ISSN 0914-9805

2005,Apr.

205

No.

CONTENTS

EUV光

多層膜ミラー

固体レーザー関連の国際会議、ウィーンで熱い議論『光と蔭』

115WのEUV光高エネルギー粒子
（デブリ）

レーザー
EUV光

中間集光点
EUV光理論・シミュレーショングループ
EUV光源の実用化においては、大きく分けて４つの課題がある。
1)高いEUV光出力を達成する。

古河裕之

多層膜ミラーの長寿命化（デブリからの保護）の観点から、キセノンおよび錫を用いた場合の比較を行う。
EUV光を高効率で発生させるために最適化したパラメー

2)長寿命（半年程度以上）の光源を開発する。

ターのレーザーをキセノンおよび錫に照射すると、10keV程度

3)ターゲットの高速供給技術を開発する。

以上の高エネルギー粒子（デブリ）が発生する。レーザー技術総

4)低コスト化をはかる。

合研究所、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター、

2005年4月現在においては、国内外とも2)の観点から、多層EUVA（極端紫外線露光システム技術開発機構）
等の精力的な研膜ミラーの長寿命化（デブリからの保護）に重きを置いた研究開究により、高エネルギー粒子発生のメカニズムは、ほぼ明らか発が進められている。になってきた。これは、日本が世界に先駆けて行った研究であターゲット材料としては、キセノン、および錫が候補としてり、日本としての大きな成果である。その明らかになったメカ挙げられてきた。2004年のEUVLシンポジウムにおいて、リチニズムによると、高エネルギー粒子発生等に関しては、キセノウムを用いた研究報告があり、大きな反響があったが、リチウンと錫ではほとんど差異はない。

ムを用いた研究開発はキセノン、錫に比べまだあまり進んでいない。本報告では、キセノン、および錫に焦点を絞る。また、中性粒子が生成された場合、その多層膜ミラーへの影響はキ放電生成プラズマ方式のEUV光源開発も行われているが、本セノンと錫で大きく異なる。上記と同程度のパラメーターの報告ではレーザー生成プラズマ方式に限定する。

レーザーをキセノンおよび錫に照射した場合、生成されるプラズマの電子温度は数十eV程度である。このようなプラズマで
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は、レーザー照射が終了した後、放射冷却により温度が下が1810り、放射性再結合等により価数の低いイオンや中性粒子が生成されることが予想される。キセノンを用いたEUVAの実験もそ1710ラーを損傷することに関しては、キセノンと錫で大きな差異はないが、低エネルギーの中性粒子の振る舞いに関しては、キセノンと錫で大きな差異が生じる。
中性の錫は金属であり、ミラーに付着しミラーの反射率を著しく低下させる。これはEUV光源実用機開発に関して非常に大きな問題であり、現在のところ本質的な解決策は見つかってN ( Z ) (cm-2)れを示唆する結果を示している。高エネルギーの中性粒子がミ1610151014101310いない。当研究所等で研究が進んでいる「質量制限ターゲット」
が実用化されれば、錫に関して生成される中性粒子の数は大幅1210に低減されることが予想されるが、それを0にすることはでき0123456789 10Zない。錫をEUV光源実用機のターゲットとして選択するのであれば、低エネルギーの中性粒子に対する根本的な対応が必須である。

波長1064nmのレーザーを液体キセノンターゲットに照射し、キセノンは不活性気体であり、低エネルギーのキセノンがミレーザー終了後50ns時の電荷ごとの高エネルギー(500eV以上)ラーに付着しミラーの反射率を著しく低下させる可能性はほとの粒子数分布を評価した。電荷交換効果、電離過程、再結合過んどない。しかし、キセノンは錫と違い融点と沸点の温度差が程、放射冷却、流体としての膨張等を考慮している。図はその4度ほどしかなく、液体キセノンターゲットの表面近傍は１気結果である。3価のイオンがEUVAの実験結果より多めに生成圧に近い蒸気圧環境下におかれ、多くの中性キセノン雰囲気ガされているが、その他はよく一致している。中性粒子の割合スに囲まれていることが予想される。よって、Xeプラズマかは、おおよそ全体の１割程度、という結果になった。

らの高エネルギー粒子は、多くの中性キセノン雰囲気ガスと電中性粒子はイオンと違い、電場磁場で制御することができな荷交換をしながら、再結合、放射冷却を伴い膨張すると考えらいため、その影響を低減することはイオンの場合に比べ非常にれる。

困難である。今後当研究所をはじめ、EUV光源開発に携わっそこで、本研究において開発した統合シミュレーションコード(LAFRAC)を用いて、ピーク強度1011W/cm2、パルス幅8ns、ている研究機関全てが、全力をあげて取り組むべき課題であると言える。

固体レーザー関連の国際会議、ウィーンで熱い議論

ASSP'05国際会議報告
主任研究員

藤田雅之

去る2月6〜9日、ウィーンのインターコンチネンタルホテル

平均出力1.4kWのNd:YAGスラブレーザーが独・フラウン

で、固体レーザー関連の国際会議であるASSP'05 (Advanced

ホーファー研究所から報告された。2つの並行する増幅器段のSolid-State Photonics 05)が開催された。例年、小規模な展示会

出力を重ね合わせ、パルス幅16ns、繰り返し10kHzで平均出力やセミナーが併設されている。今年の参加者は約320名（う1.4kWを達成している。ビーム品質もM2<1.2と良好である。

ち、レギュラー登録183名、学生登録34名、出展者37名、EUのEUV光源ドライバーとして有望なレーザーである。

スポンサー66名）であった。口頭発表は51件で他は3セッショ

欧米でもセラミックスレーザーの開発が進んできている。

ンに分かれたポスター発表という構成である。連日、零下の日

US Armyから8％高ドープNd:YAGセラミックスレーザーの報が続く真冬のウィーンで熱い議論が交わされた。

告があった。単結晶Nd:YAG（1％ドープ）と性能を比較してお2り、12mJの励起に対して5mJの出力を得ている。また、レーしている。また、ウィーン工科大学は同様の手法に液晶位相変ザーセンター・ハノーバーでは周囲をundoped YAGで取り囲ん調器を導入し位相補償を行い、5.5fsパルスを実現している。

だセラミックスNd:YAGレーザー（0.3％ドープ）の開発を行っ

これらの超短パルス発生は半値幅での競争であり、パルスの形ている。300Wのファイバー出力半導体レーザーで励起し、ス自身はプリパルスが重なり合ったものである。

ロープ効率78％、光-光変換効率64％を達成していた。
一方、数百フェムト秒レベルのYb系固体レーザーの開発もこれまで主に米国で開催されてきたASSP国際会議がヨー盛んである。JENOPTIKからは280fsのYb:KYW再生増幅器のロッパで開催されるということでフェムト秒レーザーの講演が報告があった。繰り返しは200kHzで平均パワーは1Wである。

多数行われた。流れとしては、10fs前後の超短パルス発生と数ストレッチャーを用いずにシステム分散でパルス幅が広がるこ

百fsのYb系固体レーザーの開発に分かれてきたように見受けらとを利用している。仏・オルセーのCNRSはYb:CaF2レーザーれる。10fs前後のパルス発生では、フォトニッククリスタル発振器の開発を進めている。1,000nm〜1,072nmの範囲で波長ファイバー（PCF）や希ガス中の中空ファイバー内での自己位相可変であり、パルス幅150fs、平均パワー0.9Wあるいは、パル変調によるバンド幅拡張が主に用いられている。PCFは低エネ

ス幅230fs、平均パワー1.7Wを達成している。また、同じ研究

ルギーで中空ファイバーは高エネルギーで用いられている。

所でYb:SYS結晶にヒートシンクとしてundoped YAGを接合したレーザー結晶で135fsのパルス発生を実現している。出力1W

ウィーン工科大学では、Ti:Sapレーザーシステムからの10fs,の発振器である。

4mJのパルスをAr充填中空ファイバーを用いてバンド幅を広げ再びパルス圧縮をすることにより6fs, 1mJ出力を達成していフォトニッククリスタルファイバー（PCF）が安価で入手出来る。スイス工科大学では、Yb:YAGレーザー発振器からのるようになり、超短パルス発生の分野で積極的に用いられてい760fsの光をファイバーに通しバンド幅を広げプリズム対で圧る。超短パルスの発生にはバンド幅が広い光源が必要である

縮することで24fsパルスを得ている。Yb:YAG自体はバンド幅が、システムの途中あるいは最終段でPCFの非線形性を利用しがさほど広くないための工夫であろう。ブダペスト大学では、自己位相変調によりバンド幅を広げる手法が定着しつつある。

Ti:Sap発振器からのパルスをチャープミラーでプリ圧縮し、しかし、現状ではスペクトル内で位相が複雑な変調を受けていPCFでバンド幅を広げた後にプリズム対で再圧縮し5.7fsを実現るためクリーンなパルス発生は実現していない。今後は、いか世間では法師、医師、教師と3つの師がつく職業がある。かつては聖職と尊敬され……103た役目であった。最近は言葉が乱れているからだろうが、看護婦も男性が混じるた

め看護士が使えないと称して看護師という。むかし機関手とか消防手、運転手など技能を如実に表していた職種名も士に置き換わった。いずれジェンダーフリーの世の中だから士はまずいし、証人とか見物人とか人はとても使い勝手が悪いのでまた師を使うことになるかも知れない。
教師仲間では互いに先生と呼び合っている。政治家も同じだ。中国語ではミスター位の意味しかないそうであるがちょっと面映ゆい呼び名だ。
閑話休題。世の中をよくするのもわるくするのも人次第である。教育が如何に大事かは多言を要しない。教師たるものの責任はきわめて重大である。50年先の社会のリーダーは間違いなくすべて現在の小児の中から生まれる。この子
供達を如何に教育するかが国の将来を決定的に支配するのは火を見るより明らかだ。今の日本のおかれた状況は1950
年代昭和25年を中心の20年にいかなる教育を幼児に施したかの結果に完璧に支配されている。
「三つ子の魂百まで」と言う通り、この人格的な支配力は如何ともなし得ないのである。
これが昭和敗戦の現実的成果そのものと認識すべきであろう。
長年教師を務めると人の成長の過程が身にしみてよく分かる。こういう気質でしかじかの能力の人はどのように成長し、30年の年月の後いかにあるかがすべて検証出来るのである。予測以上に伸びる人もあれば、ある年月の後バッタリ成長の止まる人もある。この理由を色々反省するのも教師の務めである。やっぱり志が第一かと思う。 「天の時、地の利、人の和」
を十分に勘考することも大切である。その上、向上には若さが何よりも必要な条件である。物事を成就するには日時が不可欠なことはまさに天道の示す通りである。これが「若人よ大志を抱け」の格言に結集するのだ。新学期に当たり若人に贈るOld Boyの言葉である。

【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
3

に位相補償を行い、プリパルスのない超短パルスを実現するかが技術開発の課題であると考えられる。
次回は、2006年1月29日から米国のLake Tahoeで開催される。

新産業創出に向けた
LD励起大出力パルス固体レーザーの開発
浜松ホトニクス（株）中央研究所

川嶋利幸

いフォトン密度により、大面積を高スループットで加ザースラブ内部の熱分布の均一化を進めた結果、事実上熱レン工・処理できる産業用大出力レーザーの実現を目指し

ズ効果を無視できるまでレーザー光の波面歪みを低減し、現在て、大パルスエネルギー(20 J)、高ピーク出力(2 GW)、高繰りは平均出力84 W (8.4 J x 10 Hz) を回折限界の2倍のビーム品質返し率(10 Hz)で動作する半導体レーザー（以下LD）励起固体で得られるまでになっている。熱的に制御されたジグザグスラレーザーの開発研究を行っている。

ブレーザー増幅器は、システム中に可変ミラー等の複雑な波面

高出力の固体レーザーにおいては、固体レーザー媒体中に補正デバイスを必要としないため、信頼性や安定性が求められ発生する熱の影響による熱レンズ効果や熱複屈折が不可る産業用大出力レーザーの基盤技術となることが期待できる。

大避な問題であり、これらをどのように制御するかということが在、開発研究は２次試作の段階に入っており、すでに最大の課題となる。われわれは、スラブ（平板）状の固体レー現ザー媒体中を内部全反射によりジグザグにレーザー光が伝搬拡大したスラブ増幅器とレーザーシステムの設計が完了していし、熱効果が自動的に解消される特長を持つジグザグスラブ方る。今後システム全体を構築し、パルスエネルギー20 （J ピー式のレーザー増幅器を採用した。まず、実際のスラブレーザー

クパワー2 GW）レベルを繰り返し率10 Hzで、すなわち平均出の熱効果を解析するために、（財）
レーザー技術総合研究所にて力200 Wを平成17年度中に達成する予定である。

開発されたジグザグスラブレーザー熱解析コードを基にシミュレーションを行った。熱レンズ効果等が最小となるようなLD最励起分布、スラブ周囲の断熱等の条件を見いだすことにより、レーザードライバーの開発へ発展することが期待できる。炉用

スラブ増幅器の設計を確立した。

ドライバーの実現には、レーザー出力のスケール拡大則を実証

平

LD励起パワーとともにレーザースラブの口径を3倍まで後に、このようなLD励起大出力パルス固体レーザーの技術は、将来のレーザー核融合発電炉のための超大出力成15年度に１次試作として、パルスエネルギー5 Jレベしながら効率的に開発を進めることが重要で、本開発研究の成ルのLD励起固体レーザーを開発した（写真参照）。この果がその第一歩となることを期待している。

レーザーは、浜松ホトニクス（株）が開発し研究の一部は、（独）
新エネルギー・た世界最大級のピーク出力290 kWを光強度本2.5 kW/cm2で発生する固体レーザー励起用盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援

LDモジュールを搭載したNd（ネオジウム）制度）の委託研究プロジェクト（平成13年度をドープしたリン酸ガラスをレーザー媒体から平成17年度）として、浜松ホトニクスとした水冷ジグザグスラブレーザー増幅器（株）が受託し、（財）レーザー技術総合研究を主増幅部とした多重パス型MOPA (Master所と大阪大学レーザーエネルギー学研究セ

Oscillator and Power Amplifier) システムであンターに研究の一部を再委託して行われてる。

いる。

昨

産業技術総合開発機構 (NEDO)、基年度中にパルスエネルギー5.1 （パルJ
ス幅20 ns）、繰り返し率10 Hz、回折限界の5倍のビーム品質の発生を確認し、所期の目標を設計通りに達成した。その後、さらなる励起光分布の制御によるレーLaser Cross No.205 2005,Apr.

http://www.ilt.or.jp

発行／財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／今崎一夫 〒550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル 4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

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