2016, Mar.
No.

336
CONTENTS
コヒーレントビーム結合技術を用いた高出力レーザーの開発
SPIE Advanced Lithography 国際会議参加報告【光と蔭】人生の言葉
主な学会等報告予定【表紙図】重ねアパーチャ型コヒーレントビーム結合ユニットの模式図と装置写真（M : ミラー、BS : ビームスプリッター、PM1〜PM3 : ピエゾミラー、PD : フォトダイオード）

コヒーレントビーム結合技術を用いた高出力レーザーの開発
レーザープロセス研究チーム■はじめに

ハイク コスロービアン、北村俊幸■CBCシステム概要

高輝度、高品質なキロワット級ハイパワーレーザー

C B Cの重要な課題は、環境要因などで個別に変化すの開発は、近年世界的に行われている高出力レーザーる複数ビームの位相を高速制御し結合ビーム出力を最の現実的な応用技術の進歩に伴い、今日ますますその大化、かつ安定化（フェーズロック）させることにある。

重要性を増している。我々は、F R P 材料の切削/ 開穴

表紙図にC B C 実験（4ビーム結合）の光学配置図およびなどの精密加工技術へのレーザー応用のため、サイドC B Cユニットの写真を示す。フォトダイオード（P D）

ローブが発生しない重ねアパーチャ（filled-aperture,により検知した結合ビームの出力信号は、3本のビームF A）方 式 に よ る 独 自 の コ ヒ ー レ ン ト ビ ー ム 結 合

光路上にそれぞれ配置したピエゾミラー（PM1～PM3）（coherent beam combining, CBC）技術を適用した、のフィードバック制御信号として用いられる。4本目は複数ビーム統合型高出力レーザーの開発を進めてい参照ビームであり、位相制御は行わない。P D 信号は、る。前回は、低出力ビームを用いたC B Cの原理検証実ベルヌーイ離散確率分布に基づく確率的並列勾配降下験について述べた（Laser Cross No.323, 2015 Feb.）

法（SPGD）アルゴリズムを用いたPMへのフィードバッが、本報告では、実際に高平均出力、高輝度ナノ秒パルクループにより最大化される。また我々は、各ビームのスレーザーを光源に用いたC B C実験結果について述べ

位相制御を高速化するため 100 k H zのサンプリング周る。

波数を持つFPGA（Field Programmable Gate Array,

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N I社c R I O -9067）を新たに導入した。その結果、C B C

プリアンプから発生する高周波（>5k H z）ノイズがピエシステム全体の制御速度を約4 k H z（ ピエゾミラー（アゾアクチュエータの制御（<4k H z）に与える影響、などクチュエータ）の応答周波数）まで高速化することに成が考えられる。今後、これらの要因を補償しビーム結功している。結合用ビーム光源には、大阪大学レーザー合効率の向上を目指す。さらに我々は現在、CBCユニッエネルギー学研究センターにおいて開発された、4台ト内の光学ミラー調整の自動化を考えている。これにのY bドープファイバーレーザーM O P A（主発振器出力より入力ビームのポインティング補正など光学系調整増幅器）システムを用いた。レーザー増幅システムの主にかかる時間を大幅に短縮できる。

な仕様は、シングルモード（M ～ 1.2）、パルス幅400ps■まとめ2～10ns（可変）、繰り返し周波数500kHz～1MHz（可変）、

F R P 材料の切削/ 開穴などの精密加工産業への高波長1040〜1060nm（可変）、平均出力120W〜150W（レー平均出力レーザーの応用のため、我々は単一の光検知ザーシステムにより異なる）である。

器を用いたシンプルで低コストの重ねアパーチャ型■高出力レーザーを用いたCBC実験

コヒーレントビーム結合（C B C）技術を開発し、本研究

図1に、4ビーム結合実験におけるC B Cユニット作動において実際に高平均出力、高繰り返しナノ秒パルス前後のP D 信号強度の時間変化を示す。ユニット作動

レーザーM O P Aシステムを光源に用いて 4ビームC B C前（t <0 s）には信号強度は不安定でランダムに変化し実験を行った。その結果、最大で 410 Wの安定な結合ているが、作動直後に 4本のビームはフェーズロックさビーム出力を得たが、結合効率は約75 %であった。結れ、信号強度は最大値に収束、かつ安定化する。図2に、合効率低下の主な要因の一つに、レーザーシステムの4ビーム結合時の結合ビーム出力の観測例を示す。観測

ファイバープリアンプから発生する高周波（>5k H z）ノ開始から約1分後にレーザーを作動させ、その 45秒後にイズのピエゾアクチュエータへの影響が挙げられる。

C B Cユニットを作動、4分30秒間動作を継続した。結この要因を補償するためにはアクチュエータの応答周合ビーム出力は約400Wで収束し、高い出力安定性を示波数の高速化や、EOM（電気光学変調器）などさらに高すことがわかる。実験の結果、得られた結合ビームの速の位相制御装置の導入が必要である。今後はこれら最大出力は 410Wであった。一方、出力値と入力値からの要因を補償し、ビーム結合効率の向上を目指す。

算出したビーム結合効率は約75 %であり、前回報告した低出力ビームでのC B C 実験結果（～ 90 %）に比べて謝辞：本研究の実施にあたり、大阪大学レーザーエネも低い効率である。この主な要因には、ビーム結合最ルギー学研究センターコヒーレンス制御グループなら終段階での2本の結合ビーム出力のアンバランス（309W

びに高出力レーザーグループの多大な協力を得た。まv s . 204W）、4台のレーザー増幅システムのうち 1台なた本研究の一部は国立研究開発法人新エネルギー・産

いしは 2台でみられた高出力時のモード不安定性、レー業技術総合開発機構（N E D O）の支援の下行われた。ごザー媒質の自然輻射増幅光（A S E）の影響、ファイバー協力頂いた方々に深く感謝致します。

【図1】CBCユニット作動前後のPD信号強度の時間変化（4ビーム結合） Off：CBC非動作時、On : CBC動作時【図2】高出力レーザー（4ビーム）結合実験時の結合出力
観測例 Laser On: 入力レーザー作動開始、CBC On:CBCユニット作動開始、CBC Off: CBCユニット作動停止

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REPORT

SPIE Advanced Lithography
国際会議参加報告
理論・シミュレーション研究チーム

砂原淳◆リソグラフィーに関する国際会議

Society for optics and photonics）Advanced Litho-2016年２月21日から 25日まで、米国サンノゼのコン

graphy会議に出席した。この会議はリソグラフィー全ベンションセンターで開催されたSPIE（International般をカバーし、世界から多数の研究者が集まる国際会議

人生の言葉
大学生活50年にもなると色々の先生方、先輩、同僚、さらには教えた研究……223
は吹田徳雄先生、山村者その他との生活の中から人生の言葉が浮かんでくる。工学部の先生方で豊先生には特にお世話になった。吹田先生の教えは得意のテニスになぞらえて「仕事には緩急をつけよ」であり、山村先生は「誠心誠意」である。
また、七里義雄先生には特別に指導を頂いた。竹山説三先生、熊谷三郎先生、菅田栄治先生、山口二郎先生
からは大学人として必要な事項をお教え頂いた。
山村雄一総長には「レーザー核融合研究センター設立」以来、大学との打合せ、文部省との交渉等で特別にご指導してもらった。国内外からの視察者がきた時は必ず同席賜り、また色々の場で貴重な日頃の蘊蓄をお教え頂いた。
弟の山村好弘君とは航空学科以来の無二の友人で雄一先生のことはよく聞かされた。非常に優秀な人物で、阪大医学部を戦争で繰上げて卒業され、昭和17年海軍軍医となり、当初は駆逐艦文月で南方作戦に参加し、その後航空隊の軍医長として西部ニューギニア作戦に参加された。その時日米の科学技術力の差が質・量共あまりにも大きいことを身をもって痛感された由である。
ある夜飛行隊長と話していた時「今度の戦では生きて帰れない。君は何とか生還して日本の再建に尽してくれ」といわれ、この言葉は一生耳から離れなかったそうである。
特に航空隊の搭乗員は皆素晴らしい連中で全く私がない人達だったという。その 9割が戦死し、飛行機もなくなり、現地解散となって、残った飛行機で辛うじて台湾に脱出された。
復員後は、日本の再建に自分が出来ることは科学技術の発展に貢献することと信じ、阪大理学部赤堀研究室で「生化学の基礎」を学び、刀根山病院で「結核肺空洞形成」の研究を行い、九州大学医化学教授を経て、大阪大学第三内科教授として多くの優秀な後継者を養成すると共に、戦後の発展に多大の寄与をされたのである。
学長になられ「山中君細胞工学研究センターを作るからレーザー研究拡張計画はちょっと待ってくれ」と言われOKした。その後先生は退官され一層忙しくされていた。レーザー研の拡大は夢となった。
「地域に生き、世界に伸びる」がモットーでよく「夢みて行い、考えて祈る」と説かれていた。記念館には「天の時、地の利、人の和」の碑文が残されている。死ぬまで仕事に従事され全力疾走の一生であった。好弘君によれば遺骨は太平洋にと指示があったので、ハワイのマウイ島沖に散骨されたという。
残念なことにこの好弘君はこの 1月13日に亡くなった。いつも愉快に話が進んだ親友を失い残念この上ない。もう彼とも会えない。心より哀悼の念を捧げます。どうか安らかに。
ところでこの山村大先輩に見習って筆者の人生のモットーは「知天時尽人事」である。

【名誉所長】
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である。極端紫外光（Extreme Ultra Violet : EUV）をことになったのは痛快であった。

用いたE U Vリソグラフィーも主要セッションの一つで現実のE U Vリソグラフィーにおいては光源出力の増あり、Intel社やTSMC社など、世界の半導体製造のリー加だけでなく、装置の利用効率（Availability）の向上もディングカンパニー、露光装置メーカー、大学や研究所重要な課題である。A S M L社ではドロップレットジェの研究者が多数参加、このセッションだけで 200名以上ネレータの改良や、以前は丸１日かかっていたドロップが集い、半導体製造へのE U Vリソグラフィー導入に向レットジェネレータの交換を 16時間に短縮するなど、けた光源システムやレジストの開発など開発課題が熱

さまざまな努力でA v a i l a b i l i t yの向上が図られ、現在く議論された。

最高で 70%レベルのAvailabilityをさらに向上させる◆高まるEUVリソグラフィー実用化への期待ことなどが発表された。E U V 光源を使って 14n mプロ

プレナリーセッションでは、T S M C 社のA n t h o n y

セスの半導体露光テストなどが世界で始まっており、Yenから“EUV Lithography: From the Very Begin-1000 ウエハー/ d a yの量産レベルを超える成果も発表

ning to the Eve of Manufacturing”と題した講演が行された。半導体製造へのE U Vリソグラフィーの導入はわれた。E U Vリソグラフィーの歴史を振り返りつつ、ますます現実のものとなりつつある。

E U Vリソグラフィーの今後の見通しが発表され、業界全体がE U Vリソグラフィーに対してポジティブであることを印象づけた。最新の試算では回路線幅7n m以下
では現在の液浸と多重露光の組み合わせよりもE U Vリソグラフィーを用いた半導体製造コストの方が安くなるとのことである。E U V光源では米国C y m e r社と日本のギガフォトン社がそれぞれ発表した。Cymer社からバーストモードで 200WのE U V出力が発表された。
これは”EUV光源パワーが足りない”とか、”光源開発計画（ロードマップ）が常に後ろに遅れる”といわれ続けてきたEUV光源開発の今までのネガティブな印象を打破する素晴らしい結果である。ギガフォトン社からは、E U V出力向上に加え、世界最高E U V変換効率5 .5%が発表されるなど、ここに来て光源開発は新しいステージに入った印象である。C y m e rの親会社A S M Lからは今年250WのE U V出力達成の見込み, 2018年からは250W以上、2021年には500Wを狙う計画が発表された。
数年前だとこのようなロードマップはどうせ計画どおり行かないと見なされたかもしれないが、今や、光源パワーはo n t r a c kという人もいるぐらいであり、現実味を持って受け取られていた。またC y m e r 社は 2018年から、現在のギガフォトン社方式と同様にプリパルスレーザーをC O2からY A Gに変えることを発表した。ギガフォトン社を中心とする日本のEUV共同研究のやってきたことが間違っていなかったことを図らずも示す【写真】国際会議会場（サンノゼコンベンションセンター）

主な学会等報告予定
3月24日（木）～ 27日（日）日本化学会第96春季年会（同志社大学京田辺キャンパス）谷口 誠治「ヒト由来D-アミノ酸酸化酵素の蛍光ダイナミクス：機能阻害効果の検討」
Laser Cross No.336 2016, Mar.

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