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JP6952103B2 - 固体レーザシステム、及び波長変換システム - Google Patents

固体レーザシステム、及び波長変換システム Download PDF

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Description

本開示は、固体レーザシステム、及び波長変換システムに関する。
近年、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。一般的に、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられる。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、ならびに波長１９３ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハとの間が液体で満たされる液浸露光が実用化されている。この液浸露光では、露光用レンズとウエハとの間の屈折率が変化するため、露光用光源の見かけの波長が短波長化する。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
ＫｒＦエキシマレーザ装置およびＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は、約３５０〜４００ｐｍと広い。そのため、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、ガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子（エタロン、グレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module：LNM）が設けられる場合がある。以下では、スペクトル線幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
国際公開第２０１６／１４３０７１号 国際公開第２００１／０２０６５１号 特開２００９−１４５７９１号公報 特開平７−１７０００９号公報
概要
本開示の固体レーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とが進む第１の光路上に配置され、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とを、第１の和周波発生過程により第３の波長の第３のパルスレーザ光へと波長変換して出力する第１の非線形結晶と、第２のパルスレーザ光と第３のパルスレーザ光とが進む第２の光路上に配置され、第２のパルスレーザ光と第３のパルスレーザ光とを、第２の和周波発生過程により第４の波長の第４のパルスレーザ光へと波長変換して出力する第２の非線形結晶と、第２の固体レーザ装置と第２の非線形結晶との間における第２のパルスレーザ光の光路と第３のパルスレーザ光の光路とが交差する位置に配置され、第２のパルスレーザ光を第２の非線形結晶に向けて透過させ、第３のパルスレーザ光を第２の非線形結晶に向けて反射させる第１のダイクロイックミラーと、第２のパルスレーザ光のうち第２の和周波発生過程で使われずに第２の非線形結晶を通過した残余光の光路上に配置され、第２のパルスレーザ光の残余光を反射させる第２のダイクロイックミラーと、第２のダイクロイックミラーで反射された後の第２のパルスレーザ光の残余光の光路上に配置され、第２のパルスレーザ光の残余光を反射させる反射ミラーと、反射ミラーで反射された後の第２のパルスレーザ光の残余光の光路と第１のパルスレーザ光の光路とが交差する位置に配置され、第１のパルスレーザ光を第１の非線形結晶に向けて反射させ、第２のパルスレーザ光の残余光を第１の非線形結晶に向けて透過させる第３のダイクロイックミラーとを備え、第２のパルスレーザ光を、第１の非線形結晶に入射させる前の第１のタイミングで第２の非線形結晶に入射させ、第２のパルスレーザ光の残余光を第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで第１の非線形結晶に入射させる。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図２は、図１に示した露光装置用レーザ装置における増幅器の一構成例を概略的に示す。 図３は、比較例に係る固体レーザシステムにおける波長変換システムのより詳細な構成例を概略的に示す。 図４は、比較例に係る固体レーザシステムにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示す。 図５は、比較例に係る固体レーザシステムにおける波長変換システムの一変形例を概略的に示す。 図６は、実施形態１に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に示す。 図７は、実施形態１に係る固体レーザシステムにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示す。 図８は、実施形態２に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に示す。 図９は、実施形態２に係る固体レーザシステムにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示す。 図１０は、実施形態３に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に示す。 図１１は、実施形態４に係る固体レーザシステムにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示す。 図１２は、波長変換システムの波長変換効率の一例を概略的に示す。 図１３は、実施形態５に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に示す。 図１４は、実施形態６に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に示す。 図１５は、第１又は第２の半導体レーザと第１又は第２の半導体光増幅器との一構成例を概略的に示す。
実施形態
＜内容＞
＜１．比較例＞（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）（図１〜図５）
１．１ 露光装置用レーザ装置
１．１．１ 構成
１．１．２ 動作
１．２ 波長変換システムの詳細
１．２．１ 構成
１．２．２ 動作
１．２．３ 変形例
１．３ 課題
１．４ 実施形態の概要
＜２．実施形態１＞（固体レーザシステムの第１の例）（図６〜図７）
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 作用・効果
＜３．実施形態２＞（固体レーザシステムの第２の例）（図８〜図９）
３．１ 構成
３．２ 動作、作用・効果
＜４．実施形態３＞（リング状の光路を有する波長変換システム）（図１０）
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
＜５．実施形態４＞（波長変換効率の最適化手法）（図１１〜図１２）
５．１ 構成・動作
５．２ 作用・効果
＜６．実施形態５＞（偏光方向を考慮した固体レーザシステムの第１の例）（図１３）
６．１ 構成
６．２ 動作、作用・効果
＜７．実施形態６＞（偏光方向を考慮した固体レーザシステムの第２の例）（図１４）
７．１ 構成
７．２ 動作、作用・効果
＜８．実施形態７＞（半導体レーザと半導体光増幅器との構成例）（図１５）
８．１ 構成
８．２ 動作
＜９．その他＞
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。
なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
＜１．比較例＞（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
［１．１ 露光装置用レーザ装置］
まず、本開示の実施形態に対する比較例の固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。
露光装置用レーザ装置として、ＭＯ（マスタオシレータ）とＰＯ（パワーオシレータ）とを含む構成がある。そのような露光装置用レーザ装置では、ＭＯとＰＯとに、エキシマレーザガスをレーザ媒質とするレーザが使用され得る。しかしながら、省エネルギの観点から、ＭＯを非線形結晶と固体レーザとを組み合わせた紫外光のパルスレーザ光を出力する固体レーザシステムとする露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。以下では、そのような固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の構成例を説明する。
［１．１．１ 構成］
図１は、比較例に係る固体レーザシステム１を含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示している。図２は、図１に示した露光装置用レーザ装置における増幅器２の一構成例を概略的に示している。
露光装置用レーザ装置は、露光装置制御部５を含む露光装置４に対してパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。露光装置用レーザ装置は、固体レーザシステム１と、ＡｒＦレーザ増幅器等の増幅器２と、レーザ制御部３と、同期制御部７と、高反射ミラー９１，９２とを含む。
固体レーザシステム１は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、同期回路部１３と、固体レーザ制御部１４と、波長変換システム１５と、高反射ミラー１６と、ダイクロイックミラー１７とを含む。高反射ミラー１６とダイクロイックミラー１７は、波長変換システム１５内に設けられていてもよい。
第１の固体レーザ装置１１は、第１の波長の第１のパルスレーザ光７１Ａを出力するように構成されている。第１の波長は波長約２５７．５ｎｍであってもよい。第１の固体レーザ装置１１は、第１の半導体レーザ２０と、第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２３と、Ｙｂファイバ増幅器システム２４と、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５と、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ3Ｏ5）２１と、ＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）２２とを含む。
第１の半導体レーザ２０は、波長約１０３０ｎｍでＣＷ（Continuous Wave）発振もしくはパルス発振するレーザであってもよい。第１の半導体レーザ２０は、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）の半導体レーザである。
第１の半導体光増幅器２３は、半導体に図示しない電流制御器によってパルス電流を流すことによって、ＣＷもしくはパルスのシード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換する半導体素子である。ここで、例えば、所定のパルス幅は約５ｎｓ以上２０ｎｓ以下であってもよい。
Ｙｂファイバ増幅器システム２４は、Ｙｂがドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給する図示しないＣＷ励起半導体レーザとを含む。
第２の固体レーザ装置１２は、第２の波長の第２のパルスレーザ光７１Ｂを出力するように構成されている。第２の波長は波長約１５５４ｎｍであってもよい。第２の固体レーザ装置１２は、第２の半導体レーザ４０と、第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）４１と、Ｅｒファイバ増幅器システム４２とを含む。
第２の半導体レーザ４０は、シングル縦モードであって、波長約１５５４ｎｍでＣＷ発振もしくはパルス発振するレーザであってもよい。第２の半導体レーザ４０は、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）の半導体レーザである。
第２の半導体光増幅器４１は、半導体に図示しない電流制御器によってパルス電流を流すことによって、ＣＷもしくはパルスのシード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換する半導体素子である。ここで、例えば、所定のパルス幅は約５ｎｓ以上２０ｎｓ以下であってもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２は、Ｅｒ及びＹｂが共にドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給する図示しないＣＷ励起半導体レーザとを含む。
波長変換システム１５は、第１のＣＬＢＯ結晶１８と、第２のＣＬＢＯ結晶１９と、ダイクロイックミラー８１と、ダイクロイックミラー８２と、高反射ミラー８３とを含む。
高反射ミラー１６は、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光７１Ｂを高反射し、ダイクロイックミラー１７に入射させるように配置されている。
第１のＣＬＢＯ結晶１８と、ダイクロイックミラー８１と、第２のＣＬＢＯ結晶１９と、ダイクロイックミラー８２は、この順序で第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。
ダイクロイックミラー１７には、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを高透過し、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー１７は、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとを、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム１５に入射させるように配置されている。
第１のＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが進む第１の光路上に配置されている。第１のＣＬＢＯ結晶１８は、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとを、和周波発生（ＳＦＧ：Sum Freaquency Generation)過程により第３の波長の第３のパルスレーザ光へと波長変換して出力する第１の非線形結晶である。第３の波長は、波長約２２０．９ｎｍであってもよい。
第２のＣＬＢＯ結晶１９は、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光とが進む第２の光路上に配置されている。第２のＣＬＢＯ結晶１９は、第２のパルスレーザ光７１Ｂと第３のパルスレーザ光とを、和周波発生過程により第４の波長の第４のパルスレーザ光７１Ｃへと波長変換して出力する第２の非線形結晶である。第４の波長は、波長約１９３．４ｎｍであってもよい。
ダイクロイックミラー８１には、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを高反射し、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光とを高透過する膜がコートされている。ダイクロイックミラー８１に入射する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光は、第１のＣＬＢＯ結晶１８から出力された第３のパルスレーザ光であり、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとの和周波となるパルスレーザ光である。
ダイクロイックミラー８２は、第２のＣＬＢＯ結晶１９を透過した波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの２つのパルスレーザ光を高透過し、第２のＣＬＢＯ結晶１９で波長変換された波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが高反射されるように配置されている。
高反射ミラー８３は、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが波長変換システム１５から出力されるように配置されている。
高反射ミラー９１と高反射ミラー９２は、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが、増幅器２に入射するように配置されている。
増幅器２は、図２に示したように、増幅器制御部３０と、充電器３１と、トリガ補正器３２と、スイッチ３３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）３４と、チャンバ３５と、部分反射ミラー３６と、出力結合ミラー３７とを含む。
チャンバ３５にはウインドウ３９ａ，３９ｂが設けられている。チャンバ３５の中には例えばＡｒガスとＦ2ガスとＮｅガスとを含むレーザガスが入っている。チャンバ３５の中には１対の放電電極３８が配置されている。１対の放電電極３８は、ＰＰＭ３４の出力端子に接続されている。
増幅器２において、部分反射ミラー３６と出力結合ミラー３７とで光共振器が構成されている。部分反射ミラー３６は例えば、波長約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が７０％以上９０％以下の部分反射膜がコートされた構成となっている。出力結合ミラー３７は例えば、波長約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に反射率が１０％以上２０％以下の部分反射膜がコートされた構成となっている。
なお、図２では、増幅器２の光共振器がファブリペロー共振器である構成例を示したが、この例に限定されることなく、増幅器２がリング共振器であってもよい。
固体レーザ制御部１４は、第１の半導体レーザ２０と、第２の半導体レーザ４０と、図示しないＣＷ励起半導体レーザとに、図示しない信号ラインで接続されている。
同期制御部７には、レーザ制御部３を介して、固体レーザシステム１におけるパルスレーザ光の生成タイミングを指示する発振トリガ信号Ｔｒ０が露光装置４の露光装置制御部５から供給される。
同期制御部７は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ１を生成し、トリガ信号Ｔｒ１を同期回路部１３に出力するように構成されている。また、同期制御部７は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ２を生成し、トリガ信号Ｔｒ２を増幅器制御部３０を介してトリガ補正器３２に出力するように構成されている。
固体レーザ制御部１４は、後述する第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を示す遅延データＴｒ１０を同期回路部１３に出力するように構成されている。
同期回路部１３は、固体レーザ制御部１４からの遅延データＴｒ１０と同期制御部７からのトリガ信号Ｔｒ１とに基づいて、第１の半導体光増幅器２３に対する第１のトリガ信号Ｔｒ１１と、第２の半導体光増幅器４１に対する第２のトリガ信号Ｔｒ１２とを生成して出力するように構成されている。
［１．１．２ 動作］
レーザ制御部３は、固体レーザ制御部１４を介して、第１の半導体レーザ２０と、第２の半導体レーザ４０と、図示しない励起用半導体レーザとをＣＷ発振させる。
同期制御部７は、レーザ制御部３を介して、露光装置４の露光装置制御部５から発振トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、固体レーザシステム１から出力された波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが増幅器２の光共振器内に注入されるのに同期して１対の放電電極３８が放電するように、トリガ信号Ｔｒ１とトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御する。
第１の固体レーザ装置１１では、第１の半導体レーザ２０から波長約１０３０ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光が出力される。このＣＷ発振光もしくはパルス発振光は、第１の半導体光増幅器２３によって所定のパルス幅に変換及び増幅されて、パルス状のシード光として、Ｙｂファイバ増幅器システム２４に入射する。このパルス状のシード光は、Ｙｂファイバ増幅器システム２４とＹｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５とによって増幅される。この増幅されたパルスレーザ光は、ＬＢＯ結晶２１とＣＬＢＯ結晶２２とによって、波長約２５７．５ｎｍの第４高調波光が生成される。これにより、第１の固体レーザ装置１１から波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが出力される。
一方、第２の固体レーザ装置１２では、第２の半導体レーザ４０から波長約１５５４ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光が出力される。このＣＷ発振光もしくはパルス発振光は、第２の半導体光増幅器４１によって所定のパルス幅に変換及び増幅されて、Ｅｒファイバ増幅器システム４２に入射する。この増幅されたパルスレーザ光は、Ｅｒファイバ増幅器システム４２によってさらに増幅され、第２の固体レーザ装置１２から波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとして出力される。
第１の固体レーザ装置１１から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと第２の固体レーザ装置１２から出力された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、高反射ミラー１６及びダイクロイックミラー１７を介して、波長変換システム１５に入射する。
ここで、固体レーザ制御部１４から同期回路部１３に、遅延データＴｒ１０が送信される。遅延データＴｒ１０は、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとが第１のＣＬＢＯ結晶１８に略同じタイミングで入射するように設定された第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を示す遅延データを含む。
同期回路部１３は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第１のトリガ信号Ｔｒ１１を所定のタイミングで第１の半導体光増幅器２３に送信する。また、同期回路部１３は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第２のトリガ信号Ｔｒ１２を所定のタイミングで第２の半導体光増幅器４１に送信する。その結果、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとが第１のＣＬＢＯ結晶１８に略同じタイミングで入射し、第１のＣＬＢＯ結晶１８上で第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとのビームが重なる。その結果、第１のＣＬＢＯ結晶１８では波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光が生成される。
ダイクロイックミラー８１では、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが高反射され、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの両パルスレーザ光が高透過する。これにより、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの両パルスレーザ光が第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する。
第２のＣＬＢＯ結晶１９では、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃを生成する。
ダイクロイックミラー８２によって、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが高透過され、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃは高反射される。
高反射ミラー８３を介して、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが波長変換システム１５から出力される。
第４のパルスレーザ光７１Ｃは、高反射ミラー９１を高反射し、高反射ミラー９２を介して、シード光として出力結合ミラー３７と部分反射ミラー３６を含む増幅器２の光共振器中に注入される。この注入に同期して、増幅器２のチャンバ３５内では１対の放電電極３８による放電で反転分布を生成する。ここで、トリガ補正器３２は、波長約１９３．４ｎｍの固体レーザシステム１からの第４のパルスレーザ光７１Ｃが増幅器２で効率よく増幅されるようにＰＰＭ３４のスイッチ３３のタイミングを調整する。その結果、増幅器２の光共振器によって増幅発振して、出力結合ミラー３７から増幅されたパルスレーザ光が出力される。増幅されたパルスレーザ光は、露光装置４に入射する。
［１．２ 波長変換システムの詳細］
［１．２．１ 構成］
図３は、比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５のより詳細な構成例を概略的に示している。
波長変換システム１５は、集光レンズ６１，６２，６３と、高反射ミラー１６，８３，８６，８７と、ダイクロイックミラー１７，８１，８２，８４，８５と、第１のＣＬＢＯ結晶１８と、第２のＣＬＢＯ結晶１９とを含む構成であってもよい。
集光レンズ６１は、第２の固体レーザ装置１２とダイクロイックミラー１７との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。集光レンズ６１は、ダイクロイックミラー１７を介して、第２のパルスレーザ光７１Ｂが第１のＣＬＢＯ結晶１８に対して、第１の固体レーザ装置１１から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのビームと重なり合って集光するように配置されている。
集光レンズ６２は、ダイクロイックミラー８４とダイクロイックミラー８５との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。集光レンズ６２は、ダイクロイックミラー８５を介して、第２のパルスレーザ光７１Ｂが波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光のビームと重なり合って集光するように配置されている。
集光レンズ６３は、第１の固体レーザ装置１１とダイクロイックミラー１７との間の波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの光路上に配置されている。集光レンズ６３は、ダイクロイックミラー１７を介して、第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に対して、第２の固体レーザ装置１２から出力された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂのビームと重なり合って集光するように配置されている。集光レンズ６３は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのビームの広がりが小さい場合には、構成から省略してもよい。
高反射ミラー８６は、ダイクロイックミラー８４から反射された波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の光路上に配置されている。高反射ミラー８６は、ダイクロイックミラー８５を介して、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光が第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射するように配置されている。高反射ミラー８６には、波長約２２０．９ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
高反射ミラー８７は、ダイクロイックミラー８４を透過した波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。高反射ミラー８７は、ダイクロイックミラー８５を介して、第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射するように配置されている。高反射ミラー８７には、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー８４は、ダイクロイックミラー８１を透過した波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとの光路上に配置されている。ダイクロイックミラー８４には、波長約２２０．９ｎｍの光を高反射し、波長約１５５４ｎｍの光を高透過する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー８５は、集光レンズ６２を透過した波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとの光路上に配置されている。ダイクロイックミラー８５には、波長約２２０．９ｎｍの光を高透過し、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
［１．２．２ 動作］
図４は、比較例に係る固体レーザシステム１における各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示している。図４において、（Ａ）は同期回路部１３に対するトリガ信号Ｔｒ１のタイミングを示す。（Ｂ）は第１の半導体光増幅器２３に対する第１のトリガ信号Ｔｒ１１のタイミングを示す。（Ｃ）は第２の半導体光増幅器４１に対する第２のトリガ信号Ｔｒ１２のタイミングを示す。（Ｄ），（Ｅ）は第１のＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射タイミングを示す。特に（Ｄ）は波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの第１のＣＬＢＯ結晶１８への入射タイミングを示す。（Ｅ）は波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの第１のＣＬＢＯ結晶１８への入射タイミングを示す。（Ｆ），（Ｇ）は第２のＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射タイミングを示す。特に（Ｆ）は波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の第２のＣＬＢＯ結晶１９への入射タイミングを示す。（Ｇ）は波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２のＣＬＢＯ結晶１９への入射タイミングを示す。（Ｈ）は第２のＣＬＢＯ結晶１９からの出射光の１つである波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃの第２のＣＬＢＯ結晶１９からの出射タイミングを示す。図４において、（Ａ）〜（Ｈ）の横軸は時間を示す。（Ａ）〜（Ｃ）の縦軸はトリガ信号のオン／オフ状態を示す。（Ｄ）〜（Ｈ）の縦軸は光強度を示す。（Ｄ）〜（Ｈ）における各パルスレーザ光のタイミングは、各パルスレーザ光の光強度がピークとなるタイミングを基準にして示している。
トリガ信号Ｔｒ１が同期回路部１３に入射すると、図４の（Ａ），（Ｂ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第１の遅延時間Ｔｄ１で第１のトリガ信号Ｔｒ１１が出力される。また、図４の（Ａ），（Ｃ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第２の遅延時間Ｔｄ２で第２のトリガ信号Ｔｒ１２が出力される。
図４の（Ｄ），（Ｅ）に示したように、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが同じタイミングで第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射し、両パルスレーザ光のビームは第１のＣＬＢＯ結晶１８上で重なり合う。
第１のＣＬＢＯ結晶１８において、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが和周波発生過程によって波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光に波長変換される。
ダイクロイックミラー８２によって、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａは高反射され、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが高透過する。
次に、ダイクロイックミラー８４によって、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は高反射され、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは高透過する。
波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は、高反射ミラー８６とダイクロイックミラー８５とを介して、第２のＣＬＢＯ結晶１９へ入射する。
一方、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、高反射ミラー８７と、集光レンズ６２と、ダイクロイックミラー８５とを介して、第２のＣＬＢＯ結晶１９へ入射する。
図４の（Ｆ），（Ｇ）に示したように、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが同じタイミングで第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射し、両パルスレーザ光のビームは第２のＣＬＢＯ結晶１９上で重なり合う。
図４の（Ｈ）に示したように、第２のＣＬＢＯ結晶１９において、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが、和周波発生過程によって波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃに波長変換される。
［１．２．３ 変形例］
図５は、比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５の一変形例を概略的に示している。
波長変換システム１５は、各パルスレーザ光の偏光方向を考慮して図５に示した波長変換システム１５０のように構成されてもよい。
波長変換システム１５０は、図３の波長変換システム１５に対して、１／２波長板８８をさらに含んでいる。１／２波長板８８は、例えばダイクロイックミラー８４とダイクロイックミラー８７との間における波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。
波長変換システム１５０では、第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２は、同一の偏光方向のパルスレーザ光を出射する。
波長変換システム１５０では、第１のＣＬＢＯ結晶１８と第２のＣＬＢＯ結晶１９とを、互いの光学軸が直交するように配置する。
例えば、第１のパルスレーザ光７１Ａの偏光方向と第２のパルスレーザ光７１Ｂの偏光方向とを紙面に対して垂直な方向として、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる。
第１のＣＬＢＯ結晶１８からは、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光が紙面と平行な偏光で出力される。
第１のＣＬＢＯ結晶１８で波長変換に寄与しなかった第２のパルスレーザ光７１Ｂは、ダイクロイックミラー８１及びダイクロイックミラー８４を透過し、１／２波長板８８によって、偏光方向が９０°回転して、紙面に対して平行な偏光方向となる。
第２のＣＬＢＯ結晶１９には、紙面に対して平行な偏光方向の第２のパルスレーザ光７１Ｂと紙面に対して平行な偏光方向の第３のパルスレーザ光とが入射する。第２のＣＬＢＯ結晶１９からは、和周波発生過程により紙面に対して垂直な波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが出力される。
［１．３ 課題］
波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを出力する第１の固体レーザ装置１１は、Ｙｂファイバ増幅器システム２４と、固体増幅器であるＹｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５と、波長約１０３０ｎｍのパルスレーザ光を第４高調波光に変換するＬＢＯ結晶２１とＣＬＢＯ結晶２２とを含んでいる。
ところで、露光装置用レーザ装置では、レーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。このような狭帯域化されたスペクトル線幅を実現するためには、固体レーザシステム１の第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２とから出力されるそれぞれのパルスレーザ光のスペクトル線幅を狭くする必要がある。しかし、スペクトル線幅の狭いパルスレーザ光は、光ファイバ増幅器で増幅すると、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）が発生して、増幅が抑制されることがある。Ｙｂファイバ増幅器システム２４では、誘導ブリルアン散乱を抑制するため、パルスエネルギを高くすることが難しい。しかし、第１の固体レーザ装置１１では、誘導ブリルアン散乱が発生しない固体増幅器によって、さらに、基本波である波長約１０３０ｎｍの波長のパルスレーザ光のパルスエネルギを高くすることができる。その結果、第４高調波光に変換された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの出力も高くすることができる。
しかし、波長約１５５４ｎｍの波長域では、適当な固体増幅器が存在しないので、第２の固体レーザ装置１２では、Ｅｒファイバ増幅器システム４２で誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを増幅する必要がある。このため、第２の固体レーザ装置１２では、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂのパルスエネルギを高くすることが困難である。
そのため、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃのパルスエネルギを高くしようとすると、波長約１０３０ｎｍの第４高調波である波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのパルスエネルギを増やすことになる。
しかし、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのパルスエネルギを増加させると、波長変換システム１５の第１のＣＬＢＯ結晶１８での和周波発生過程において波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂのパルスエネルギの消費量が増加する。その結果、第１のＣＬＢＯ結晶１８で消費されなかった波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂのパルスエネルギが減少する。そのため、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する第２のパルスレーザ光７１Ｂの光強度が減少する。第２のＣＬＢＯ結晶１９では、その減少した波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを用いて波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃを生成することになる。
このため、第１の固体レーザ装置１１から出力される波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのパルスエネルギを増加させたとしても、波長変換システム１５における波長変換効率を十分に改善することが困難であった。
［１．４ 実施形態の概要］
上記の事情に鑑み、以下の各実施形態では、第２のパルスレーザ光７１Ｂを、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる前の第１のタイミングで第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射させる。そして、第２のパルスレーザ光７１Ｂのうち和周波発生過程で使われずに、すなわち波長変換で消費されずに第２のＣＬＢＯ結晶１９を通過した残余光を、第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる。このように、第２のパルスレーザ光７１Ｂを最初に第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射させた後、次に、波長変換で消費されずに第２のＣＬＢＯ結晶１９を通過した第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光を第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる。これにより、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する第２のパルスレーザ光７１Ｂの光強度の減少を抑制した状態で第４のパルスレーザ光７１Ｃを生成する。
なお、以下の各実施形態では、上記比較例と同様に、第１の波長の第１のパルスレーザ光７１Ａが波長約２５７．５ｎｍである場合を例に説明するが、これに限らず、第１の波長を、２２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲内の他の値としてもよい。また、第２の波長の第２のパルスレーザ光７１Ｂが波長約１５５４ｎｍである場合を例に説明するが、これに限らず、第２の波長は、１１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲内の他の値としてもよい。また、第４の波長の第４のパルスレーザ光７１Ｃが波長約１９３．４ｎｍである場合を例に説明するが、これに限らず、第４の波長は、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内の他の値としてもよい。
＜２．実施形態１＞（固体レーザシステムの第１の例）
次に、本開示の実施形態１に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例に係る固体レーザシステム１の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［２．１ 構成］
図６は、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａの一構成例を概略的に示している。
固体レーザシステム１Ａは、上記比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５に代えて波長変換システム１５Ａを備えている。
固体レーザシステム１Ａは、第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングと、第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する第１のタイミングとが略同じとなるように構成されている。
波長変換システム１５Ａは、第１のＣＬＢＯ結晶１８及び第２のＣＬＢＯ結晶１９と、集光レンズ２１０，２１１，２１２と、高反射ミラー４１０，４１１，４１２，４１３，４１４と、ダイクロイックミラー３１０，３１１，３１２，３１３，３１４と、コリメータレンズ５１０とを含む。
集光レンズ２１０は、コリメータレンズ５１０とダイクロイックミラー３１３との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。図６の例では、集光レンズ２１０は、コリメータレンズ５１０と高反射ミラー４１２との間の光路上に配置されている。
集光レンズ２１１は、第２の固体レーザ装置１２とダイクロイックミラー３１０との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。
集光レンズ２１２は、第１の固体レーザ装置１１とダイクロイックミラー３１３との間の波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの光路上に配置されている。図６の例では、集光レンズ２１２は、高反射ミラー４１０とダイクロイックミラー３１３との間の光路上に配置されている。なお、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのビームの広がりが小さい場合には、集光レンズ２１２を構成から省略してもよい。
コリメータレンズ５１０は、ダイクロイックミラー３１２と集光レンズ２１０との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。コリメータレンズ５１０は、第２のＣＬＢＯ結晶１９から出力された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂがコリメートされるように配置されている。
ダイクロイックミラー３１０は、集光レンズ２１１と第２のＣＬＢＯ結晶１９との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上であって、かつ、ダイクロイックミラー３１３を高反射した波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー３１０には、波長約２２０．９ｎｍの光を高反射し、波長約１５５４ｎｍの光を高透過する膜がコートされている。ダイクロイックミラー３１０は、第２のＣＬＢＯ結晶１９における波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの集光ビームと波長約２２０．７ｎｍのパルスレーザ光のビームとが重なり合うように配置されている。
ダイクロイックミラー３１１は、第２のＣＬＢＯ結晶１９から出力された波長約１９３．４ｎｍ、波長約２２０．９ｎｍ及び波長約１５５４ｎｍの各パルスレーザ光の光路上であって、反射光が高反射ミラー４１４に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー３１１には、波長約１９３．４ｎｍの光を高反射し、波長約２２０．９ｎｍ及び波長約１５５４ｎｍの光を高透過する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー３１２は、ダイクロイックミラー３１１を透過した波長約２２０．９ｎｍ及び波長約１５５４ｎｍの各パルスレーザ光の光路上であって、反射光が高反射ミラー４１１に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー３１２には、波長約２２０．９ｎｍの光を高透過し、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー３１３は、高反射ミラー４１１と第１のＣＬＢＯ結晶１８との間の波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。ダイクロイックミラー３１３は、高反射ミラー４１２及び高反射ミラー４１３で反射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが入射するように配置されている。ダイクロイックミラー３１３には、波長約２２０．９ｎｍの光を高透過し、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー３１３は、第１のＣＬＢＯ結晶１８における波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの集光ビームと波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの集光ビームとが重なり合うように配置されている。
ダイクロイックミラー３１４は、第１のＣＬＢＯ結晶１８から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとの光路上であって、反射光がダイクロイックミラー３１０に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー３１４には、波長約２２０．７ｎｍの光を高反射し、波長約２５７．５ｎｍ及び波長約１５５４ｎｍの光を高透過する膜がコートされている。
高反射ミラー４１１，４１２，４１３は、ダイクロイックミラー３１２によって反射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路上に配置されている。高反射ミラー４１１，４１２，４１３は、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂがダイクロイックミラー３１３を介して第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するように配置されている。高反射ミラー４１１，４１２，１４３には、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
その他の構成は、上記比較例に係る固体レーザシステム１と略同様であってもよい。
［２．２ 動作］
固体レーザシステム１Ａでは、まず、第２のＣＬＢＯ結晶１９に先に波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを入射させる。次に、第２のＣＬＢＯ結晶１９において波長変換で消費されなかった波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる。次に、第１のＣＬＢＯ結晶１８において波長変換された波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光を第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射させ、先に入射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとの和周波により波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃを出力する。
波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射するタイミングとが一致するように同期回路部１３に、第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を示す遅延データＴｒ１０が設定される。
ここで、第２のＣＬＢＯ結晶１９から第１のＣＬＢＯ結晶１８に至るまでの、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路長をＬ１とする。また、第１のＣＬＢＯ結晶１８から第２のＣＬＢＯ結晶１９に至るまでの波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の光路長をＬ２とする。
第２のＣＬＢＯ結晶１９から第１のＣＬＢＯ結晶１８を経由して第２のＣＬＢＯ結晶１９に至るまでの光路長Ｌは、以下の式で表される。
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２
光路長Ｌを進む光の時間Ｔｏｐは、以下の式で表される。
Ｔｏｐ＝Ｌ／ｃ＝Ｔ１＋Ｔ２＝Ｌ１／ｃ＋Ｌ２／ｃ
ここで、ｃは光速 Ｔ１及びＴ２はそれぞれ光路Ｌ１及び光路Ｌ２を光が進む時間である。例えば、光路長Ｌは０．９ｍ以下が好ましい。光路長Ｌが０．９ｍの場合は、Ｔｏｐ＝３ｎｓとなる。Ｔｄは、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングと第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングとのタイミング差とする。
第１の遅延時間Ｔｄ１及び第２の遅延時間Ｔｄ２は、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングと第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングとが略一致するように設定される。この場合はＴｄ＝０秒となる。
図７は、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示している。図７の（Ａ）〜（Ｈ）のタイミングが示す意味は、図４の（Ａ）〜（Ｈ）と同様である。
図７は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する入射タイミングと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する入射タイミングとを略一致させた場合、すなわちＴｄ＝０の場合のタイミングチャートである。
トリガ信号Ｔｒ１が同期回路部１３に入射すると、図７の（Ａ），（Ｂ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第１の遅延時間Ｔｄ１で第１のトリガ信号Ｔｒ１１が出力される。また、図７の（Ａ），（Ｃ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第２の遅延時間Ｔｄ２で第２のトリガ信号Ｔｒ１２が出力される。
図７の（Ｄ），（Ｇ）に示したように、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングと第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングとが略一致する。
図７の（Ｄ），（Ｅ）に示したように、第１のＣＬＢＯ結晶１８において、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａに比べてＴ１＝Ｌ１／ｃだけ遅れて入射する。第１のＣＬＢＯ結晶１８では、第１のＣＬＢＯ結晶１８において、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが和周波発生過程によって波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光に波長変換される。
図７の（Ｆ），（Ｇ）に示したように、第２のＣＬＢＯ結晶１９において、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂに比べてＴｏｐ＝Ｌ／ｃだけ遅れて入射する。
図７の（Ｈ）に示したように、第２のＣＬＢＯ結晶１９において、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが、和周波発生過程によって波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃに波長変換される。
例えば、第１の固体レーザ装置１１から出力されるパルスレーザ光と第２の固体レーザ装置１２から出力されるパルスレーザ光とのそれぞれのパルス幅をＤとする。固体レーザシステム１Ａでは、パルス幅Ｄに対して、第２のＣＬＢＯ結晶１９における第３のパルスレーザ光の第２のパルスレーザ光７１Ｂに対する遅れＴｏｐの割合Ｅｒ＝Ｔｏｐ／Ｄ分だけ、波長変換効率が低下し得る。
ここで、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光７１Ａと第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光７１Ｂとのそれぞれのパルス幅Ｄが約６ｎｓであり、Ｔｏｐ＝３ｎｓの場合を仮定する。この場合、Ｅｒ＝３／６＊１００＝５０％であり、第２のパルスレーザ光７１Ｂと第３のパルスレーザ光とのタイミングのずれによる波長変換効率の低下は抑制される。Ｅｒの値は、好ましくは、Ｅｒ＝５０％以下がよい。
その他の動作は、上記比較例に係る固体レーザシステム１と略同様であってもよい。
［２．３ 作用・効果］
実施形態１の固体レーザシステム１Ａによれば、第２のＣＬＢＯ結晶１９に先に波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを入射させ、次に、第２のＣＬＢＯ結晶１９での波長変換で消費されなかった第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光を第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させることによって、第２のパルスレーザ光７１Ｂの利用効率を大きく改善することができる。
また、第１及び第２のパルスレーザ光７１Ａ，７１Ｂの各パルス幅Ｄに対して、第２のＣＬＢＯ結晶１９における第３のパルスレーザ光の第２のパルスレーザ光７１Ｂに対する遅れＴｏｐの割合Ｅｒ＝Ｔｏｐ／Ｄを小さくし得る。これによって、第２のＣＬＢＯ結晶１９における第２のパルスレーザ光７１Ｂと第３のパルスレーザ光との入射タイミングの差による波長変換効率の低下を抑制できる。
以上のことから、波長変換システム１５Ａの波長変換効率を改善することができる。
＜３．実施形態２＞（固体レーザシステムの第２の例）
次に、本開示の実施形態２に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［３．１ 構成］
図８は、実施形態２に係る固体レーザシステム１Ｂの一構成例を概略的に示している。
固体レーザシステム１Ｂは、上記比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５に代えて波長変換システム１５Ｂを備えている。
固体レーザシステム１Ｂは、第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングと、第２のＣＬＢＯ結晶１９を通過した第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光が第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する第２のタイミングとが略同じとなるように構成されている。
固体レーザシステム１Ｂの構成は、第１の固体レーザ装置１１からの第１のパルスレーザ光７１Ａの出射タイミングと、第２の固体レーザ装置１２からの第２のパルスレーザ光７１Ｂの出射タイミングとに関する構成以外は、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａと略同様であってもよい。
［３．２ 動作、作用・効果］
固体レーザシステム１Ｂでは、第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２は、第１のＣＬＢＯ結晶１８への第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングと第１のＣＬＢＯ結晶１８への第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングとが略一致するようにあらかじめ設定される。
図９は、実施形態２に係る固体レーザシステム１Ｂにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示している。図９の（Ａ）〜（Ｈ）のタイミングが示す意味は、図４の（Ａ）〜（Ｈ）と同様である。
図９は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する入射タイミングと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する入射タイミングとを略一致させた場合、すなわちＴｄ＝Ｔ１の場合のタイミングチャートである。
トリガ信号Ｔｒ１が同期回路部１３に入射すると、図９の（Ａ），（Ｂ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第１の遅延時間Ｔｄ１で第１のトリガ信号Ｔｒ１１が出力される。また、図９の（Ａ），（Ｃ）に示したように、トリガ信号Ｔｒ１に対して固体レーザ制御部１４が設定した第２の遅延時間Ｔｄ２で第２のトリガ信号Ｔｒ１２が出力される。
図９の（Ｄ），（Ｅ）に示したように、第１のＣＬＢＯ結晶１８に対して、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが、入射タイミングが略一致するようにして入射する。
図９の（Ｆ）に示したように、第１のＣＬＢＯ結晶１８において、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａとのビームが重なり合い、和周波発生過程によって波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光に波長変換される。
図９の（Ｆ），（Ｇ）に示したように、第２のＣＬＢＯ結晶１９において、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂに比べてＴｏｐ＝Ｌ／ｃだけ遅れて入射する。
図９の（Ｈ）に示したように、第２のＣＬＢＯ結晶１９において、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが、和周波発生過程によって波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃに波長変換される。
例えば、第１の固体レーザ装置１１から出力されるパルスレーザ光と第２の固体レーザ装置１２から出力されるパルスレーザ光とのそれぞれのパルス幅をＤとする。固体レーザシステム１Ｂでは、パルス幅Ｄに対して、第２のＣＬＢＯ結晶１９における第３のパルスレーザ光の第２のパルスレーザ光７１Ｂに対する遅れＴｏｐの割合Ｅｒ＝Ｔｏｐ／Ｄ分だけ、波長変換効率が低下し得る。
ここで、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光７１Ａと第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光７１Ｂとのそれぞれのパルス幅Ｄが約６ｎｓであり、Ｔｏｐ＝３ｎｓの場合を仮定する。この場合、Ｅｒ＝３／６＊１００＝５０％であり、第２のパルスレーザ光７１Ｂと第３のパルスレーザ光とのタイミングのずれによる波長変換効率の低下は抑制される。Ｅｒの値は、好ましくは、Ｅｒ＝５０％以下がよい。
その他の動作、及び作用・効果は、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａと略同様となり得る。
＜４．実施形態３＞（リング状の光路を有する波長変換システム）
次に、本開示の実施形態３に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１若しくは２に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［４．１ 構成］
図１０は、実施形態３に係る固体レーザシステム１Ｃの一構成例を概略的に示している。
固体レーザシステム１Ｃは、上記比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５に代えて波長変換システム１５Ｃを備えている。
波長変換システム１５Ｃは、第２の固体レーザ装置１２と第２のＣＬＢＯ結晶１９との間における第２のパルスレーザ光７１Ｂの光路と第３のパルスレーザ光の光路とが交差する位置に配置された第１のダイクロイックミラーを含んでいる。第１のダイクロイックミラーは、第２のパルスレーザ光７１Ｂを第２のＣＬＢＯ結晶１９に向けて透過させ、第３のパルスレーザ光を第２のＣＬＢＯ結晶１９に向けて反射させる。この第１のダイクロイックミラーは、後述するダイクロイックミラー３２１であってもよい。
また、波長変換システム１５Ｃは、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上に配置され、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光を反射させる第２のダイクロイックミラーを含んでいる。この第２のダイクロイックミラーは、後述するダイクロイックミラー３２３であってもよい。
また、波長変換システム１５Ｃは、第２のダイクロイックミラーで反射された後の第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上に配置され、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光を反射させる反射ミラーを含んでいる。この反射ミラーは、後述する高反射ミラー４２０であってもよい。
また、波長変換システム１５Ｃは、上記反射ミラーで反射された後の第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路と第１のパルスレーザ光７１Ａの光路とが交差する位置に配置され、第１のパルスレーザ光７１Ａを第１のＣＬＢＯ結晶１８に向けて反射させ、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光を第１のＣＬＢＯ結晶１８に向けて透過させる第３のダイクロイックミラーを含んでいる。この第３のダイクロイックミラーは、後述するダイクロイックミラー３２０であってもよい。
波長変換システム１５Ｃは、集光レンズ２２０，２２１，２２２と、高反射ミラー４２０，４２１，４２２と、ダイクロイックミラー３２０，３２１，３２２，３２３と、第１のＣＬＢＯ結晶１８と、第２のＣＬＢＯ結晶１９と、コリメータレンズ５２０とを含む。
波長変換システム１５Ｃでは、ダイクロイックミラー３２０，３２１，３２２，３２３と、高反射ミラー４２０，４２１とによってリング状の光路が形成されている。
第１のＣＬＢＯ結晶１８は、ダイクロイックミラー３２０とダイクロイックミラー３２１との間の光路上に配置されている。
第２のＣＬＢＯ結晶１９は、ダイクロイックミラー３２１とダイクロイックミラー３２２との間の光路上に配置されている。
コリメータレンズ５２０は、ダイクロイックミラー３２３と高反射ミラー４２１との間の光路上であって、第２のＣＬＢＯ結晶１９で消費されなかった波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂをコリメートするように配置されている。
集光レンズ２２０は、高反射ミラー４２１と高反射ミラー４２０との間の光路上であって、コリメータレンズ５２０によってコリメートされた波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを第１のＣＬＢＯ結晶１８に対して集光するように配置されている。
ダイクロイックミラー３２１には、波長約１５５４ｎｍ及び２５７．５ｎｍの光を高透過し、波長約２２０．９ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー３２２は、第２のＣＬＢＯ結晶１９とダイクロイックミラー３２３との間の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー３２２には、波長約１５５４ｎｍ及び波長約２２０．９ｎｍの光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
ダイクロイックミラー３２３は、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂ、及び波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー３２３には、波長約２２０．９ｎｍの光を高透過し、波長約１５５４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
高反射ミラー４２０は、高反射ミラー４２１とダイクロイックミラー３２０との間の光路上であって、高反射ミラー４２１で反射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂをダイクロイックミラー３２０に向けて反射するように配置されている。
ダイクロイックミラー３２０は、第１の固体レーザ装置１１から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを高反射する。また、ダイクロイックミラー３２０は、高反射ミラー４２０で反射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂを高透過し、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとのビームが第１のＣＬＢＯ結晶１８において重なるように配置されている。ダイクロイックミラー３２０には、波長約２５７．５ｎｍの光を高反射し、波長約１５５４ｎｍの光を高透過する膜がコートされている。
高反射ミラー４２２は、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃを外部に出力するように配置されている。高反射ミラー４２２には、波長約１９３．４ｎｍの光を高反射する膜がコートされている。
集光レンズ２２２は、第１の固体レーザ装置１１とダイクロイックミラー３２０との間の光路上に配置されている。集光レンズ２２２は、第１の固体レーザ装置１１から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが、ダイクロイックミラー３２０を介して第１のＣＬＢＯ結晶１８において波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの集光ビームと重なって集光するように配置されている。
集光レンズ２２１は、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが、ダイクロイックミラー３２１を介して、第２のＣＬＢＯ結晶１９で波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の光ビームと重なって集光するように配置されている。
波長変換システム１５Ｃにおける第２のＣＬＢＯ結晶１９から第１のＣＬＢＯ結晶１８を経由して第２のＣＬＢＯ結晶１９に至るまでの光路の光路長Ｌは、ダイクロイックミラー３２０，３２１，３２２，３２３と高反射ミラー４２０，４２１とによるリング状の光路の光路長となる。
同期回路部１３のトリガ信号Ｔｒ１に対する第１及び第２のトリガ信号Ｔｒ１１，Ｔｒ１２のそれぞれの第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２の設定は、上記実施形態１又は上記実施形態２と略同様であってもよい。
すなわち、図７に示した実施形態１のタイミングと略同様に、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングと第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングとが略一致するように第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を設定してもよい。
または、図９に示した実施形態２のタイミングと略同様に、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングとが略一致するように第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を設定してもよい。
その他の構成は、上記比較例、又は実施形態１若しくは実施形態２に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
［４．２ 動作］
第１の固体レーザ装置１１から出力された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａは、集光レンズ２２２によって、ダイクロイックミラー３２０を介して第１のＣＬＢＯ結晶１８に集光される。
一方、第２のＣＬＢＯ結晶１９で波長変換に利用されなかった波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、高反射ミラー４２０とダイクロイックミラー３２０とを介して、第１のＣＬＢＯ結晶１８に集光された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのビームと重なるように、集光レンズ２２０によって集光される。その結果、和周波発生過程によって、両パルスレーザ光の一部が波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光に変換される。
第２の固体レーザ装置１２から出力された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、集光レンズ２２１によって、ダイクロイックミラー３２１を介して、第２のＣＬＢＯ結晶１９に集光される。
一方、波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー３２１を介して、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射し、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと重なりあう。その結果、和周波発生過程によって、両パルスレーザ光の一部が波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃに変換される。
第２のＣＬＢＯ結晶１９からは、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃと、波長変換に利用されなかった波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光と、波長変換に利用されなかった波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが出力される。
ダイクロイックミラー３２２によって、波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃは、高反射ミラー４２２を介して、出力される。
ダイクロイックミラー３２２を透過した波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー３２３を高透過する。ダイクロイックミラー３２２を透過した波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、ダイクロイックミラー３２３で高反射される。
ダイクロイックミラー３２３で高反射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、コリメータレンズ５２０によってコリメートされる。
波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂは、高反射ミラー４２１を介して集光レンズ２２０によって、高反射ミラー２０及びダイクロイックミラー３２０を介して第１のＣＬＢＯ結晶１８に対して波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのビームと重なって集光する。
その他の動作は、上記比較例、又は実施形態１若しくは実施形態２に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
［４．３ 作用・効果］
実施形態３の固体レーザシステム１Ｃによれば、ダイクロイックミラー３２０，３２１，３２２，３２３と、高反射ミラー４２０，４２１とによって形成されたリング状の光路上に第１のＣＬＢＯ結晶１８と第２のＣＬＢＯ結晶１９とが配置される。これにより、図６の光路の構成に比べて、第２のＣＬＢＯ結晶１９から第１のＣＬＢＯ結晶１８を経由して第２のＣＬＢＯ結晶１９に至るまでの光路長Ｌを短くすることができる。その結果、第２のＣＬＢＯ結晶１９における波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂに対する波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光の遅れＴｏｐをより小さくすることができる。その結果、固体レーザシステム１Ｃによれば、図６の固体レーザシステム１Ａに比べて、波長変換効率が改善される。
その他の作用・効果は、上記比較例、又は実施形態１若しくは２に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
（その他）
波長変換システム１５Ｃにおいて、高反射ミラー４２１を構成から省き、ダイクロイックミラー３２０，３２１，３２２，３２３と、高反射ミラー４２０とによって略三角形状の光路を形成してもよい。これにより、光路長Ｌをさらに短くすることができる。
＜５．実施形態４＞（波長変換効率の最適化手法）
次に、本開示の実施形態４に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１ないし３に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［５．１ 構成・動作］
図１１は、実施形態４に係る固体レーザシステムにおける各種トリガ信号、及び各種バルスレーザ光に関するタイミングチャートの一例を概略的に示している。図１１の（Ａ）〜（Ｈ）のタイミングが示す意味は、図４の（Ａ）〜（Ｈ）と同様である。
実施形態４に係る固体レーザシステムの構成は、第１の固体レーザ装置１１からの第１のパルスレーザ光７１Ａの出射タイミングと、第２の固体レーザ装置１２からの第２のパルスレーザ光７１Ｂの出射タイミングとに関する構成以外は、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａと略同様であってもよい。
実施形態４に係る固体レーザシステムでは、実施形態１に係る固体レーザシステム１Ａと略同様に、第２のパルスレーザ光７１Ｂを、第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる前の第１のタイミングで第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射させる。そして、第２のパルスレーザ光７１Ｂのうち和周波発生過程で使われずに、すなわち波長変換で消費されずに第２のＣＬＢＯ結晶１９を通過した残余光を、第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射させる。
ここで、実施形態４に係る固体レーザシステムでは、第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングは、第１のタイミングと第２のタイミングとの間のタイミングである。すなわち、実施形態４に係る固体レーザシステムでは、第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングを、第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９を通過した後、第１のＣＬＢＯ結晶１８に到達する前のタイミングに設定する。第１のパルスレーザ光７１Ａが第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射するタイミングは、第１のタイミングと第２のタイミングとの間の中間のタイミングであることが好ましい。
ここで、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂの入射タイミングと第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａの入射タイミングとの差をＴｄとする。波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが第２のＣＬＢＯ結晶１９から第１のＣＬＢＯ結晶１８に至るまでの光路長を進む時間をＴ１とする。
図１２は、実施形態４に係る固体レーザシステムにおける波長変換システムの波長変換効率の一例を概略的に示している。図１２において、横軸はＴｄ、縦軸は波長変換システムの波長変換効率Ｅｆｆを示す。
図１２に示したように、Ｔｄと波長変換効率Ｅｆｆとの関係から、Ｔｄの範囲は、０≦Ｔｄ≦Ｔ１であることが好ましい。より好ましいＴｄの値は、Ｔｄ＝Ｔ１／２である。
実際には、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａのパルス波形によって、最大の変換効率となるＴｄはＴ１／２から多少ずれることがある。
最大の変換効率とするために、第１の固体レーザ装置１１に対する第１のトリガ信号Ｔｒ１１と第２の固体レーザ装置１２に対する第２のトリガ信号Ｔｒ１２との入力タイミングの差を変えて、最大の変換効率となる第１のトリガ信号Ｔｒ１１と第２のトリガ信号Ｔｒ１２とのタイミングを差を求めて、同期回路部１３にそれぞれの第１及び第２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を設定してもよい。
その他の構成、及び動作は、上記比較例、又は実施形態１ないし３に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
［５．２ 作用・効果］
実施形態４の固体レーザシステムによれば、波長変換システムの波長変換効率をより改善することができる。
その他の作用・効果は、上記比較例、又は実施形態１ないし３に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
＜６．実施形態５＞（偏光方向を考慮した固体レーザシステムの第１の例）
次に、本開示の実施形態５に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１ないし４に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［６．１ 構成］
図１３は、実施形態５に係る固体レーザシステム１Ｄの一構成例を概略的に示している。
固体レーザシステム１Ｄは、上記比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５に代えて波長変換システム１５Ｄを備えている。
波長変換システム１５Ｄは、図６の波長変換システム１５Ａに対して各パルスレーザ光の偏光方向を考慮した構成とされている。
波長変換システム１５Ｄは、図６の波長変換システム１５Ａに対して、１／２波長板６１０をさらに含んでいる。１／２波長板６１０は、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上における第１のＣＬＢＯ結晶１８と第２のＣＬＢＯ結晶１９との間に配置されている。図１３の例では、１／２波長板６１０は、コリメータレンズ５１０と集光レンズ２１０との間における第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上に配置されている。
固体レーザシステム１Ｄでは、第１の固体レーザ装置１１は、第１の偏光方向に偏光した第１のパルスレーザ光７１Ａを出力する。第２の固体レーザ装置１２は、第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向に偏光した第２のパルスレーザ光７１Ｂを出力する。
波長変換システム１５Ｄでは、第１のＣＬＢＯ結晶１８の光学軸と第２のＣＬＢＯ結晶１９の光学軸とが互いに直交するように配置されている。
［６．２ 動作、作用・効果］
固体レーザシステム１Ｄでは、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとを互いの偏光方向が直交するように波長変換システム１５Ｄに入射させる。
例えば、第１のパルスレーザ光７１Ａは、紙面に対して垂直な方向の偏光で第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する。一方、第２のパルスレーザ光７１Ｂは、偏光方向が紙面に対して平行な偏光で、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する。第２のＣＬＢＯ結晶１９で波長変換に寄与しなかった第２のパルスレーザ光７１Ｂは、ダイクロイックミラー３１１，３１２と高反射ミラー４１１とを介してコリメータレンズ５１０によって平行光に変換される。この第２のパルスレーザ光７１Ｂは、１／２波長板６１０によって、偏光方向が９０°回転して、紙面に対して垂直な偏光方向となる。
この第２のパルスレーザ光７１Ｂと第１のパルスレーザ光７１Ａは共に、紙面に対して垂直な方向の偏光で第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射し、和周波により紙面に対して平行な第３のパルスレーザ光に変換される。
第３のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光７１Ｂとが共に、紙面に対して平行な偏光で、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射し、和周波により、紙面に対して垂直な波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが出力される。
その他の構成、動作及び作用・効果は、上記比較例、又は実施形態１ないし４に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
＜７．実施形態６＞（偏光方向を考慮した固体レーザシステムの第２の例）
次に、本開示の実施形態６に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１ないし５に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［７．１ 構成］
図１４は、実施形態６に係る固体レーザシステム１Ｅの一構成例を概略的に示している。
固体レーザシステム１Ｅは、上記比較例に係る固体レーザシステム１における波長変換システム１５に代えて波長変換システム１５Ｅを備えている。
波長変換システム１５Ｅは、図１０の波長変換システム１５Ｃに対して各パルスレーザ光の偏光方向を考慮した構成とされている。
波長変換システム１５Ｅは、図１０の波長変換システム１５Ｃに対して、１／２波長板６１０をさらに含んでいる。１／２波長板６１０は、第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上における第１のＣＬＢＯ結晶１８と第２のＣＬＢＯ結晶１９との間に配置されている。図１４の例では、１／２波長板６１０は、コリメータレンズ５２０と集光レンズ２２０との間における第２のパルスレーザ光７１Ｂの残余光の光路上に配置されている。
固体レーザシステム１Ｅでは、第１の固体レーザ装置１１は、第１の偏光方向に偏光した第１のパルスレーザ光７１Ａを出力する。第２の固体レーザ装置１２は、第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向に偏光した第２のパルスレーザ光７１Ｂを出力する。
波長変換システム１５Ｅでは、第１のＣＬＢＯ結晶１８の光学軸と第２のＣＬＢＯ結晶１９の光学軸とが互いに直交するように配置されている。
［７．２ 動作、作用・効果］
固体レーザシステム１Ｅでは、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとを互いの偏光方向が直交するように波長変換システム１５Ｅに入射させる。
例えば、第１のパルスレーザ光７１Ａは、紙面に対して垂直な方向の偏光で第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射する。一方、第２のパルスレーザ光７１Ｂは、偏光方向が紙面に対して平行な偏光で、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射する。第２のＣＬＢＯ結晶１９で波長変換に寄与しなかった第２のパルスレーザ光７１Ｂは、ダイクロイックミラー３２２及びダイクロイックミラー３２３を介してコリメータレンズ５２０によって平行光に変換される。この第２のパルスレーザ光７１Ｂは、１／２波長板６１０によって、偏光方向が９０°回転して、紙面に対して垂直な偏光方向となる。
この第２のパルスレーザ光７１Ｂと第１のパルスレーザ光７１Ａは共に、紙面に対して垂直な方向の偏光で第１のＣＬＢＯ結晶１８に入射し、和周波により紙面に対して平行な第３のパルスレーザ光に変換される。
第３のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光７１Ｂとが共に、紙面に対して平行な偏光で、第２のＣＬＢＯ結晶１９に入射し、和周波により、紙面に対して垂直な波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光７１Ｃが出力される。
その他の構成、動作及び作用・効果は、上記比較例、又は実施形態１ないし５に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
＜８．実施形態７＞（半導体レーザと半導体光増幅器との構成例）
次に、本開示の実施形態６に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態１ないし５に係る固体レーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
［８．１ 構成］
図１５は、第１の半導体レーザ２０と第１の半導体光増幅器２３との一構成例を概略的に示している。なお、以下では、第１の半導体レーザ２０と第１の半導体光増幅器２３との構成例を説明するが、第２の半導体レーザ４０と第２の半導体光増幅器４１とについても、略同様の構成であってもよい。
第１の半導体レーザ２０は、半導体レーザ制御部１３０と、半導体素子１３１と、温度センサ１３２と、ペルチェ素子１３３と、温度制御器１３４と、電流制御器１３５とを含む。半導体素子１３１は、活性層１３６と、グレーティング１３７とを含む。例えば、第１の半導体レーザ２０は、ＣＷ発振であって、シングル縦モードで発振する分布帰還型レーザであってもよい。
第１の半導体光増幅器２３は、半導体素子１４１と、電流制御器１４３と、パルス波形生成器１４０とを含む。半導体素子１４１は、活性層１４２を含む。
その他の構成は、上記比較例、又は実施形態１ないし６に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
［８．２ 動作］
半導体レーザ制御部１３０は、半導体素子１３１が所望の発振波長、ここでは波長約１０３０ｎｍに対応する温度Ｔλとなるような温度設定値を温度制御器１３４に送信する。
温度制御器１３４は、温度センサ１３２の温度がＴλとなるように、ペルチェ素子１３３に流れる電流を制御する。
半導体レーザ制御部１３０は、所定の電流設定値を電流制御器１３５に送信する。
半導体素子１３１には、一定の電流が流れ、波長λのＣＷレーザ光が出力される。ＣＷレーザ光は、第１の半導体光増幅器２３の半導体素子１４１の活性層１４２に入射する。
パルス波形生成器１４０は、同期回路部１３が受信した第１のトリガ信号Ｔｒ１１に同期して、増幅されるパルス波形に応じたパルス波形の電流制御信号１４０ｉを電流制御器１４３に出力する。半導体素子１４１には、電流制御信号１４０ｉのパルス波形に応じた電流が流れる。その結果、第１の半導体レーザ２０のシード光がパルス増幅され、半導体素子１４１の出力側から増幅されたパルスレーザ光が出力される。
その他の動作は、上記比較例、又は実施形態１ないし６に係る固体レーザシステムと略同様であってもよい。
（その他）
半導体光増幅器の代わりに、偏光子とＥＯポッケルスセルとを組合せた光シャッタを用いてもよい。
第１の半導体光増幅器２３を構成から省略して、第１の半導体レーザ２０の電流制御器１３５に、パルス状の電流信号を送信して、パルスを生成してもよい。また、第１の半導体レーザ２０と第１の半導体光増幅器２３とを同期させて、半導体素子１３１，１４１にパルス状の電流信号を送信して、パルスを生成してもよい。
＜９．その他＞
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (11)

  1. 第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、
    第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とが進む第１の光路上に配置され、前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを、第１の和周波発生過程により第３の波長の第３のパルスレーザ光へと波長変換して出力する第１の非線形結晶と、
    前記第２のパルスレーザ光と前記第３のパルスレーザ光とが進む第２の光路上に配置され、前記第２のパルスレーザ光と前記第３のパルスレーザ光とを、第２の和周波発生過程により第４の波長の第４のパルスレーザ光へと波長変換して出力する第２の非線形結晶と、
    前記第２の固体レーザ装置と前記第２の非線形結晶との間における前記第２のパルスレーザ光の光路と前記第３のパルスレーザ光の光路とが交差する位置に配置され、前記第２のパルスレーザ光を前記第２の非線形結晶に向けて透過させ、前記第３のパルスレーザ光を前記第２の非線形結晶に向けて反射させる第１のダイクロイックミラーと、
    前記第２のパルスレーザ光のうち前記第２の和周波発生過程で使われずに前記第２の非線形結晶を通過した残余光の光路上に配置され、前記第２のパルスレーザ光の前記残余光を反射させる第２のダイクロイックミラーと、
    前記第２のダイクロイックミラーで反射された後の前記第２のパルスレーザ光の前記残余光の光路上に配置され、前記第２のパルスレーザ光の前記残余光を反射させる反射ミラーと、
    前記反射ミラーで反射された後の前記第２のパルスレーザ光の前記残余光の光路と前記第１のパルスレーザ光の光路とが交差する位置に配置され、前記第１のパルスレーザ光を前記第１の非線形結晶に向けて反射させ、前記第２のパルスレーザ光の前記残余光を前記第１の非線形結晶に向けて透過させる第３のダイクロイックミラーと
    を備え、
    前記第２のパルスレーザ光を、前記第１の非線形結晶に入射させる前の第１のタイミングで前記第２の非線形結晶に入射させ、前記第２のパルスレーザ光の前記残余光を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで前記第１の非線形結晶に入射させる
    固体レーザシステム。
  2. 請求項１に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１のパルスレーザ光が前記第１の非線形結晶に入射するタイミングと、前記第１のタイミングとが略同じである。
  3. 請求項１に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１のパルスレーザ光が前記第１の非線形結晶に入射するタイミングと、前記第２のタイミングとが略同じである。
  4. 請求項１に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１のパルスレーザ光が前記第１の非線形結晶に入射するタイミングは、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間のタイミングである。
  5. 請求項４に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１のパルスレーザ光が前記第１の非線形結晶に入射するタイミングは、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の中間のタイミングである。
  6. 請求項１に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第２の波長は、１１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
  7. 請求項６に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第２の固体レーザ装置は、Ｅｒファイバ増幅器を含む。
  8. 請求項６に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１の波長は、２２０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
  9. 請求項８に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第４の波長は、１５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下である。
  10. 請求項１に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第２のパルスレーザ光の前記残余光の光路上における前記第１の非線形結晶と前記第２の非線形結晶との間に配置された１／２波長板、
    をさらに備える。
  11. 請求項１０に記載の固体レーザシステムであって、
    前記第１の固体レーザ装置は、第１の偏光方向に偏光した前記第１のパルスレーザ光を出力し、
    前記第２の固体レーザ装置は、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向に偏光した前記第２のパルスレーザ光を出力し、
    前記第１の非線形結晶の光学軸と前記第２の非線形結晶の光学軸とが互いに直交するように配置されている。
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