JPH0243787A - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JPH0243787A JPH0243787A JP63194971A JP19497188A JPH0243787A JP H0243787 A JPH0243787 A JP H0243787A JP 63194971 A JP63194971 A JP 63194971A JP 19497188 A JP19497188 A JP 19497188A JP H0243787 A JPH0243787 A JP H0243787A
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- Japan
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- laser
- wavelength
- resonator
- air space
- etalon
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/1062—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a controlled passive interferometer, e.g. a Fabry-Perot etalon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は微細加工等に用いるレーザ装置に関するもので
ある。
ある。
従来の技術
近年、微細加工用の光源として、紫外域で発振するレー
ザ装置が注目されている。中でもエキシマレーザは、レ
ーザ媒質であるクリプトン、キセノンなどの希ガスとふ
っ素、塩素などのハロゲンガスの組み合わせによって、
３６３ ｎｍから１９３ｎｍの間のいくつかの波長で強
力な発振線を得ることができる。
ザ装置が注目されている。中でもエキシマレーザは、レ
ーザ媒質であるクリプトン、キセノンなどの希ガスとふ
っ素、塩素などのハロゲンガスの組み合わせによって、
３６３ ｎｍから１９３ｎｍの間のいくつかの波長で強
力な発振線を得ることができる。
これらエキシマレーザの利得バンド幅は約１ｎｍと広く
、光共振器と組み合わせて発振させた場合、発振線が０
．５ｎｍ程度の線幅（半値全幅）を持つ。
、光共振器と組み合わせて発振させた場合、発振線が０
．５ｎｍ程度の線幅（半値全幅）を持つ。
このように比較的広い線幅を持つレーザ装置を光源とし
て用いた場合、光の伝送系に色収差を補正した光学系を
採用する必要がある。ところが、波長が３５０ ｎｍ以
下の紫外域では、光学系に用いるレンズの光学材料の選
択の幅が限られ、色収差補正が困難となる。したがって
、波長３５０ ｎｍ以下のエキシマレーザを利用する場
合、発振線の線幅を０．Ｏ０５ｎｍ程度にまで単色化す
ることが行なわれている。これによって、色収差補正し
ない光学系を採用できることから、装置の簡略化、さら
には小型化、価格の低減を実現できる。また、集光した
レーザビームのパターンを極限まで小さくすることがで
き、超微細加工用光源としての用途が開けてくる。
て用いた場合、光の伝送系に色収差を補正した光学系を
採用する必要がある。ところが、波長が３５０ ｎｍ以
下の紫外域では、光学系に用いるレンズの光学材料の選
択の幅が限られ、色収差補正が困難となる。したがって
、波長３５０ ｎｍ以下のエキシマレーザを利用する場
合、発振線の線幅を０．Ｏ０５ｎｍ程度にまで単色化す
ることが行なわれている。これによって、色収差補正し
ない光学系を採用できることから、装置の簡略化、さら
には小型化、価格の低減を実現できる。また、集光した
レーザビームのパターンを極限まで小さくすることがで
き、超微細加工用光源としての用途が開けてくる。
またこのようにエキシマレーザの発振波長を単色化した
場合、その中心波長は利得バンド幅内の任意の値に設定
可能である。したがって、発振波長を精密に設定でき機
構をエキシマレーザ本体に内蔵すれば、波長可変の紫外
レーザ装置として、微細加工のほか、化光反応の制御、
同位体の分離など幅広い応用が期待できる。
場合、その中心波長は利得バンド幅内の任意の値に設定
可能である。したがって、発振波長を精密に設定でき機
構をエキシマレーザ本体に内蔵すれば、波長可変の紫外
レーザ装置として、微細加工のほか、化光反応の制御、
同位体の分離など幅広い応用が期待できる。
レーザの発振線幅を狭める、すなわち単色化すルニハグ
レーティング、エタロンなどの波長選択素子を共振器中
に置けばよい。第４図はエアスペースエタロン４を用い
て発振線幅を狭めたレーザ装置の一例を示したものであ
る。エアスペースエタロンは２枚の平行平面板を対向さ
せ、その間の干渉効果によって特定の波長だけを透過さ
せるように構成したファプリ・ベローエタロンの一種で
ある。エアスペースエタロンは対向する反射面の精度１
反射率によって透過帯域幅が変わるので、目的とする発
振線幅が得られるように設計、製作すればよい。対向す
る面の反射率を調整するためには、使用するレーザ波長
で特定の反射率をもつコーティングが施される。エキシ
マレーザの波長域では金属酸化物の多層膜コーティング
が一般的である。
レーティング、エタロンなどの波長選択素子を共振器中
に置けばよい。第４図はエアスペースエタロン４を用い
て発振線幅を狭めたレーザ装置の一例を示したものであ
る。エアスペースエタロンは２枚の平行平面板を対向さ
せ、その間の干渉効果によって特定の波長だけを透過さ
せるように構成したファプリ・ベローエタロンの一種で
ある。エアスペースエタロンは対向する反射面の精度１
反射率によって透過帯域幅が変わるので、目的とする発
振線幅が得られるように設計、製作すればよい。対向す
る面の反射率を調整するためには、使用するレーザ波長
で特定の反射率をもつコーティングが施される。エキシ
マレーザの波長域では金属酸化物の多層膜コーティング
が一般的である。
発明が解決しようとする課題
ところがレーザ共振器内では強力なレーザ光が波長選択
素子を通過するため、反射面のコーティングが損傷して
、レーザビームの形状の変化や出力の低下、さらには発
振線幅の広がり等を生じやすいという課題があった。本
発明はこのような課題を解決するためなされたもので、
単色化したレーザビームの品質を長期間保持できるレー
ザ装置を提供するものである。
素子を通過するため、反射面のコーティングが損傷して
、レーザビームの形状の変化や出力の低下、さらには発
振線幅の広がり等を生じやすいという課題があった。本
発明はこのような課題を解決するためなされたもので、
単色化したレーザビームの品質を長期間保持できるレー
ザ装置を提供するものである。
課題を解決するための手段
この課題を解決するため本発明は、光共振器と、前記光
共振器中に設置され、不活性ガス雰囲気中におかれた単
一または複数の波長選択素子とを具備したものである。
共振器中に設置され、不活性ガス雰囲気中におかれた単
一または複数の波長選択素子とを具備したものである。
作 用
この構成により、波長選択素子のコーテイング面にレー
ザ光が照射された時に空気中の酸素などの活性ガスを介
して起こる劣化反応を抑制することができ、波長選択素
子の寿命を飛躍的に伸ばすことができる。
ザ光が照射された時に空気中の酸素などの活性ガスを介
して起こる劣化反応を抑制することができ、波長選択素
子の寿命を飛躍的に伸ばすことができる。
実施例
第１図は本発明の一実施例であるエキシマレーザの構成
図である。第１図において本発明の実施例のレーザ装置
は希ガスとハロゲンガスの混合気体をレーザ媒質とする
放電管１と、全反射鏡２および出力鏡３からなる光共振
器によって、紫外域でレーザ発振する。光共振器の光軸
上には波長選択素子であるエアスペースエタロン４が置
かれている。エアスペースエタロン４は、レーザ波長に
おいて適当な反射率を持つ２枚の平行平面石英板を微小
なギャップを保って向き合わせたファプリ・ベローエタ
ロンの一種であシ、気密容器５中に設置されている。気
密容器５には窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガ
スが封入されている。
図である。第１図において本発明の実施例のレーザ装置
は希ガスとハロゲンガスの混合気体をレーザ媒質とする
放電管１と、全反射鏡２および出力鏡３からなる光共振
器によって、紫外域でレーザ発振する。光共振器の光軸
上には波長選択素子であるエアスペースエタロン４が置
かれている。エアスペースエタロン４は、レーザ波長に
おいて適当な反射率を持つ２枚の平行平面石英板を微小
なギャップを保って向き合わせたファプリ・ベローエタ
ロンの一種であシ、気密容器５中に設置されている。気
密容器５には窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガ
スが封入されている。
次に以上のような構成によるエキシマレーザの単色化の
原理を説明する。一般にエキシマレーザの利得バンド幅
は約１ ｎｍに及び、単色化せずに発振させると０．５
ｎｍ程度の発振線幅を持つ。共振器中にエアスペースエ
タロン４を挿入すると、発振線幅はその透過特性に従っ
てたとえば０．００１ｎｍオーダにまで単色化できる。
原理を説明する。一般にエキシマレーザの利得バンド幅
は約１ ｎｍに及び、単色化せずに発振させると０．５
ｎｍ程度の発振線幅を持つ。共振器中にエアスペースエ
タロン４を挿入すると、発振線幅はその透過特性に従っ
てたとえば０．００１ｎｍオーダにまで単色化できる。
第２図はエアスペースエタロンによって特定の波長が選
択される原理を示した図である。エアスペースエタロン
の対向する面は数１０％の反射率を持っており、入射し
たレーザ光は多重反射した末に元来の進行方向へ出てい
く。この時、Ｎ回反射した後に出射する光と、Ｎ＋１回
転反射後に出射する光との間には、 Δ＝２ｎｄｃｏｓθ −・−・−（１
）の光路差Δが生じるので、 ｍλ＝２ｎｄｃｏｓθ ・・・・・・
＠）の関係を満たす波長λを持つ光だけがエアスペース
エタロンを透過できることになる。ここで、ｎは対向す
る面間の屈折率、ｄは対向する面の間隔、θは光軸に対
する入射光の傾き角、ｍは整数である。
択される原理を示した図である。エアスペースエタロン
の対向する面は数１０％の反射率を持っており、入射し
たレーザ光は多重反射した末に元来の進行方向へ出てい
く。この時、Ｎ回反射した後に出射する光と、Ｎ＋１回
転反射後に出射する光との間には、 Δ＝２ｎｄｃｏｓθ −・−・−（１
）の光路差Δが生じるので、 ｍλ＝２ｎｄｃｏｓθ ・・・・・・
＠）の関係を満たす波長λを持つ光だけがエアスペース
エタロンを透過できることになる。ここで、ｎは対向す
る面間の屈折率、ｄは対向する面の間隔、θは光軸に対
する入射光の傾き角、ｍは整数である。
以上の考察かられかるように、エアスペースエタロンの
対向する面の間ではレーザ光が何往復もする結果、高い
エネルギーの紫外光が定常的に存在することになる。こ
のため、反射膜のコーティングが次第に劣化することは
避けられない。特に、エアスペースエタロンを気密容器
に入れずに空気中で用いた場合、１ｏ６パルス程度エキ
シマレーザ装置を動作させた後に波長選択特性が変化し
て発振線幅が当初の値より広がったり、中心波長が変動
する現象が起った。また、コーティングの表面が局所的
あるいは全体的に凹凸を生じる結果、ビーム形状の変化
や、レーザ出力の圓下が見られた。
対向する面の間ではレーザ光が何往復もする結果、高い
エネルギーの紫外光が定常的に存在することになる。こ
のため、反射膜のコーティングが次第に劣化することは
避けられない。特に、エアスペースエタロンを気密容器
に入れずに空気中で用いた場合、１ｏ６パルス程度エキ
シマレーザ装置を動作させた後に波長選択特性が変化し
て発振線幅が当初の値より広がったり、中心波長が変動
する現象が起った。また、コーティングの表面が局所的
あるいは全体的に凹凸を生じる結果、ビーム形状の変化
や、レーザ出力の圓下が見られた。
コーティングが劣化する一因としては、紫外光を吸収し
た酸素が活性種となり、同じく紫外光を吸収して反応性
を帯びているコーテイング膜と結合することが挙げられ
る。
た酸素が活性種となり、同じく紫外光を吸収して反応性
を帯びているコーテイング膜と結合することが挙げられ
る。
そこで本実施例のレーザ装置においては、エアスペース
エタロンを不活性ガス雰囲気中に置いてこの問題を解決
した。すなわち、エアスペースエタロンを気密容器に収
め、気密容器中の気体を窒素、希ガス等で置換すること
によって、酸素が存在することによって起こる前記の反
応を抑制している。本発表者らの実験によれば、エアス
ペースエタロン周囲の雰囲気を不活性ガスとすることで
、コーティングの寿命は２桁以上延長された。特にエキ
シマレーザの波長で励起種を作らないヘリウム、アルゴ
ン等の希ガスを用いた場合その効果が大きかった。
エタロンを不活性ガス雰囲気中に置いてこの問題を解決
した。すなわち、エアスペースエタロンを気密容器に収
め、気密容器中の気体を窒素、希ガス等で置換すること
によって、酸素が存在することによって起こる前記の反
応を抑制している。本発表者らの実験によれば、エアス
ペースエタロン周囲の雰囲気を不活性ガスとすることで
、コーティングの寿命は２桁以上延長された。特にエキ
シマレーザの波長で励起種を作らないヘリウム、アルゴ
ン等の希ガスを用いた場合その効果が大きかった。
第３図は本発明の異なる実施例を示す図である。
第３図の実施例においては、エアスペースエタロンのギ
ャップ間の気体圧力を変えることによって、レーザ発振
の中心波長を可変にしている。すなわち、エアスペース
エタロンの対向する面間の圧力が変わると、その屈折率
ｎが変化するので光路差Δモ変わる。その結果、エアス
ペースエタロンによって選択される波長も変化すること
になる。この実施例ではレーザ光の中心波長を所望の値
に制御するため、レーザビームの一部をビームスプリッ
タ６によって波長検出器７に導き、波長検出器７からの
信号に応じて高圧ガス源８のパルプ９またはポンプ１０
のパルプ１１を開けて気密容器６内の圧力を調節してい
る。この場合も高圧ガス源８から気密容器５に供給され
る気体は窒素、希ガス等であることは言うまでもない。
ャップ間の気体圧力を変えることによって、レーザ発振
の中心波長を可変にしている。すなわち、エアスペース
エタロンの対向する面間の圧力が変わると、その屈折率
ｎが変化するので光路差Δモ変わる。その結果、エアス
ペースエタロンによって選択される波長も変化すること
になる。この実施例ではレーザ光の中心波長を所望の値
に制御するため、レーザビームの一部をビームスプリッ
タ６によって波長検出器７に導き、波長検出器７からの
信号に応じて高圧ガス源８のパルプ９またはポンプ１０
のパルプ１１を開けて気密容器６内の圧力を調節してい
る。この場合も高圧ガス源８から気密容器５に供給され
る気体は窒素、希ガス等であることは言うまでもない。
以上のような構成を有するので、本発明のレーザ装置に
おいては波長選択素子の寿命を飛躍的に伸ばすことがで
きる。
おいては波長選択素子の寿命を飛躍的に伸ばすことがで
きる。
なお、本実施例においては波長選択素子としてエアスペ
ースエタロンを用いた例ヲ示り、タカ、−枚のガラス基
板の両面に反射膜をコーティングしたソリッドエタロン
や、基板表面に微細な溝加工を施したグレーティングな
ど他の波長選択素子を用いた場合でも同様の効果が期待
できる。
ースエタロンを用いた例ヲ示り、タカ、−枚のガラス基
板の両面に反射膜をコーティングしたソリッドエタロン
や、基板表面に微細な溝加工を施したグレーティングな
ど他の波長選択素子を用いた場合でも同様の効果が期待
できる。
発明の詳細
な説明したように本発明によるレーザ装置は、波長選択
素子を不活性ガス雰囲気中に置くことによって波長選択
素子の寿命を伸ばし、長期間にわたって単色化したレー
ザビームの品質を安定に保つという優れた効果を有する
レーザ装置を提供することができる。
素子を不活性ガス雰囲気中に置くことによって波長選択
素子の寿命を伸ばし、長期間にわたって単色化したレー
ザビームの品質を安定に保つという優れた効果を有する
レーザ装置を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例であるレーザ装置の構成図、
第２図はエアスペースエタロンの原理全説明する図、第
３図は本発明の他の実施例を示す図、第４図はレーザ光
を単色化する方法の従来例を示す図である。 １・・・・・・放電管、２・・・・・・全反射鏡、３・
・・・・・出力鏡、４・・・・・・エアスペースエタロ
ン、６・・・・・・’Ａ密容器、６・・・・・・ビーム
スプリッタ、７・・・・・・波長検出器、８・・・・・
・高圧ガス源、９・・・・・・パルプ、１０・・・・・
・ポンプ、１１・・・・・・パルプ。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名１−
歓を賃 ３−−一出７１４ｔ ＋・・−工ｙスｓ’−７エタａソ ５−気著容乱 第 ４
第２図はエアスペースエタロンの原理全説明する図、第
３図は本発明の他の実施例を示す図、第４図はレーザ光
を単色化する方法の従来例を示す図である。 １・・・・・・放電管、２・・・・・・全反射鏡、３・
・・・・・出力鏡、４・・・・・・エアスペースエタロ
ン、６・・・・・・’Ａ密容器、６・・・・・・ビーム
スプリッタ、７・・・・・・波長検出器、８・・・・・
・高圧ガス源、９・・・・・・パルプ、１０・・・・・
・ポンプ、１１・・・・・・パルプ。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名１−
歓を賃 ３−−一出７１４ｔ ＋・・−工ｙスｓ’−７エタａソ ５−気著容乱 第 ４
Claims (1)
- 光共振器と、前記光共振器中に設置され、不活性ガス雰
囲気中におかれた単一または複数の波長選択素子とを具
備したことを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194971A JPH0243787A (ja) | 1988-08-04 | 1988-08-04 | レーザ装置 |
| DE3889831T DE3889831T2 (de) | 1987-09-28 | 1988-09-27 | Laser-Apparat. |
| CA000578540A CA1302548C (en) | 1987-09-28 | 1988-09-27 | Laser apparatus |
| EP88115902A EP0310000B1 (en) | 1987-09-28 | 1988-09-27 | Laser apparatus |
| US07/499,206 US4991178A (en) | 1987-09-28 | 1990-03-19 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194971A JPH0243787A (ja) | 1988-08-04 | 1988-08-04 | レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0243787A true JPH0243787A (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=16333392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63194971A Pending JPH0243787A (ja) | 1987-09-28 | 1988-08-04 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0243787A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003056635A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Showa Corp | 油圧緩衝器のオイルロック機構 |
-
1988
- 1988-08-04 JP JP63194971A patent/JPH0243787A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003056635A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Showa Corp | 油圧緩衝器のオイルロック機構 |
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