭＷＩＲ波長の反射率（例えば、Ｒ＞９２％、またはＲ＞９５％）により、この波長を例えばレーザビーム４０の反対方向などに、ビームエキスパンダ１０を通って透過させることができる。このため一例ではＭＷＩＲ波長でビームエキスパンダ１０によって、ビーム拡大比または倍率Ｍ＝Ｄ２／Ｄ１で定義される信号対ノイズ比で、ターゲット（図示なし）を検出することができる。
【００４１】
図６に示されているミラー２０または３０の例の反射多層コーティング２４または３４は、３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３に分かれており、区域Ｓ１はＭＷＩＲ波長に対して実質的に透過性であると同時に、λ＝１０６４ｎｍのＮＩＲ動作波長では高反射率Ｒを提供する（すなわち最適に反射する）ように構成されている。拡大差込図は、区域Ｓ１でのＨｆＯ2／ＳｉＯ2層を示している。区域Ｓ２およびＳ３もＨｆＯ2／ＳｉＯ2層を含み、このときＳ１（τH／τS）AVG＞Ｓ２（τH／τS）AVG＞Ｓ３（τH／τS）AVGである。
【００４２】
区域Ｓ１は、（平均で）最も厚いＨｆＯ2／ＳｉＯ2層を用いたＨｆＯ2／ＳｉＯ2多層構造を有し、例えば厚さτHは、ＨｆＯ2層の全てではないがほとんどで１３０ｎｍから１４０ｎｍの範囲内であり、また厚さτSは、ＳｉＯ2層の全てではないがほとんどで９０ｎｍから１９０ｎｍの範囲内である。
【００４３】
区域Ｓ２は中間の区域であり、ＮＩＲおよびＭＷＩＲ波長に対して実質的に透過性であると同時に、λ＝５３２ｎｍの可視（ＶＩＳ）動作波長では高反射率Ｒを提供する（すなわち最適に反射する）ように構成されている。区域Ｓ２でＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は中間の厚さτHおよびτSを有し、例えば厚さτHは、ＨｆＯ2層の全てではないがほとんどで５０ｎｍから７０ｎｍの範囲内であり、また厚さτSは、ＳｉＯ2層の全てではないがほとんどで７０ｎｍから９０ｎｍの範囲内である。
【００４４】
区域Ｓ３は最も上方の区域であり、ＶＩＳ、ＮＩＲおよびＭＷＩＲ波長に対して実質的に透過性であると同時に、λ＝３５５ｎｍのＵＶ動作波長では高反射率Ｒを提供する（すなわち最適に反射する）ように構成されている。区域Ｓ３は最も薄いＨｆＯ2／ＳｉＯ2層を有し、例えば厚さτHは、ＨｆＯ2層の全てではないがほとんどで４０ｎｍから５０ｎｍの範囲内であり、また厚さτSは、ＳｉＯ2層の全てではないがほとんどで６０ｎｍから７０ｎｍの範囲内である。ミラーの製造可能性を助けるために、ＵＶおよびＶＩＳの帯域は設計において接続される。上記のように厚いＳｉＯ2層６８を区域Ｓ３の上に、最も外側のキャッピング層として加えて、レーザ照射に対する耐久性をさらに増加させてもよい。
【００４５】
各区域を所与の動作波長に対して選択された反射率Ｒを有するように構成して、区域ＳＮに反射多層コーティング２４または３４を形成する上述の方法を用いて、ビームエキスパンダ１０において使用されるミラー２０および３０は設計され得る。図７は、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍ、並びにＳＷＩＲ波長の動作波長λで高反射率を有する、一例の反射多層コーティング２４または３４での波長λに対する反射率Ｒ（％）のプロットである。図８は図７に類似し、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ、およびＳＷＩＲ波長の動作波長λでの反射率Ｒ（％）のプロットであり、このとき基板表面２２または３２は、反射多層コーティング２４または３４の異なる区域ＳＮを実質的に透過する、ＭＷＩＲ波長で高反射率を有する。
【００４６】
散乱に起因する損失の制御
一例の実施形態において、各反射多層コーティング２４および３４はＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの各動作波長λで９８％以上の反射率を有し、かつビームエキスパンダ１０は光透過率ＴBE＞９５％を有し、これにより高効率の光学系となる。ミラー２０および３０でのこの高反射率と、ビームエキスパンダ１０での高効率とを達成するために、各ミラーでの散乱に起因する損失量を制御する必要がある。
【００４７】
図５の反射率プロットでは、完全な基板表面を有することによって、またゼロＲＭＳ表面粗さを有するコーティング界面によって、９９．９％を超える反射率Ｒを理論上「トリプルバンド」の全て、すなわちλ＝３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍで達成することができる。
【００４８】
しかしながら実際には、基板表面およびコーティング界面は、反射率を低下させるある程度の表面粗さを有している。図９は、動作（設計）波長λ＝３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および１０６４ｎｍでの単一のミラー２０または３０における散乱損失ＳＬ（％）を、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMS（ｎｍ）の関数としてプロットしたものである。このプロットは、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSがゼロであるとき、すなわち完全な表面である場合、散乱損失ＳＬがゼロであることを示している。散乱損失ＳＬは、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSが増加すると増加する。例えばＭＳＲRMS＝３ｎｍである場合、散乱損失ＳＬは１０６４ｎｍで０．２２％、５３２ｎｍで０．５０％、さらに３５５ｎｍで１．１３％である。ＭＳＲRMS＝６ｎｍでは、散乱損失ＳＬは１０６４ｎｍで０．６２％、５３２ｎｍで２％、さらに３５５ｎｍで４．５％である。
【００４９】
図１０は、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMS（ｎｍ）に対するビームエキスパンダ１０の透過率ＴBE（％）のプロットである。このプロットは、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSの量が３ｎｍに等しいと、ビームエキスパンダ１０での光透過率ＴBEが、λ＝１０６４ｎｍでＴBE＝９９．７５％、λ＝５３２ｎｍでＴBE＝９９．００％、さらにλ＝３５５ｎｍでＴBE＝９７．７６％となることを示している。ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSが６ｎｍに等しいと、ビームエキスパンダ１０での光透過率ＴBEは、λ＝１０６４ｎｍでＴBE＝９７％、λ＝５３２ｎｍでＴBE＝９６％、さらにλ＝３５５ｎｍでＴBE≒９０％となる（３５５ｎｍでの曲線を６ｎｍのＭＳＲRMSに対して推定することによって得られる）。
【００５０】
ビームエキスパンダ１０の光透過率ＴBEは、λ＝３５５ｎｍのＵＶ動作波長で、散乱損失によって制限される。言い換えれば、図１０のプロットによれば、ビームエキスパンダで高効率の光透過率ＴBE＞９５％を有するために、ビームエキスパンダ１０の各ミラー２０および３０はＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMS＜４．５ｎｍを有することが必要である。
【００５１】
上で論じたように反射多層コーティング２４または３４は、多数のＨｆＯ2／ＳｉＯ2の積層体、すなわち区域Ｓ１からＳ３などの区域ＳＮを有し、このときＨｆＯ2／ＳｉＯ2の層厚さτH／τSは、ミラー基板２１または３１に最も近い第１のまたは最も下方の区域Ｓ１から、反射多層コーティングの上部表面２６または３６を画成する、上部または最も上方の区域Ｓ３へと、区域毎に概して減少する。
【００５２】
区域Ｓ３のＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は、ＵＶのλ＝３５５ｎｍで高反射率を提供し、一方ＶＩＳ、ＮＩＲ、およびＭＷＩＲの波長に対して実質的に透過性になるように構成される。区域Ｓ３を上部または最も上方の区域として形成すると、最短の動作波長に対して散乱損失の量が確実に最小になる。言い換えれば、ＵＶ動作波長は反射多層コーティング２４または３４内で最短の光路長を有し、それにより散乱損失を最も少ない量にすることができる。この手法では、ＩＲ光は反射多層コーティング２４または３４内で最長の光路長を通過しなければならないため、ＩＲ動作波長で散乱損失の量は増加し得るが、このより長いＮＩＲ波長では、より短いＵＶ波長に比べると、散乱損失はそれほど影響を受けない。
【００５３】
従って、上部または最も上方の区域Ｓ１がより短いＵＶ動作波長に対する反射率を画成し、かつ下部または最も下方の区域Ｓ３がより長いＩＲ動作波長の反射率を画成する、図６に示されているような反射多層コーティング２４または３４の構成を利用して、ビームエキスパンダ１０の光透過率ＴBEを最適化し、さらにＴBE＞９５％の高効率の光透過率が達成される。
【００５４】
ＨｆＯ2／ＳｉＯ2層の形成
図９および１０のプロットは、ビームエキスパンダ１０で光透過率ＴBE＞９５％を達成するには、ＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSの量を特定の閾値ＴＶ未満、上で論じた例ではＴＶ＝４．５ｎｍなどで、維持することが必要であることを示している。これには各反射多層コーティング２４および３４においてＨｆＯ2／ＳｉＯ2層を、可能な限り滑らかになるように形成することが必要である。
【００５５】
一例においてＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は、’４５０特許において開示されたシステムおよび方法を用いて形成される。特に一例においてＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は、ミラー基板２１および３１のダイヤモンド旋削および光学的に研磨された基板表面２２および３２上に、プラズマイオンアシスト蒸着（ＰＩＡＤ）を、各ミラー基板の回転と「反転マスク」プロセスの採用と組み合わせて使用して形成される。この方法によれば確実に、反射多層コーティング２４および３４がＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSを、元のダイヤモンド旋削および光学的に研磨された基板表面２２および３２のＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSを越えて増加させないようにすることができる。
【００５６】
従って、一例においてミラー基板２１および３１のダイヤモンド旋削および光学的に研磨された各基板表面２２および３２のＲＭＳ基板表面粗さＭＳＲRMSは、全ての動作（設計）波長λに対して光透過率ＴBE＞９５％をもたらす、前述の４．５ｎｍなどの閾値ＴＶ未満となる。この閾値ＴＶは、Ａｌ表面のダイヤモンド旋削および研磨を用いて容易に達成可能である。
【００５７】
表面欠陥の軽減
いくつかの事例において、基板表面２２または３２は表面に不備または欠陥を有することがあり、ビームエキスパンダ１０で高効率の光透過率ＴBEを達成するためには、これを滑らかにする、あるいは他のやり方で軽減する必要がある。例えば機械的強度を増加させるために、金属含有物がアルミニウム（Ａｌ）合金内に形成されるときがある。この金属含有物はミラー基板２１または３１のバルクのＡｌ合金とは異なる硬度を有し得るものであり、研磨された基板表面２２または３２上に、小さい（例えば、サブミクロンサイズの）粒子の形で現れることがある。この表面欠陥は散乱損失ＳＬを増加させ得るものであり、また特にＵＶ動作波長で、レーザ誘起の損傷閾値を低下させる可能性もある。
【００５８】
一例において表面欠陥は、反転マスクを用いて基板表面２２または３２上にＳｉＯ2層を堆積させて表面欠陥を密封すると同時に欠陥の横への成長を排除し、続いてプラズマイオンエッチングによってＳｉＯ2コーティング表面を滑らかにすることによって軽減することができる。別の例では、純Ａｌ膜を基板表面２２または３２上に堆積させて表面の不備を密封しかつ表面を均質化し、その後、純Ａｌ膜を光学的に研磨する。別の例では、アルミニウムの層を基板表面２２または３２上に堆積させて表面の不備を密封しかつ表面を均質化し、次いでＡｌコーティング表面を、プラズマイオンエッチングを用いて滑らかにする。別の例では、ニッケルまたはニッケル合金などの金属を基板表面２２または３２上に堆積させ、次いでコーティングされた基板を、必要な湾曲を画成するように所望の表面粗さの範囲内へと処理する。
【００５９】
図１１Ａから１１Ｃは、ミラーが形成されるときに表面欠陥の軽減を実行する一例の方法を示した、一例のミラー２０または３０の一部の概略側面図である。図１１Ａにおいて、ミラー基板２１または３１の基板表面２２または３２は表面欠陥６４を有している。図１１Ｂにおいて、基板表面２２または３２と、その上の表面欠陥６４は、反転マスクプロセス用いてＳｉＯ2層７０でコーティングされる。ＳｉＯ2層７０を次いで、プラズマ８０を採用するプラズマイオンエッチングプロセスを用いてプラズマイオンエッチングし、平坦な（すなわち、実質的に欠陥のない）表面７２を形成する。前述のＨｆＯ2／ＳｉＯ2層から成る反射多層コーティング２４または３４は、次いで図１１Ｃに示されているように、処理されたＳｉＯ2層７０の表面７２の上に形成される。随意的なＳｉＯ2層６８が、反射多層コーティング２４または３４の最も上方の区域Ｓ３の上に堆積されるものとして、図１１Ｃにさらに示されている。
【００６０】
得られたミラー２０および３０を次いでビームエキスパンダ１０内に採用して、ＵＶ、ＶＩＳ、およびＮＩＲの波長に亘って高効率の光透過率ＴBE＞９５％を有する、多波長能力が得られる。
【００６１】
本書で開示されるビームエキスパンダ１０の利点は、反射多層コーティング２４および３４が全ての動作波長λで、比較的高いレーザ誘起損傷閾値を有し得ることである。ＨｆＯ2／ＳｉＯ2層は高密度および滑らかになるように形成され、散乱損失ＳＬを減少させる、あるいは最小限に抑えると同時に、レーザ損傷および環境侵食にも耐える。必要であれば、上述したように基板表面欠陥の軽減を実行して、ビームエキスパンダ１０の光透過率ＴBEへの基板表面欠陥の悪影響を減少または排除する。さらに反射多層コーティング２４および３４は、特定の動作波長λを反射すると同時に他の波長を実質的に透過させるように設計された、区域ＳＮで形成されるため、ミラー２０および３０の基板表面２２および３２はＭＷＩＲ波長で比較的高い反射率を有し得る。
【００６２】
添付の請求項において画成される本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本書で説明した本開示の好適な実施形態の種々の改変が作製可能であることは当業者には明らかであろう。従って、その改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本開示はこの改変および変形を含む。
【００６３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６４】
実施形態１
ビームエキスパンダ光学系であって、
金属から作製された第１のミラー基板を有し、かつ凸状基板表面と、該凸状基板表面上に形成された第１の反射多層コーティングとを有している、凸状ミラー、
金属から作製された第２のミラー基板を有し、かつ凹状基板表面と、該凹状基板表面上に形成された第２の反射多層コーティングとを有している、凹状ミラー、
を備え、前記凸状ミラーおよび前記凹状ミラーが、等倍よりも大きい倍率を有する軸外アフォーカル構成で配置されており、
前記第１の反射多層コーティングおよび前記第２の反射多層コーティングが夫々、少なくとも第１の区域Ｓ１および第２の区域Ｓ２を画成する、ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を含み、前記第１の区域Ｓ１が、前記凸状基板表面または前記凹状基板表面に最も近く、かつ第１の光波長を最適に反射し中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）光を実質的に透過するように構成されており、前記第２の区域Ｓ２が、前記第１の区域の上に存在し、かつ前記ＭＷＩＲ光を実質的に透過し、さらに前記第１の光波長よりも短い第２の光波長を最適に反射するように構成されており、さらに、
前記第１の光波長および前記第２の光波長に対して、高効率の透過率ＴBE＞９５％を有していることを特徴とするビームエキスパンダ光学系。
【００６５】
実施形態２
前記第１の反射多層コーティングおよび前記第２の反射多層コーティングが夫々、
前記第２の光波長よりも短い第３の光波長を最適に反射しかつ前記ＭＷＩＲ光を実質的に透過するよう構成された、前記第２の区域Ｓ２の上の第３の区域Ｓ３を含み、さらに、
前記第１の光波長が赤外（ＩＲ）波長であり、前記第２の光波長が可視（ＶＩＳ）波長であり、さらに前記第３の光波長が紫外（ＵＶ）波長であることを特徴とする実施形態１記載のビームエキスパンダ光学系。
【００６６】
実施形態３
前記金属が、ハウジングを画成しているアルミニウム合金であり、かつ前記第１のミラー基板および前記第２のミラー基板が、前記ハウジングと一体的に形成されていることを特徴とする実施形態１または２記載のビームエキスパンダ光学系。
【００６７】
実施形態４
前記第１の基板表面および前記第２の基板表面の、二乗平均平方根（ＲＭＳ）基板表面粗さＭＳＲRMSが、４．５ｎｍ未満であることを特徴とする実施形態１から３いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【００６８】
実施形態５
前記金属がアルミニウム合金であることを特徴とする実施形態１から４いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【００６９】
実施形態６
前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層が、夫々の層厚さτHおよびτSを有し、さらに、前記区域Ｓ２での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ１でのものよりも小さく、かつ前記区域Ｓ３での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ２でのものよりも小さいことを特徴とする実施形態２から５いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【００７０】
実施形態７
前記区域Ｓ１では、１３０ｎｍ≦τH≦１４０、および９０ｎｍ≦τS≦１９０ｎｍであり、さらに、
前記区域Ｓ３では、４０ｎｍ≦τH≦５０ｎｍ、および６０ｎｍ≦τS≦７０ｎｍであることを特徴とする実施形態６記載のビームエキスパンダ光学系。
【００７１】
実施形態８
前記第１の反射多層コーティングおよび前記第２の反射多層コーティングが夫々、最も上方のＳｉＯ2のキャッピング層を含んでいることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【００７２】
実施形態９
前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの夫々が、ＵＶ波長、ＶＩＳ波長、およびＩＲ波長の夫々で、反射率Ｒ＞９８％を有していることを特徴とする実施形態２から８いずれか１項記載のビームエキスパンダ光学系。
【００７３】
実施形態１０
紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および赤外（ＩＲ）の動作波長で使用するための、高効率ビームエキスパンダ光学系であって、
第１のＡｌ合金基板上に形成された凸状基板表面を有する、第１のミラーと、第２のＡｌ合金基板上に形成された凹状基板表面を有する、第２のミラーとを備え、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーが、等倍よりも大きい倍率を有する軸外アフォーカル構成で配置されており、
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面の夫々が、層厚さτHおよびτSを夫々有するＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から形成された、多層反射コーティングを備え、
前記多層反射コーティングの夫々が、ｉ）ＩＲ動作波長を最適に反射し、かつ中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）波長を実質的に透過するように構成された、前記凸状基板表面または前記凹状基板表面に直接隣接している第１の区域と、ｉｉ）ＶＩＳ動作波長を最適に反射し、かつＩＲおよびＭＷＩＲ動作波長を実質的に透過するように構成された、第１の区域の上の第２の区域と、ｉｉｉ）ＵＶ動作波長を最適に反射し、かつＶＩＳ、ＩＲ、およびＭＷＩＲ波長を実質的に透過するように構成された、第２の区域の上の第３の区域とを含み、さらに、
前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の夫々の前記層厚さτHおよびτSが、前記各区域内で実質的に一定であるが、前記第２の区域では平均で、前記第１の区域での厚さよりも小さく、前記第３の区域では平均で、前記第２の区域での厚さよりも小さく、さらに、
前記ＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの動作波長で、透過率ＴBE＞９５％を有していることを特徴とする高効率ビームエキスパンダ光学系。
【００７４】
実施形態１１
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面の、二乗平均平方根（ＲＭＳ）基板表面粗さＭＳＲRMSが、４．５ｎｍ未満であることを特徴とする実施形態１０記載の高効率ビームエキスパンダ光学系。
【００７５】
実施形態１２
前記ＵＶの光の動作波長が３５５ｎｍであり、前記ＶＩＳの光の動作波長が５３２ｎｍであり、さらに前記ＩＲの光の動作波長が１０６４ｎｍであることを特徴とする実施形態１０または１１記載の高効率ビームエキスパンダ光学系。
【００７６】
実施形態１３
アルミニウム合金Ａｌ−６０６１Ｔ１から作製されたハウジングをさらに備え、前記第１のミラー基板および前記第２のミラー基板が、前記ハウジングと一体的に形成されていることを特徴とする実施形態１０から１２いずれか１項記載の高効率ビームエキスパンダ光学系。
【００７７】
実施形態１４
前記第１の区域内の前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層の前記層厚さτHおよびτSが、１３０ｎｍ≦τH≦１４０、および９０ｎｍ≦τS≦１９０ｎｍであり、さらに、
前記第３の区域内の前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層の前記層厚さτHおよびτSが、４０ｎｍ≦τH≦５０ｎｍ、および６０ｎｍ≦τS≦７０ｎｍであることを特徴とする実施形態１０から１３いずれか１項記載の高効率ビームエキスパンダ光学系。
【００７８】
実施形態１５
紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および赤外（ＩＲ）の動作波長で使用するための、高効率ビームエキスパンダ光学系を形成する方法において、
凸状基板表面を有する第１のミラーおよび凹状基板表面を有する第２のミラーを形成するために、第１の金属ミラー基板および第２の金属ミラー基板を夫々ダイヤモンド旋削および研磨するステップ、
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面の夫々に、夫々の層厚さがτHおよびτSであるＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層から成る、反射多層コーティングを形成するステップであって、前記凸状表面または前記凹状表面から順に外側に位置する少なくとも３つの区域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３内への、前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層の配置を含み、前記３つの区域が、ＩＲ、ＶＩＳ、およびＵＶの動作波長を最適に反射するように夫々構成されている、ステップ、および、
等倍よりも大きい倍率を有しかつＵＶ、ＶＩＳ、およびＩＲの各動作波長で光透過率ＴBE＞９５％を有する、軸外アフォーカル構成に、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーを配置するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【００７９】
実施形態１６
プラズマイオンアシスト蒸着（ＰＩＡＤ）を、前記第１のミラー基板および前記第２のミラー基板の回転と反転マスクプロセスの採用と組み合わせて使用して、前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の交互の層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１５記載の方法。
【００８０】
実施形態１７
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面のうちの少なくとも一方が、１以上の表面欠陥を含み、さらに、
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面のうちの少なくとも一方を、ＳｉＯ2層でコーティングするステップ、
前記ＳｉＯ2層をプラズマ処理するステップ、および、
プラズマ処理された前記ＳｉＯ2層の上に、前記ＨｆＯ2およびＳｉＯ2の層を形成するステップ、
を含むことを特徴とする実施形態１５または１６記載の方法。
【００８１】
実施形態１８
前記凸状基板表面および前記凹状基板表面の夫々の二乗平均平方根（ＲＭＳ）基板表面粗さＭＳＲRMSが４．５ｎｍ未満となるように、前記ダイヤモンド旋削および研磨するステップが行われることを特徴とする実施形態１５から１７いずれか１項記載の方法。
【００８２】
実施形態１９
前記金属ミラー基板の夫々が、アルミニウム合金から形成され、かつ前記区域Ｓ１での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ２でのものよりも大きく、さらに前記区域Ｓ２での前記層厚さτHおよびτSが平均で、前記区域Ｓ３でのものよりも大きいことを特徴とする実施形態１５から１８いずれか１項記載の方法。
【００８３】
実施形態２０
区域Ｓ１が中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）の波長に対して実質的に透過性であり、区域Ｓ２がＩＲ動作波長およびＭＷＩＲ波長に対して実質的に透過性であり、さらに区域Ｓ３がＶＩＳ動作波長およびＩＲ動作波長とＭＷＩＲ波長とに対して実質的に透過性であることを特徴とする実施形態１５から１９いずれか１項記載の方法。
【符号の説明】
【００８４】
１０    ビームエキスパンダ
２０、３０    軸外ミラー
２１、３１    ミラー基板
２２    凸状基板表面
２４、３４    反射多層コーティング
２６、３６    上部表面
３２    凹状基板表面
４０    コリメートレーザビーム
【図１】
2017530402.tif 000004
【図２】
2017530402.tif 000005
【図３】
2017530402.tif 000006
【図４】
2017530402.tif 000007
【図５】
2017530402.tif 000008
【図６】
2017530402.tif 000009
【図７】
2017530402.tif 000010
【図８】
2017530402.tif 000011
【図９】
2017530402.tif 000012
【図１０】
2017530402.tif 000013
【図１１Ａ】
2017530402.tif 000014
【図１１Ｂ】
2017530402.tif 000015
【図１１Ｃ】
2017530402.tif 000016
【国際調査報告】
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