CN101989048B - 光源装置 - Google Patents

Abstract

一种光源装置，能够稳定地维持点亮开始后的高温等离子体状态从而稳定地维持发光，并抑制因发光管的加热引起的点亮寿命降低。向内部封入有发光气体的发光管(1)，从脉冲激光振荡部(21)入射脉冲式激光束，并从连续波激光振荡部(25)入射连续波激光束，以在发光管内两光束重合的方式进行聚光。在点亮开始时，由脉冲式光束形成高温等离子体状态，在形成高温等离子体状态的位置，使比脉冲式光束强度小的连续波光束重合，由此能够稳定地维持高温等离子体状态。此外，由于连续波光束强度较小，因此能够使发光管不被加热而达到长寿命。作为使光束在发光管内聚光的光学单元，可使用例如衍射光学元件(31)、凸透镜、抛物面反射镜等。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及一种通过从激光装置放射的激光束点亮的适用于曝光装置等的适宜的光源装置。

背景技术

公知向封入有发光气体的发光管照射来自激光装置的激光束并激发气体而发光的光源装置(参照专利文献1)。

专利文献1所公开的光源装置是如下的光源装置：来自使连续或脉冲式的激光振荡的激光振荡器的光束通过透镜等聚光用光学类部件聚光而照射到封入有发光气体(发光元素)的发光管，激发发光管内的发光气体而发光。

从专利文献1的第2页右上栏的上方起第16～18行记载了如下内容：上述激光振荡器振荡产生使封入气体激发放电所需的足够强度的连续或脉冲式的激光。

专利文献1：日本特开昭61-193358号公报

作为激发发光管中封入的发光气体的激光束，如专利文献1所记载，可考虑连续或脉冲式激光束，但已知不管使用哪一种激光束都存在以下的问题。

(1)脉冲式激光的情况下，由于“振荡产生使封入气体激发放电所需的足够强度的脉冲式的激光”，因此点亮开始，但如图18(a)所示，向封入气体间歇地射入激光，因此，高温等离子体状态在激光被切断时一起结束，难以始终维持高温等离子体状态。即，存在维持放电不稳定的问题。

(2)连续激光的情况下，若振荡产生使封入气体开始放电所需的足够强度的连续激光，则点亮开始，但若如图18(b)所示在维持高温等离子体状态时也输入与点亮开始时相同的能量，则管球被加热，可能因该热量使管球产生变形而发生破损。即存在点亮寿命短的问题。

此外，放电开始需要的激光的功率为数十～数百kW，但连续输出这种大输出的激光的激光装置大型化且成本也高，不实用。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出，本发明的目的是提供一种光源装置，向封入有发光元素的发光管照射激光束而发光，能够不照射大功率的激光束而稳定地维持点亮开始后的高温等离子体状态，从而能够稳定地维持发光，还能够抑制因发光管的加热引起的点亮寿命降低。

由于脉冲式激光束峰值功率较大，因此能够通过较小的激光装置的输出来激发封入到发光管的气体。另一方面，连续波激光束不像脉冲式激光束那样被切断，因此能够通过向处于高温等离子体点亮状态的发光管照射连续波激光束来维持发光。

从以上情形出发，本发明人尝试了使用脉冲激光束和连续波激光束双方来点亮封入有发光元素的发光管。其结果确认了下述事项：向封入有发光元素的发光管照射脉冲激光束，使点亮开始，与此同时照射连续波激光束而维持点亮，由此能够使用较小功率的激光装置来可靠地使发光管的点亮开始，并在点亮开始后稳定地维持点亮。

此处，维持发光时，需要使由脉冲激光束形成的高能量状态的区域与由连续波激光束形成的高能量状态的区域在发光管内重合。

因此，若以脉冲激光束的光路和连续波激光束的光路在发光管内的整个区域重合的方式配置激光装置，则能够容易且可靠地使由脉冲激光束和连续波激光束形成的高能量状态的区域在发光管内重合。

此外，利用连续波激光束作为激发光，产生脉冲激光束，由此能够以比较简单的结构，产生光路与连续波激光束重合的脉冲式激光束。

基于以上说明，本发明中，如下所述解决所述课题。

(1)由封入有发光元素的发光管、朝向该发光管放射脉冲激光束的脉冲激光振荡部、朝向该发光管放射连续波激光束的连续波激光振荡部构成光源装置。

(2)在上述(1)的基础上，来自脉冲激光振荡部的光束的光路与来自所述连续波激光振荡部的光束的光路至少在发光管内的整个区域重合。

(3)在上述(1)、(2)的基础上，脉冲激光振荡部利用来自连续波激光振荡部的光束的一部分作为激发光，激发该脉冲激光振荡部内的激光晶体，放射脉冲激光束。

(4)在上述(1)、(2)、(3)的基础上，在脉冲激光束和连续波激光束的光路的中途设置聚光单元，使脉冲激光束和连续波激光束在发光管内聚光，并且在所述激光束中的至少一个激光束的光路的中途设置光学单元，以使由脉冲激光束形成的高能量状态的区域和由连续波激光束形成的高能量状态的区域在发光管内重合。

本发明可得到以下效果。

(1)由于由封入有发光元素的发光管、朝向该发光管放射脉冲激光束的脉冲激光振荡部、朝向该发光管放射连续波激光束的连续波激光振荡部构成光源装置，因此能够利用脉冲式激光束形成高温等离子体状态，利用连续波光束维持高温等离子体状态，能够抑制高温等离子体状态被切断，能够使放电状态稳定。

此外，连续波激光束的亮度是维持高温等离子体状态所需的强度即可，能够使用功率较小的激光振荡部，因此能够使发光管不被加热而实现长寿命。

此外，由于脉冲式激光束峰值功率较大，因此能够通过平均输出较小的激光装置形成高温等离子体状态，此外，连续波激光振荡部也能够使用输出较小的振荡部，因此装置不会大型化。

(2)来自脉冲激光振荡部的光束的光路与来自所述连续波激光振荡部的光束的光路至少在发光管内的整个区域重合，由此能够在发光管的内部使脉冲式激光束和连续波激光束的高能量状态区域可靠地重合。因此，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持，抑制高温等离子体状态被切断，能够稳定地放电。

(3)脉冲激光振荡部利用来自连续波激光振荡部的光束的一部分作为激发光来激发该脉冲激光振荡部内的激光晶体，放射脉冲激光束，由此能够使装置结构简单化。

此外，能够可靠地使脉冲式激光束和连续波激光束的光路重合，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持。

(4)在脉冲激光束和连续波激光束的光路的中途设置聚光单元，使脉冲激光束和连续波激光束在发光管内聚光，并且在所述激光束中的至少一个激光束的光路的中途设置光学单元，由此能够可靠地使由脉冲激光束形成的高能量状态的区域和由连续波激光束形成的高能量状态的区域重合。

此外，通过如上所述设置光学单元，即使脉冲激光束和连续波激光束的波长不同，也能够校正该差异产生的色差，能够可靠地使由脉冲激光束形成的高能量状态的区域与由连续波激光束形成的高能量状态的区域重合。

附图说明

图1是表示将本发明的光源装置适用于曝光装置时的结构例的图。

图2是表示本发明的光源装置的第1实施例的图。

图3是发光管内部的脉冲式光束和连续波光束的示意图。

图4是说明发光管内部的连续波光束和脉冲式光束的状态的图。

图5是表示本发明的光源装置的第2实施例的图。

图6是表示本发明的光源装置的第3实施例的图。

图7是表示本发明的光源装置的第4实施例的图。

图8是表示本发明的光源装置的第5实施例的图。

图9是表示本发明的光源装置的第6实施例的图。

图10是表示本发明的光源装置的第7实施例的图。

图11是表示本发明的光源装置的第8实施例的图。

图12是表示本发明的光源装置的第9实施例的图。

图13是说明色差的图。

图14是表示本发明的光源装置的第10实施例的图。

图15是表示用于抑制色差的光学单元的配置例的图。

图16是表示本发明的光源装置的第11实施例的图。

图17是说明通过脉冲式光束在聚光点的前侧形成高温等离子体状态时的图。

图18是脉冲式激光束、连续波激光束的示意图。

具体实施方式

图1是表示将本发明的光源装置适用于其用途的1例的曝光装置时的结构例的图，图2是表示本发明的光源装置的第1实施例的图。

首先，通过图1对具备本发明的光源装置的曝光装置进行说明。

曝光装置具备射出光的光源装置10。该光源装置10使用图2详细说明，因此在此处简单地说明。

光源装置10具备激光振荡部2、使来自该激光振荡部2的光聚光的聚光单元3、由该聚光单元3聚光的光所入射的发光管1。图1中只表示了一个激光振荡部2，但如后所述激光振荡部2由输出脉冲式激光束的脉冲激光振荡部、输出连续波激光束的连续波激光振荡部构成。

从激光振荡部2到聚光单元3的光束的光路上设有机械式挡板(Mechanical Shutter)7和反射镜8，通过使挡板7开闭来控制光束的射出/不射出。

发光管1大致由具有旋转椭圆的反射面的反射镜11a包围。反射镜11a上具有使来自激光振荡部2的光入射的一个的贯通孔111和使通过发光管1的光射出的另一个贯通孔112。

反射镜11a和发光管1收容在灯罩11中。

灯罩11上设有构成光源装置10的聚光单元3。此外，灯罩11上还设有将从聚光反射镜11a的另一个贯通孔112射出的光聚光的聚光单元11b。

在灯罩11的外部配置有光束收集器(Beam Dump)12a，入射来自聚光单元11b的光并使入射光衰减，使入射光不返回灯罩内。

发光管1中，入射来自激光振荡部2的光束，发光管内部的发光气体被激发，产生激发光。该激发光利用反射镜11a聚光，在图1中朝向纸面下方射出，到达分色镜13。分色镜13将曝光所需的波长的光反射，使其以外的光透过。在分色镜13的背面配置有光束收集器12b，透过分色镜13的光在此聚光而形成末端。

由分色镜13反射的光通过聚光镜11a的聚光而汇聚于焦点，通过配置在该焦点位置的滤色镜14的孔(Aperture)部14a。此时，光形成孔部14a的形状。

通过孔部14a的光扩展并被配置在前进中途的聚光单元15a聚光，形成大致平行的光。

该光向积分透镜(Integrator Lens)16入射，由在射出侧配置的聚光单元15b进行聚光。从积分透镜16的各单元透镜射出的光由聚光单元15b进行聚光，由此以较短的距离重叠，实现照度的均匀化。

从聚光单元15b射出的光重叠并由反射镜17反射，向准直透镜18入射。从准直透镜18射出的光成为平行光，通过掩模19，照射硅片等被照射物W。这样，来自光源装置的光照射被照射物W而进行处理。

接着，使用图2对本发明的第1实施例的光源装置进行说明。

另外，以下说明的第1～4实施例中展示了如下情况：来自连续波激光振荡部25的光束的光路和来自脉冲激光振荡部21的光束的光路不同，最终在发光管1的内部重合而聚光。

作为本发明的第1实施例的图2所示的光源装置包括：在内部封入有发光气体的发光管1、在该发光管1的内部形成焦点的衍射光学元件31(DOE：Diffractive Optical Element)、向该衍射光学元件31入射脉冲式光束的脉冲激光振荡部21、向该衍射光学元件31入射连续波光束的连续波激光振荡部25。来自各激光振荡部21、25的激光束的波长在该实施例中相同。另外，以下将连续波光束称为CW光束，将连续波激光振荡部称为CW激光震荡部。此外，将脉冲式光束称为脉冲光束。

发光管1由透过来自各激光振荡部21、25的光束且透过发光元素的激发光的部件(例如石英玻璃)构成。

发光管1的形状能够封入发光元素的形状即可。但是，在以高压(比大气压高的气压)将发光元素封入时，若其内表面形状为旋转椭圆面、球面，则在发光管1的内表面上压力大致均匀地施加，因此在耐久性方面较好。

在发光管1的内部封入有发光元素，但根据其用途使用各种发光元素。例如作为曝光用的光源，使用水银作为发光元素。此外，例如作为放映机用的光源，使用氙气作为发光元素。

各激光振荡部21、25由未图示的电源装置供电。

从脉冲激光振荡部21输出脉冲式光束，从连续波激光振荡部25输出连续波光束。该两者相对于衍射光学元件31(DOE)以相同角度(该图的情况下为平行)入射，因此通过后在发光管1的内部重合而汇聚于焦点。此时，在发光管1的内部，如图3(a)所示，脉冲式光束和连续波光束重合。

封入发光管1的内部的发光元素为了形成高温等离子体状态，需要较大的能量。脉冲式光束是间歇的，但能够形成高能量，因此可推测通过该光束发光元素能够形成高温等离子体状态。

形成高温等离子体状态后，维持该状态所需的能量可以比形成高温等离子体状态时小，需要连续地供给。

连续的光束在发光管1的内部在脉冲式光束入射的位置上重合，而且，比脉冲式光束为较小的能量(图3(a)的纵轴表示能量的相对值)并且连续，因此能够维持高温等离子体状态。

这样，脉冲激光振荡部21作为使高温等离子体状态开始的点火源起作用，连续波激光振荡部25作为对高温等离子体状态加热的加热源起作用。

如上所述，本发明的光源装置具有以下的(1)及(2)的特征。

(1)在发光管1的内部使脉冲式激光束和连续波激光束重合。

(2)连续波激光束的强度(能量)小于比脉冲式激光束。

由此，在点亮开始时，通过脉冲式光束，能够形成高温等离子体状态。而且，在形成该高温等离子体状态的位置重合比脉冲式光束强度小的连续波光束，由此抑制高温等离子体状态结束，能够稳定地维持高温等离子体状态。

而且，连续波光束比脉冲式光束强度小，因此向发光管的内部输入的能量不大，能够抑制发光管被加热而产生变形，由此能够使点亮寿命为长寿命。

此外，连续波激光振荡部不需要以能够形成高温等离子体状态的程度输出大能量，因此能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

另外，高温等离子体状态易于通过形成高密度的能量的区域而形成。因此，优选以在发光管的内部具有焦点的方式聚光。

为了确认连续波激光束可以比脉冲式光束的能量小，准备封入有10气压的氙的发光管(石英玻璃)，利用光学单元(凸透镜)使脉冲式激光束(527nm)和连续波激光束(1070nm)聚光而在发光管的内部重合，调查发光管的发光。其结果是，例如在以下的输入条件下，确认了发光管连续发光。

·脉冲式激光束的输入条件例

重复频率：1000Hz

能量：5mJ/发射

脉冲宽度：80ns

平均功率：5W

峰值功率：62.5kW

·连续波激光束的输入条件例

功率：200W

在上述例中，连续波激光束的功率为脉冲式激光束的功率的0.03％左右。这样，连续波激光束的功率即使比脉冲式激光束的功率非常小，也能够使发光管点亮。

连续波激光束的功率可以比脉冲激光的激光束的功率小的原因如下。

发光管内，在点亮开始时，通过高能量被输入到发光管内，形成高温等离子体状态。对暂时形成的高温等离子体从外部输入能量，由此高温等离子体被激发而放射光。

但是，从外部输入高能量且脉冲式光束时，形成的高温等离子体状态被通过脉冲激光产生等离子体时的冲击波吹散，结果不能向高温等离子体状态输入能量而进行激发。

这样，所谓点亮开始时所需的能量，是指用于形成高温等离子体状态的能量，所谓点亮开始后所需的能量，是指激发高温等离子体状态的能量，比较两者至少所需的能量时，激发高温等离子体状态的能量明显较低也没有关系。

因此，激发高温等离子体状态的连续波光束的功率与脉冲式光束的功率相比，是0.03％的极低的能量就足够。此外，输入所需以上的功率时，会出现发光管的壁被加热而破损的现有的问题，因此需要使连续波光束的功率为0.03％这样较低的能量。

如上所述，脉冲式光束在点亮开始时是一定需要的，但对于维持点亮，在连续的光束的能量就足够的情况下，若持续长时间脉冲，则有时反而使好不容易连续点亮的高温等离子体被脉冲式光束的冲击波切断。

因此，点亮开始后，可认为如图3(b)所示，消除脉冲式光束的输入是优选的。

如上所述，本发明的光源装置能够维持高温等离子体状态，点亮寿命为长寿命，因此，具备该光源装置的例如图1所示的曝光装置中，能够持续地且长期照射被照射物。

另外，本发明的光源装置也能够用作图1所示的曝光装置的光源，若变更发光管内的发光元素，则能够将来自发光管的射出光变更为各种波长的光，例如也能够用作作为可视光光源的放映机(Projector)用的光源。以往已知的在发光管的内部相对配置一对电极的被称为所谓的“灯”的光源用于各种用途，但本发明的光源装置能够用作该灯的替代单元，能够用于与灯相同的各种用途。

以下表示上述第1实施例的数值例及部件例。

·发光管的部件：石英玻璃

·发光管的外径：30mm

·发光管的内径：26mm

·发光管内封入的发光元素：氙

·氙气的封入压或封入量：10气压

·脉冲激光振荡部的激光晶体：YAG晶体

·连续波激光振荡部的激光晶体：YAG晶体

·向脉冲激光振荡部输入的电力的条件：

·来自脉冲激光振荡部的光束的波长：1064nm

·来自连续波激光振荡部的光束的波长：1064nm

·来自脉冲激光振荡部的光束的输出：1～100mJ

脉冲的重复频率：0.01～10kHz

·来自连续波激光振荡部的光束的输出：20～10kW

另外，本发明中，使脉冲式光束和连续的光束在发光管的内部重合。通过使光束的能量密度在使发光元素电离的阈值以上且电离的发光元素为高密度，产生利用脉冲式光束在发光管的内部产生的高温等离子体状态。

因此，利用聚光用光学类部件对光束进行聚光，由此提高光束的能量密度，达到使发光元素电离的阈值以上。

此时，对于脉冲式光束，其能量密度比连续的光束的能量密度大，因此使发光元素电离的阈值以上的区域(高能量状态的区域)比连续的光束长而变大。因此，如图4所示，连续波激光束(CW光束)优选向因脉冲式光束而变长的阈值以上的区域的中心附近照射，由此，能够良好地维持高温等离子体状态，使点亮性良好。

接着，对于本发明的第2实施例，利用图5说明。

图5所示的光源装置，是替换所述图2所示的DOE31而使用凸透镜的光源装置，由在内部封入有发光气体的发光管1、及被配置为在该发光管1的内部使脉冲式光束和连续波光束形成焦点的凸透镜32构成。另外，图5中，表示为“CW或脉冲”、“脉冲或CW”的光束意味着连续波激光束或脉冲式激光束中的任意一种，在一个光束为连续波激光束时，另一个为脉冲式激光束(以下的实施例中也相同)。

只要是能够在发光管的内部形成焦点的光学单元，也可如上所述使用凸透镜32，该情况下，各光束相对于凸透镜32以同一角度入射。

本实施例中也与第1实施例的光源装置一样，能够稳定地维持高温等离子体状态，此外，连续波光束比脉冲式光束强度小，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，由此，能够使点亮寿命为长寿命。而且，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

对于本发明的第3实施例，使用图6进行说明。

如图6所示的光源装置，是替换图2、图5所示的DOE31、凸透镜32而在包围发光管1且在发光管1的内部形成焦点的位置上配置抛物面反射镜33的光源装置。

该情况下，来自脉冲激光振荡部的脉冲式光束的光路(光轴)和来自连续波激光振荡部的连续波光束的光路(光轴)相互平行，向抛物面反射镜33的反射面入射。此时，被反射面反射的光束朝向发光管的内部汇聚于焦点。

本实施例中也与上述实施例的光源装置一样，能够稳定地维持高温等离子体状态，此外，连续波光束比脉冲式光束强度小，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，由此，能够使点亮寿命为长寿命。而且，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

对于本发明的第4实施例，使用图7进行说明。

图7所示的光源装置，是取代图6所示的抛物面反射镜33而以包围发光管1的方式配置椭圆反射镜34的光源装置。

该椭圆反射镜34以其第一焦点位于发光管1的内部而第二焦点位于发光管1的外部的方式配置。

各激光振荡部配置成各光束通过第二焦点。在各光束的光路上，配置有在第二焦点进行聚光的聚光单元3(凸透镜或DOE)。

各光束在椭圆反射镜34的第二焦点被聚光而被椭圆反射镜34的反射面反射。在第二焦点被聚光的光在第一焦点也被聚光，因此在发光管1的内部各光束以汇聚于焦点的方式被聚光。

本实施例中也与上述实施例的光源装置一样，能够稳定地维持高温等离子体状态，此外，能够使点亮寿命为长寿命。而且，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

上述的第1～4实施例中，各光束沿不同的光路前进，最终在发光管的内部重合。像这样沿不同的光路前进而在所期望的位置上重合，在技术上较难。例如即使以在发光管内的相同位置聚光的方式设定光束的光路并配置光学单元，若例如温度上升等环境改变，则折射率等发生变化，存在聚光位置偏移的可能性。

以下所说明的第5～9实施例至少在发光管内的整个区域上各光束的光路重合。通过这样构成，即使例如温度上升而折射率等发生变化，脉冲式光束和连续波光束的聚光位置也不会较大地偏移。

对于第5实施例，使用图8进行说明。

图8所示的例子使用分色镜4而使脉冲式光束和连续波光束的光路重合并通过聚光单元3(凸透镜或DOE)聚光，其他的结构与图2所示的光源装置相同。

图8中，脉冲式光束和连续波光束的波长不同，因此向分色镜4入射的光束中的一个被反射，而另一个透过。

利用这一点，本实施例中在从分色镜4到发光管1之间使各光束的光路重合。

例如，设定一个光束(由粗线表示)为波长1064nm，另一个光束(由实线表示)为波长532nm。

分色镜4使532nm的光反射，而使1064nm的光透过，由此能够在被分色镜4反射的532nm的光束的光路上与透过的1064nm的光束重合。即，能够使光路位于同轴上。

另外，通过形成高密度的能量，易于形成高温等离子体状态。因此，优选如图8所示，利用聚光单元3(凸透镜或DOE)进行聚光以在发光管1的内部具有焦点。

这样，通过在到达发光管1的路径上使各光束的光路重合，在发光管的内部也能够使两者重合，由此能够在发光管的内部使各光束的高能量状态的区域可靠地重合。因此，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持，能够稳定地放电。

此外，与上述实施例的光源装置一样，连续波激光束的功率较小即可，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，能够使点亮寿命为长寿命。此外，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

对于第6实施例，使用图9进行说明。

图9中替换图8所示的分色镜而配置偏光镜5，其他结构与图8相同。

偏光镜5通过同一波长的偏振光(P偏振和S偏振)进行反射/透过，利用其能够在从偏光镜5到发光管1之间使各光束的光路重合。

例如，设定一个光束(由粗线表示)为波长1064nm的P偏振光，另一个光束(由实线表示)同为波长1064nm的S偏振光，偏光镜5对于1064nm的光使P偏振透过而使S偏振反射。

由此，能够在被偏光镜5反射的S偏振的光束的光路上与透过的P偏振的光束重合。即，能够使光路位于同轴上。

这样，通过在到达发光管1的路径上使各光束的光路重合，与第5实施例一样，能够在发光管的内部使各光束的高能量状态的区域可靠地重合，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持。

此外，与上述实施例的光源装置一样，连续波激光束的功率较小即可，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，能够使点亮寿命为长寿命。此外，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

接着，对于利用来自连续波激光振荡部的光束的一部分作为脉冲激光振荡部的振荡源的本发明的第7～9实施例进行说明。

图10是表示本发明的第7实施例的图。

图10中将脉冲激光振荡部22配置在来自连续波激光振荡器(未图示)的光束的光路上，其他结构与上述实施例相同。

本实施例中，脉冲激光振荡部22利用来自连续波激光振荡部的连续波光束(CW光束)的一部分作为激发光，激发脉冲激光振荡部22内的激光晶体。

即，如图10所示，在从未图示的连续波激光振荡部射出的CW光束的路径中配置脉冲激光振荡部22。脉冲激光振荡部22将CW光束作为激发光工作，输出脉冲式光束。该脉冲式光束与上述CW光束的光路重合，经由聚光单元3(凸透镜、DOE等)在发光管1内聚光。

通过这样构成，来自脉冲激光振荡部22的光束的光路与连续波激光的光束的光路重合，在发光管1的内部也重合。

本实施例中，在到达发光管1的路径上使各光束的光路重合，因此，与上述实施例一样，能够在发光管的内部使各光束的高能量状态的区域可靠地重合，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持。

此外，与上述实施例的光源装置一样，连续波激光束的功率较小即可，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，能够使点亮寿命为长寿命。此外，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

而且，脉冲激光振荡部22将来自连续波激光的光束利用于激发光，因此，能够省略第1～6实施例所示的用于脉冲激光振荡部的激光振荡部分的一部分，使装置整体为简便的结构，能够使光源装置整体小型化。

图11是表示本发明的第8实施例的图，与上述第7实施例一样，表示将CW激光作为激发光而使脉冲激光振荡部振荡的结构例。

如图11所示，从未图示的连续波激光振荡部射出的CW光束的一部分被部分反射镜23a反射而入射到脉冲激光振荡部23。脉冲激光振荡部23将CW光束作为激发光工作，输出脉冲式光束。该脉冲式光束向分色镜4入射，与上述CW光束的光路重合，经由聚光单元3(凸透镜、DOE等)在发光管1内聚光。

此处，设定连续波激光束的波长为808nm，设定脉冲激光束的波长为1064nm，对上述脉冲激光振荡部23的工作进行说明。

部分反射镜23a使波长808nm的光束的一部分反射，使其余透过。

该被部分反射的光束由聚光透镜23b聚光，向全反射镜23c入射。

全反射镜23c使从背面入射的光束透过，将从正面入射的光束反射。因此，由聚光透镜23b聚光的光束从全反射镜23c的背面侧入射而透过，向激光晶体23d照射。激光晶体23d例如使用YAG晶体、Nd玻璃，激光晶体23d中透过波长808nm的光，由此进行激发。

在Q开关23e被关闭的状态下，激光晶体23d被连续地照射光束而被激发，积蓄能量。

达到所期望的能量时，打开Q开关23e，来自激光晶体23d的激发光被射出镜23f反射，在全反射镜23c和射出镜23f之间引起共振。由此，波长1064nm的脉冲式激光束透过射出镜23f，经由反射镜23g、23h向分色镜4入射。

分色镜4将波长1064nm的光束反射，使波长808nm的光束透过，因此，上述1064nm的脉冲式光束与808nm的连续波光束重合。该光束由聚光单元3聚光，朝向发光管1的内部。上述脉冲式激光束的脉冲幅、周期由上述Q开关23e的开口时间决定。

另外，图11中由虚线表示的光学单元6用于抑制因脉冲式光束和CW光束的波长不同而产生的色差，对于色差的抑制在后文进行说明。

本实施例中也能够取得与上述第7实施例相同的效果，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持，此外，连续波激光束的功率较小即可，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，能够使点亮寿命为长寿命。此外，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

而且，脉冲激光振荡部23将来自连续波激光的光束利用于激发光，因此能够省略第1～6实施例所示的脉冲激光振荡部的用于振荡源的激光振荡部分，能够使装置整体为简单的结构，使光源装置整体小型化。

图12是表示本发明的第9实施例的图，与上述第7实施例一样，表示将CW激光作为激发光而使脉冲激光振荡部振荡的结构例。

如图12所示，使从未图示的连续波激光振荡部射出的CW光束的一部分被部分反射镜兼分色镜24d反射而向脉冲激光振荡部24入射。脉冲激光振荡部24将CW光束作为激发光而工作，输出脉冲式光束。该脉冲式光束与上述CW光束的光路重合，经由聚光单元3(凸透镜、DOE等)在发光管1内聚光。

此处，设定连续波激光束的波长为808nm，设定脉冲激光束的波长为1064nm，对脉冲激光振荡部24的工作进行说明。

分色镜4如上所述，将一个波长的光束反射，而使另一波长的光束透过。此处，将波长1064nm的光束反射，使波长808nm的光束透过。

此外，在脉冲激光振荡部24的输出侧设置的部分反射镜兼分色镜24d将一个波长的光束的一部分反射，使另一波长的光束透过。此处，设定将1064nm的光束的一部分反射，使808nm的光透过。

激光晶体24c例如使用YAG晶体、Nd玻璃，使波长1064nm的光束透过来吸收其一部分进行激发、振荡。

在作为Q开关起作用的EO开关24a被关闭的状态下，激光晶体24c被连续地照射光束而被激发，积蓄能量。

达到所期望的能量时，打开EO开关24a，利用全反射镜24b将来自激光晶体24c的激发光反射，在与部分反射镜兼分色镜24d之间引起共振。由此，波长1064nm的脉冲式激光束的一部分透过部分反射镜兼分色镜24d，与连续波光束重合。该脉冲式光束和连续波光束经由聚光单元3朝向发光管1的内部。上述脉冲式激光束的脉冲宽度、周期由上述EO开关24a的开口时间决定。

另外，图12中由虚线表示的光学单元6用于抑制因脉冲式光束和CW光束的波长不同而产生的色差，对于色差的抑制在后文进行说明。

本实施例中也能够取得与上述第8实施例相同的效果，能够可靠地进行高温等离子体状态的生成和高温等离子体状态的维持，此外，连续波激光束的功率较小即可，因此能够抑制发光管被加热而产生变形，能够使点亮寿命为长寿命。此外，作为连续波激光振荡部，能够使用目前已实用化的激光装置来实现。

而且，脉冲激光振荡部22将来自连续波激光的光束利用于激发光，因此能够省略第1～6实施例所示的脉冲激光振荡部的用于振荡源的激光振荡部分，能够使装置整体为简单的结构。

如上所述，在发光管1的内部形成高温等离子体状态时，优选形成高密度的能量，因此，可考虑通过聚光单元3进行聚光以在发光管1的内部具有焦点。

作为聚光单元3，使用凸透镜等的情况下，各光束的波长为同一波长时在同一位置汇聚于焦点，但各光束的波长为不同的波长时，如图13的实线和虚线所示产生在不同的位置汇聚于焦点的色差。

产生该色差时，出现连续波光束的焦点不能进入到由脉冲式光束形成的高温等离子体状态的区域的情况，有时不能通过连续的光束维持高温等离子体状态。

对于抑制该色差的单元，以下通过第10及第11实施例进行说明。

对于第10实施例，利用图14进行说明。

图14是在所述图5所示的第2实施例中脉冲式光束和连续波光束的波长不同的情况下，分别配置用于抑制色差的光学单元6a、6b的光源装置，其他结构与图5所示的光源装置相同。

图14中，在两光束重合之前的光路上，分别设置光学单元6a、6b，该光学单元的功能及其位置，可设定为以下(1)～(3)中的任一种。

(1)如图15(a)所示，在脉冲式激光束的光路中途设置一个光学单元6a，在连续波激光振荡部的光路中途设置与该一个光学单元具有不同的焦点距离的另一个光学单元6b，使从一个光学单元6a到各光束的重合位置的距离与使从该另一个光学单元6b到各光束的重合位置的距离相同。

(2)如图15(b)所示，在脉冲激光振荡部的光路中途设置一个光学单元6a，在连续波激光振荡部的光路中途设置与该一个光学单元6a具有不同的焦点距离的另一个光学单元6b，使从该一个光学单元6a到各光束的重合位置的距离与使从该另一个光学单元6b到各光束的重合位置的距离不同。

(3)如图15(c)所示，在脉冲激光振荡部的光路中途设置一个光学单元6a，在连续波激光振荡部的光路中途设置与该一个光学单元6a具有相同焦点距离的另一个光学单元6b，使从该一个光学单元6a到各光束的重合位置的距离与使从该另一个光学单元6b到各光束的重合位置的距离不同。

在各光束的光路上，分别设置消除各光束的色差的光学单元，通过如上述(1)～(3)那样构成，能够抑制各光束的波长的不同引起的色差，能够良好地维持高温等离子体状态。

(1)的情况下，通过光学单元的焦点距离f1和f2的不同来抑制色差。

(2)的情况下，通过光学单元的焦点距离f1和f2的不同以及各光学单元与重合位置的距离来抑制色差。

(3)的情况下，通过各光学单元与重合位置的距离来抑制色差。

另外，图15是示意图，实际上通过光学单元6a和6b的各光束在向凸透镜32等聚光单元入射前光轴一致。

对于第11实施例，使用图16进行说明。

图16是在所述图8所示的第5实施例中脉冲式光束和连续波光束的波长不同的情况下，为了抑制色差在至少一个光路上设置消除各光束的色差的光学单元6的光源装置，其他结构与图8所示的光源装置相同。

图16所示的光源装置，使用分色镜4而使脉冲式光束和连续波光束的光路重合，并利用聚光单元3进行聚光，但在分色镜4的入射侧配置光学单元6，用于抑制因脉冲式光束和连续波光束的波长不同而产生的色差。

本实施例中，也能够通过适宜选择光学单元6的焦点距离、位置来抑制色差。

另外，色差的问题在不同波长的各光束由作为共同的聚光单元的凸透镜等进行聚光的情况下产生，因此，可能在前述的图5、图8～图12中产生。因此，第10及11实施例中说明的技术能够用于图5、图8～图12。

图8～图10中在各光束的光路重合之前设置上述的光学单元，由此能够抑制色差。此外，图11中在由该图中的虚线表示的位置上配置光学单元6a、及/或光学单元6b，此外图12中在由该图中的虚线表示的位置上配置光学单元6，由此能够抑制色差。

另外，此处作为抑制色差的光学单元表示了凸透镜，但如果是改变焦点距离的光学单元，则也能够使用其他的光部件，例如也能够使用凹透镜、DOE。

上述色差在脉冲式激光束和连续波激光束的波长不同的情况下产生，但在波长之差较小的情况下，并不需要设置抑制色差的单元，如以下所说明，在波长大致相差2倍以上的情况下，优选设置校正色差的单元。

例如，焦点距离f＝100mm时的熔融石英的焦点位置之差根据波长如下所述。

连续波激光束的波长为1064nm时，聚光点的位置为114.5mm，脉冲式激光束的波长为532nm时的聚光点的位置为111.8mm，该情况下，两者的焦点位置之差为2.7mm。

高温等离子体的区域极小、例如为直径0.5mm的区域，焦点位置如上所述相差2.7mm时，不能供给激发高温等离子体的能量，不能进行正常点亮。

特别是脉冲激光产生的高温等离子体，由于脉冲能量较大而容易相比焦点靠前侧，进而在前侧位置偏移。因此，在如上所述波长相差2倍的情况下，需要校正色差的聚光单元。

另外，根据光学单元的材质焦点位置之差改变，进而高温等离子体状态的区域也存在根据输入的能量而其范围变为0.5mm以外的情况，上述情况表示一例，但不限于此。

如上所述在发光管1的内部形成高温等离子体状态时，优选形成高密度的能量状态的区域，因此，可考虑通过聚光单元3进行聚光以在发光管1的内部具有焦点。

但是，激光束的能量密度为使发光元素电离的阈值以上时，形成高温等离子体状态，因此，形成高温等离子体状态的位置不限于为激光束的聚光点。即，激光束的能量较大时，在达到聚光点前能量密度超过阈值，该情况下，在聚光点的前侧形成等离子体状态。

根据图17说明如下情况，脉冲式光束的功率比连续波光束的功率大，由脉冲式光束在聚光点的前侧形成高温等离子体状态。

如图17(a)所示，在使用凸透镜等作为聚光单元3的情况下，各光束的波长为同一波长时在同一位置汇聚于焦点。

此处，脉冲式光束的功率较大时，如图17(a)所示在被聚光单元3聚光的中途，能量密度变高而开始形成高温等离子体状态。但是，随着靠近焦点，脉冲式光束的功率用于形成高温等离子体，达到焦点时，上述功率基本消失。即，通过脉冲式光束形成高温等离子体状态A的位置如该图所示变为聚光点的前侧。

另一方面，由于连续波光束功率较小，因此通过由聚光单元3聚光，在焦点位置(该图的B)形成维持高温等离子体状态的能量密度。

于是，如图17(a)所示，脉冲式光束形成高温等离子体状态的区域A(高能量状态的区域)和连续波光束维持高温等离子体状态的区域B(高能量状态的区域)不同，存在不能由连续波光束维持高温等离子体状态的情况。

作为调整该两区域的位置的位置调整单元，可以使用以抑制色差的单元说明的光学单元6。

例如如上述图16所示，在至少一个光路上设置光学单元6。像这样配置光学单元6时，向发光管1入射的光束如图17(b)所示，连续波光束被光学单元6进行聚光，向聚光单元3入射，进而被聚光。由此，在由脉冲式光束形成高温等离子体状态的区域A’，在由连续波光束维持高温等离子体状态的区域B’进行聚光，两者重合，能够维持高温等离子体状态。

即，如图17(c)所示，脉冲式光束的能量密度(该图的实线)超过形成高温等离子体状态的阈值(该图的点划线)的区域与连续波光束的能量密度(该图的虚线)超过形成高温等离子体状态的阈值(该图的双点划线)的区域重合，可靠地维持高温等离子体状态。

另外，以上对利用相同聚光单元使波长相同的光束聚光的情况进行了说明，但即使在波长不同的情况下，色差的问题、和形成高温等离子体状态的区域与维持高温等离子体状态的区域不同的问题互相结合，有时产生不能维持高温等离子体状态的问题。

因此，在利用相同的光学单元使波长不同的光束聚光的情况下，上述的解决措施也能够有效地发挥作用。

Claims (3)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

封入有发光元素的发光管；

朝向该发光管放射脉冲激光束的脉冲激光振荡部；以及

朝向该发光管放射连续波激光束的连续波激光振荡部，

所述脉冲激光束的峰值功率比所述连续波激光束的功率大，

所述脉冲激光振荡部仅在起动时射出所述脉冲激光束，

在形成高温等离子体后，只从所述连续波激光振荡部射出所述连续波激光束，不从所述脉冲激光振荡部射出激光，

来自所述脉冲激光振荡部的光束的光路与来自所述连续波激光振荡部的光束的光路在所述发光管内的整个区域重合。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

所述脉冲激光振荡部利用来自所述连续波激光振荡部的光束的一部分作为激发光，激发该脉冲激光振荡部内的激光晶体，放射脉冲激光束。

3.如权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，

在脉冲激光束和连续波激光束的光路的中途设置聚光单元，使脉冲激光束和连续波激光束在发光管内聚光，

在所述激光束中的至少一个激光束的光路的中途设置光学单元，以使由脉冲激光束形成的高能量状态的区域和由连续波激光束形成的高能量状态的区域在发光管内重合。