固体激光装置、光纤放大器系统和固体激光系统的制作方法

本公开涉及一种生成脉冲激光束的固体激光装置、光纤放大器系统和固体激光系统。

背景技术：

随着半导体集成电路的微细化、高集成化，在半导体曝光装置中，对分辨力提出了更高的要求(在下文中，将半导体曝光装置仅称为“曝光装置”)。因此，正在推进从曝光用光源输出的光的短波长化。在曝光用光源中，使用气体激光装置来代替以往的水银灯。现在，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长为248nm的紫外线的krf准分子激光装置、以及输出波长为193nm的紫外线的arf准分子激光装置。

作为现在的曝光技术，如下的液浸曝光已被投入实际使用：通过将曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙用液体充满，来改变该间隙的折射率，从而使曝光用光源的外观波长短波长化。在将arf准分子激光装置作为曝光用光源使用、且进行液浸曝光的情况下，对晶片照射在水中的波长为134nm的紫外光。该技术称为arf液浸曝光。arf液浸曝光也被称为arf液浸光刻。

因为krf、arf准分子激光装置的自然振荡的光谱线宽度约为350～400pm、比较宽，所以由曝光装置侧的投影透镜缩小投影在晶片上的激光束(紫外线光)产生色差，分辨力降低。为此，有必要使从气体激光装置输出的激光束的光谱线宽度变窄直至色差可以忽略不计。光谱线宽度也被称为频谱宽度。因此，在气体激光装置的激光谐振器内设置具有谱线窄化元件的谱线窄化模块(linenarrowmodule)，并且通过该谱线窄化模块实现频谱宽度的谱线窄化。再有，谱线窄化元件也可以是标准具(etalon)、光栅等。像这样频谱宽度变窄的激光装置称为谱线窄化激光装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7593437号说明书

专利文献2：美国专利第6611372号说明书

专利文献3：日本特开2013-222173号公报

专利文献4：美国专利申请公开第2013/0279526号说明书

专利文献5：日本专利第4925085号公报

非专利文献

非专利文献1：pengwan,etal.“lowrepetitionratehighenergy1.5μmfiberlaser”,12september2011/vol.19,no.19/opticsexpress18067

技术实现要素：

本公开的固体激光装置可以具备：第一振荡器，射出种子光；激光束生成部，射出基于种子光生成的脉冲激光束；以及多级光纤放大器，串联配置在脉冲激光束的光路上，并且包含末级光纤放大器，该末级光纤放大器含有掺铒镱石英光纤。将石英光纤的截面积除以光纤长度所得的值可以为大于等于0.7nm且小于等于1.64nm。

本公开的光纤放大器系统可以具备：光学元件，将脉冲激光束的第一光路分支成第二光路和第三光路；第一光纤放大器，配置在第二光路上；以及第二光纤放大器，配置在第三光路上。

本公开的固体激光系统可以具备：第一固体激光装置，射出第一波长的第一脉冲激光束；第二固体激光装置，包含：射出第二波长的第二脉冲激光束且串联配置的第一多级光纤放大器，以及射出第二波长的第三脉冲激光束且串联配置的第二多级光纤放大器；第一波长转换元件，供第一脉冲激光束和第二脉冲激光束射入，并且射出由第一波长和第二波长通过波长转换而形成的第三波长的第四脉冲激光束；以及第二波长转换元件，供第三脉冲激光束和第四脉冲激光束射入，并且射出由第二波长和第三波长通过波长转换而形成的第四波长的第五脉冲激光束。

附图说明

在下文中，参照附图对仅作为例子的本公开的几个实施方式进行说明。

[图1]图1是概略地表示包含比较例的固体激光装置的曝光装置用激光装置的一个结构例子的方块图。

[图2]图2是概略地表示图1所示的放大器的一个结构例子的方块图。

[图3]图3是概略地表示第一实施方式的第二固体激光装置的一个结构例子的方块图。

[图4]图4是表示er光纤放大器的一个特性例子的说明图。

[图5]图5是表示第一实施方式的第一变形例的末级er光纤放大器的一个结构例子的方块图。

[图6]图6是表示第一实施方式的第一变形例的其他末级er光纤放大器的一个结构例子的方块图。

[图7]图7是表示第一实施方式的第二变形例的末级er光纤放大器的一个结构例子的方块图。

[图8]图8是表示第一实施方式的第二变形例的其他末级er光纤放大器的一个结构例子的方块图。

[图9]图9是概略地表示第一实施方式的第四变形例的放大器的一个结构例子的方块图。

[图10]图10是概略地表示第二实施方式的固体激光系统的一个结构例子的方块图。

[图11]图11是表示图10所示的er光纤放大器系统的一个结构例子的方块图。

[图12]图12是概略地表示第二实施方式的第一变形例的固体激光系统的一个结构例子的方块图。

[图13]图13是概略地表示图12所示的er光纤放大器系统的一个结构例子的方块图。

[图14]图14是概略地表示第二实施方式的第二变形例的固体激光系统的一个结构例子的方块图。

[图15]图15表示控制部的硬件环境的一个例子。

具体实施方式

<内容>

[1.概要]

[2.比较例](包含固体激光装置的曝光装置用激光装置)

2.1结构(图1、2)

2.2动作

2.3课题

[3.第一实施方式](第二固体激光装置)

3.1结构(图3)

3.2动作

3.3作用

3.4变形例

3.4.1第一变形例(图5、6)

3.4.2第二变形例(图7、8)

3.4.3第三变形例

3.4.4第四变形例(图9)

[4.第二实施方式](固体激光系统)

4.1结构(图10、11)

4.2动作

4.3作用

4.4变形例

4.4.1第一变形例(图12、13)

4.4.2第二变形例(图14)

[5.控制部的硬件环境](图15)

[6.其他]

以下，对本公开的实施方式，一边参照附图一边进行详细说明。以下所述的实施方式表示本公开的几个例子，并不限定本公开的内容。另外，在各个实施方式中说明的结构和动作并不是全部为本公开的结构和动作所必须的。再有，对于同样的构成要素附加同样的参考符号，并省略重复的说明。

[1.概要]

本公开例如涉及生成脉冲激光束的固体激光装置、光纤放大器系统和固体激光系统。

[2.比较例]

首先，对包含比较例的固体激光装置的曝光装置用激光装置进行说明，该比较例是相对本公开的实施方式来说的。

作为曝光装置用激光装置，可以是包含mo(主振荡器)和po(功率振荡器)的结构。在这样的曝光装置用激光装置中，对于mo和po，可以使用将arf激光气体作为激光介质的arf激光装置。然而，从节能的观点出发，进行着将mo作为固体激光系统的曝光装置用激光装置的开发，该固体激光系统输出波长为193.4nm的脉冲激光束。该mo可以包含第一固体激光装置、第二固体激光装置和波长转换系统。第一固体激光装置和第二固体激光装置可以分别包含yb光纤放大器系统和er光纤放大器系统。在下文中，对这样的曝光装置用激光装置的结构例子进行说明。

(2.1结构)

图1概略地表示相对本公开的实施方式的比较例的曝光装置用激光装置的一个结构例子。

曝光装置用激光装置1可以具备：固体激光系统110，放大器2，激光控制部3，同步控制部6，以及高反射镜98、99。

固体激光系统110可以包含第一固体激光装置11、第二固体激光装置120、同步电路部13、高反射镜16、分色镜(dichroicmirror)17和波长转换系统15。

第一固体激光装置11可以构成为：通过分色镜17向波长转换系统15射出基于种子光生成的第一波长的第一脉冲激光束l1。第一波长可以是约257.5nm。第一固体激光装置11可以包含：半导体激光器20、半导体光放大器(soa：semiconductoropticalamplifier)23、yb光纤放大器系统24和yb:yag晶体放大器25。另外，第一固体激光装置11也可以包含：非线性晶体的lbo(lib3o5)晶体21和clbo(cslib6o10)晶体22。在光路上可以从上游向下游依次配置：半导体激光器20、半导体光放大器23、yb光纤放大器系统24、yb:yag晶体放大器25、lbo晶体21和clbo晶体22。

半导体激光器20可以是通过cw振荡或脉冲振荡而射出波长约为1030nm的种子光的分布反馈半导体激光器。半导体激光器20也可以是单纵模且能够在波长约1030nm附近改变波长的半导体激光器。

半导体光放大器23可以是通过使脉冲电流流过半导体，而使种子光转换且放大成所定的脉冲宽度的脉冲激光束的半导体元件。半导体光放大器23可以包含根据来自同步电路部13的指示使脉冲电流流过半导体的电流控制器。半导体光放大器23可以构成为：在半导体激光器20进行脉冲振荡的情况下，与半导体激光器20同步动作。

yb光纤放大器系统24可以包含：掺杂有yb的(掺镱)多级光纤放大器，以及通过cw振荡射出激发光、且将该激发光提供给各个光纤放大器的cw激励半导体激光器。

lbo晶体21可以被射入波长约为1030nm的脉冲激光束，并且射出波长约为515nm的脉冲激光束。clbo晶体22可以被射入波长约为515nm的脉冲激光束，并且射出波长约为257.5nm的脉冲激光束。

第二固体激光装置120可以构成为：通过高反射镜16和分色镜17向波长转换系统15射出基于种子光生成的第二波长的第二脉冲激光束l2。第二波长可以是约1554nm。第二固体激光装置120可以包含半导体激光器40、半导体光放大器(soa)41和er光纤放大器系统420。在光路上可以从上游向下游依次配置：半导体激光器40、半导体光放大器41和er光纤放大器系统420。

半导体激光器40可以是通过cw振荡或脉冲振荡而射出波长约为1554nm的种子光的分布反馈半导体激光器。半导体激光器40也可以是单纵模且能够在波长约1554nm附近改变波长的半导体激光器。

半导体光放大器41可以是通过使脉冲电流流过半导体，而使种子光转换且放大成所定的脉冲宽度的脉冲激光束的半导体元件。半导体光放大器41可以包含根据来自同步电路部13的指示使脉冲电流流过半导体的、未图示的电流控制器。半导体光放大器41可以构成为：在半导体激光器40进行脉冲振荡的情况下，与半导体激光器40同步动作。

er光纤放大器系统420可以包含：掺杂有er和yb双方的(掺铒镱)多级光纤放大器，以及通过cw振荡射出激发光、且将该激发光提供给各个光纤放大器的cw激励半导体激光器。

同步电路部13可以构成为：根据来自同步控制部6的触发信号tr1，分别向第一固体激光装置11的半导体光放大器23和第二固体激光装置120的半导体光放大器41输出所定的触发信号。

高反射镜16可以配置为：使从第二固体激光装置120射出的第二脉冲激光束l2高反射，并且射入分色镜17。

在分色镜17的、使第一波长的第一脉冲激光束l1高透射的基板上，可以涂覆有使第一波长的第一脉冲激光束l1高透射、且使第二波长的第二脉冲激光束l2高反射的膜。分色镜17可以配置为：使第一脉冲激光束l1和第二脉冲激光束l2以彼此的光路轴大体上一致的状态射入波长转换系统15。

波长转换系统15可以构成为：被射入第一波长的第一脉冲激光束l1和第二波长的第二脉冲激光束l2，并且射出波长不同于第一波长和第二波长的脉冲激光束ll。波长转换系统15可以包含：clbo晶体18、19，分色镜95、96，以及高反射镜97。在光路上可以从上游向下游依次配置：clbo晶体18、分色镜95、clbo晶体19和分色镜96。

对clbo晶体18，可以射入波长约为257.5nm的第一脉冲激光束l1和波长约为1554nm的第二脉冲激光束l2。clbo晶体18可以射出对应于波长约257.5nm与波长约1554nm的和频的波长约为220.9nm的脉冲激光束。

分色镜95可以涂覆有使波长约为1554nm和波长约为220.9nm的脉冲激光束高透射、且使波长约为257.5nm的脉冲激光束高反射的膜。

对clbo晶体19，可以射入透过分色镜95的波长约为1554nm和波长约为220.9nm的脉冲激光束。clbo晶体19可以射出对应于波长约1554nm与波长约220.9nm的和频的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll。

分色镜96可以涂覆有使波长约为1554nm和波长约为220.9nm的脉冲激光束高透射、且使波长约为193.4nm的脉冲激光束ll高反射的膜。

高反射镜97可以配置为：使由分色镜96反射的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll从固体激光系统110射出。

高反射镜98、99可以配置为：使从固体激光系统110射出的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll射入放大器2。

放大器2可以构成为：使从固体激光系统110射出的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll放大，并且使放大的脉冲激光束向曝光装置4射出。

图2概略地表示放大器2的一个结构例子。放大器2可以包含放大器控制部30、充电器31、触发补正器32、包括开关33的脉冲电源模块(ppm)34、腔室35、凹面镜36和凸面镜37。

腔室35可以设置有窗口39a、39b。在腔室35中，可以有包含例如ar气、f2气和ne气的激光气体。在腔室35中，也可以配置1对放电电极38。1对放电电极38可以连接于脉冲电源模块34的输出端子。凹面镜36和凸面镜37可以构成为：凹面镜36的焦点位置36a与凸面镜37的焦点位置37a大体上一致。

激光控制部3可以通过未图示的信号线连接于半导体激光器20、半导体激光器40、yb光纤放大器系统24内的cw激励半导体激光器和er光纤放大器系统420内的cw激励半导体激光器。

如图1所示，对同步控制部6，可以通过激光控制部3从作为外部装置的曝光装置4供给振荡触发信号tr0，该振荡触发信号tr0指示固体激光系统110的脉冲激光束的生成定时。曝光装置4也可以包含曝光装置控制部5。振荡触发信号tr0也可以由曝光装置4的曝光装置控制部5供给。同步控制部6可以构成为：根据振荡触发信号tr0生成触发信号tr1，并且向同步电路部13供给触发信号tr1。另外，同步控制部6也可以构成为：根据振荡触发信号tr0生成触发信号tr2，并且如图2所示，通过放大器控制部30向触发补正器32供给触发信号tr2。

(2.2动作)

激光控制部3可以根据振荡触发信号tr0，使半导体激光器20、40发生cw振荡或脉冲振荡。另外，激光控制部3也可以根据振荡触发信号tr0，使yb光纤放大器系统24内的cw激励半导体激光器和er光纤放大器系统420内的cw激励半导体激光器发生cw振荡。

同步控制部6在通过激光控制部3从曝光装置控制部5接收到振荡触发信号tr0时，可以控制振荡触发信号tr0与触发信号tr1之间的延迟时间和振荡触发信号tr0与触发信号tr2之间的延迟时间。该延迟时间可以控制为：1对放电电极38与从固体激光系统110射出的脉冲激光束ll射入放大器2同步、进行放电。

在第一固体激光装置11中，可以从第一半导体激光器20射出波长约为1030nm的cw振荡光或脉冲振荡光作为种子光。该种子光可以根据来自同步电路部13的所定的触发信号，由半导体光放大器23转换且放大成所定的脉冲宽度的脉冲激光束。从半导体光放大器23射出的脉冲激光束可以射入yb光纤放大器系统24，并且由该yb光纤放大器系统24放大。从yb光纤放大器系统24射出的脉冲激光束可以射入yb:yag晶体放大器25，并且由该yb:yag晶体放大器25放大。从yb:yag晶体放大器25射出的脉冲激光束可以射入lbo晶体21。于是，由该脉冲激光束通过lbo晶体21和clbo晶体22，生成波长约为257.5nm的四次谐波光。因此，可以从第一固体激光装置11射出波长约为257.5nm的第一脉冲激光束l1。

另一方面，在第二固体激光装置120中，可以从半导体激光器40射出波长约为1554nm的cw振荡光或脉冲振荡光作为种子光。该种子光可以根据来自同步电路部13的所定的触发信号，由半导体光放大器41转换且放大成所定的脉冲宽度的脉冲激光束。从半导体光放大器41射出的脉冲激光束可以射入er光纤放大器系统420，并且由该er光纤放大器系统420放大。因此，可以从第二固体激光装置120射出波长约为1554nm的第二脉冲激光束l2。

从第一固体激光装置11射出的波长约为257.5nm的第一脉冲激光束l1，可以通过分色镜17射入波长转换系统15。另外，从第二固体激光装置120射出的波长约为1554nm的第二脉冲激光束l2，可以通过高反射镜16和分色镜17射入波长转换系统15。

在这里，同步电路部13可以根据触发信号tr1，以所定时间，分别向半导体光放大器23、41供给所定的脉冲宽度的触发信号。该所定时间可以调节为：使第一脉冲激光束l1和第二脉冲激光束l2大致同时射入波长转换系统15的clbo晶体18。供给半导体光放大器23的触发信号的脉冲宽度可以调节为：使第一脉冲激光束l1的脉冲宽度大于等于1nsec且小于等于30nsec。供给半导体光放大器41的触发信号的脉冲宽度可以调节为：使第二脉冲激光束l2的脉冲宽度大于等于1nsec且小于等于30nsec。因此，固体激光系统110射出的脉冲激光束ll的脉冲宽度可以被调节为：大于等于1nsec且小于等于30nsec。

在波长转换系统15中，第一脉冲激光束l1和第二脉冲激光束l2可以通过分色镜17大致同时射入clbo晶体18，并且第一脉冲激光束l1的光束和第二脉冲激光束l2的光束可以在clbo晶体18上重叠。clbo晶体18可以生成对应于波长约257.5nm与波长约1554nm的和频的波长约为220.9nm的脉冲激光束。从clbo晶体18可以射出波长约为257.5nm、波长约为1554nm和波长约为220.9nm的3个脉冲激光束。

分色镜95可以使从clbo晶体18射出的3个脉冲激光束中的波长约为1554nm和波长约为220.9nm的2个脉冲激光束高透射，并且使波长约为257.5nm的脉冲激光束高反射。透过分色镜95的2个脉冲激光束可以射入clbo晶体19。

clbo晶体19可以生成对应于波长约220.9nm与波长约1554nm的和频的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll。从clbo晶体19可以射出波长约为1554nm、波长约为220.9nm和波长约为193.4nm的3个脉冲激光束。

分色镜96可以使从clbo晶体19射出的3个脉冲激光束中的波长约为1554nm和波长约为220.9nm的脉冲激光束高透射，并且使波长约为193.4nm的脉冲激光束ll高反射。波长约为193.4nm的脉冲激光束ll可以通过高反射镜97从波长转换系统15射出。从波长转换系统15射出的脉冲激光束ll可以通过高反射镜98、99射入放大器2。

放大器2可以以与脉冲激光束ll的入射同步的方式，通过使1对放电电极38放电，形成粒子数反转。在这里，触发补正器32也可以调整脉冲电源模块34的开关33的切换定时，以使来自固体激光系统110的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll在放大器2中有效地放大。在放大器2中，脉冲激光束ll可以通过在凸面镜37和凹面镜36上的反射，3次通过1对放电电极38之间的放电空间。因此，脉冲激光束ll的光束可以被放大。如上所述，从固体激光系统110射出的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll可以由放大器2放大，并且向曝光装置4射出。

(2.3课题)

像这样，对于曝光装置用激光装置1，在用固体激光系统110构成mo的情况下，该固体激光系统110的所需规格可为如下所述。

重复频率≤6khz

脉冲能量≥33μj/pulse(0.2w@6khz)

光谱线宽度δν≤4ghz(0.50pm@193.4nm)(半峰全宽)

脉冲宽度1ns～30ns(半峰全宽)

为了达成这样的目标，第二固体激光装置120的目标规格可为如下所述。

重复频率≤6khz

脉冲能量≥167μj/pulse(1w@6khz)

光谱线宽度δν≤4ghz(32.2pm@1554nm)(半峰全宽)

脉冲宽度1ns～30ns(半峰全宽)

如果想达成这样的目标，那么在er光纤放大器系统420的末级光纤放大器中，可能产生光纤中的非线性现象即受激布里渊散射(sbs：stimulatedbrillouinscattering)。其结果是：在该末级光纤放大器中，可能会抑制脉冲激光束的放大，并且该脉冲激光束可能会散射成回光。在这种情况下，半导体激光器40可能会受到损伤。

[3.第一实施方式]

其次，对本公开的第一实施方式的固体激光装置进行说明。再有，在下文中，对与图1所示的比较例的第二固体激光装置120的构成要素大致相同的部分，附加同一符号，并适当省略其说明。

(3.1结构)

图3概略地表示第二固体激光装置12的一个结构例子。在第二固体激光装置12中，可以包含er光纤放大器系统42，来代替图1所示的比较例的结构的er光纤放大器系统420。

er光纤放大器系统42可以包含：er光纤放大器53、58、61，隔离器(isolator)54、60，以及带通滤波器(bpf)55、59。在光路上可以从上游向下游依次配置：er光纤放大器53、隔离器54、带通滤波器55、er光纤放大器58、带通滤波器59、隔离器60和er光纤放大器61。另外，er光纤放大器系统42也可以包含：泵浦用半导体激光器51、56、63，wdm(wavelengthdivisionmultiplexer)光耦合器52，以及泵浦合束器(pc)57,62。er光纤放大器53和er光纤放大器58可以光纤彼此直接耦合，也可以通过空气耦合。同样，er光纤放大器58和er光纤放大器61可以光纤彼此直接耦合，也可以通过空气耦合。

er光纤放大器53可以包含在石英光纤中掺杂有er和yb双方的单模光纤(smf)。该单模光纤的光纤直径可以是约6μm。er光纤放大器53可以在上游侧，通过wdm光耦合器52与连接于泵浦用半导体激光器51的光纤耦合。wdm光耦合器52可以构成为：使从半导体光放大器41射出的波长约为1554nm的脉冲激光束与从泵浦用半导体激光器51射出的波长约为976nm的泵浦光结合。

隔离器54、60可以是用于例如抑制回光通过的法拉第隔离器。

在带通滤波器55、59的玻璃基板上，可以被覆有使1554nm的脉冲激光束高透射、且抑制其他光通过的滤光片。其他光可以是自发辐射光(ase；amplifiedspontaneousemission)和泵浦光。

er光纤放大器58可以包含在石英光纤中掺杂有er和yb双方的双包层光纤(dcf)。该双包层光纤的光纤直径可以是约10μm。er光纤放大器58可以在上游侧，通过泵浦合束器57与连接于泵浦用半导体激光器56的光纤耦合。泵浦合束器57可以构成为：使从前级er光纤放大器53射出的波长约为1554nm的脉冲激光束与从泵浦用半导体激光器56射出的波长约为976nm的泵浦光结合。

er光纤放大器61可以包含在石英光纤中掺杂有er和yb双方的双包层光纤(dcf)。该双包层光纤可以是光纤直径约为25μm的大模面积(lma)光纤。在这里，“约25μm”也可以包含例如制造偏差。该双包层光纤也可以卷成：其特性接近单横模光纤的特性。er光纤放大器61可以在下游侧，通过泵浦合束器62与连接于泵浦用半导体激光器63的光纤耦合。泵浦合束器62可以构成为：将从泵浦用半导体激光器63射出的波长约为976nm的泵浦光供给er光纤放大器61。er光纤放大器61中通过泵浦光的部分的长度即有效放大光纤长度leff可以为大于等于0.3m且小于等于0.7m。

图4表示er光纤放大器的一个特性例子。该er光纤放大器可以包含，掺杂有er和yb双方的光纤直径为25μm的熔融石英光纤。横轴可以是有效放大光纤长度leff，纵轴可以是放大后的脉冲能量ef。

随着将有效放大光纤长度leff从0m逐渐伸长，脉冲能量ef也会逐渐增加。并且，如果有效放大光纤长度leff为大于等于0.3m，那么脉冲能量ef可以达到实用级别。在有效放大光纤长度leff为大于等于0.3m且小于等于0.7m的所定长度的情况下，脉冲能量ef可以成为峰值。并且，如果有效放大光纤长度leff大于该所定长度；那么因为产生受激布里渊散射，所以脉冲能量ef会减少。如果有效放大光纤长度leff为0.7m，那么脉冲能量ef可以达到例如200μj。如上所述，在光纤直径约为25μm的情况下，有效放大光纤长度leff可以为大于等于0.3m且小于等于0.7m。

发生受激布里渊散射的阈值能量psbs可以用下列式表示。

psbs～aeff/(k·gb·leff)……(1)

在这里，aeff可以是有效模式截面积。k可以是偏振相关因子。gb可以是布里渊增益系数。在有效放大光纤长度leff越长、有效模式截面积aeff越小的情况下，受激布里渊散射就可能越容易产生。在这里，也可以将参数f定义如下。

f＝aeff/leff……(2)

受激布里渊散射可以是参数f越小，越容易产生。如果将光纤直径作为d，那么有效模式截面积aeff可以如下所示。

aeff＝π·(d/2)²……(3)

因此，参数f可以用下列式表示。

f＝π·(d/2)²/leff……(4)

在光纤直径约为25μm的情况下，有效放大光纤长度leff为大于等于0.3m且小于等于0.7m，可以对应于参数f为大于等于0.7nm且小于等于1.64nm。

再有，另外在脉冲激光束的脉冲宽度越宽、脉冲激光束的光谱线宽度越窄的情况下，受激布里渊散射就可能越容易产生。

在这里，半导体激光器40可以对应于本公开的“第一振荡器”的一个具体例子。半导体光放大器41可以对应于本公开的“激光束生成部”的一个具体例子。er光纤放大器53、58、61可以对应于本公开的“多级光纤放大器”的一个具体例子。同步电路部13可以对应于本公开的“控制部”的一个具体例子。

(3.2动作)

从半导体光放大器41射出的脉冲激光束可以通过wdm光耦合器52射入er光纤放大器53，并且由该er光纤放大器53放大。

从er光纤放大器53射出的脉冲激光束可以通过隔离器54、带通滤波器55和泵浦合束器57射入er光纤放大器58。隔离器54可以抑制来自er光纤放大器58、61的自发放射光、回光。带通滤波器55可以抑制来自er光纤放大器53、58的自发放射光的通过，从而抑制自激振荡。射入er光纤放大器58的脉冲激光束可以由该er光纤放大器58放大。

从er光纤放大器58射出的脉冲激光束可以通过带通滤波器59和隔离器60射入er光纤放大器61。带通滤波器59可以抑制来自er光纤放大器58、61的自发放射光的通过，从而抑制自激振荡。隔离器60可以抑制来自er光纤放大器61的自发放射光、回光。射入er光纤放大器61的脉冲激光束通过该er光纤放大器61，受激布里渊散射可以被抑制，同时可以被放大。

(3.3作用)

包含本实施方式的第二固体激光装置12、第一固体激光装置11和波长转换系统15的固体激光装置110，可以达成下列指标：波长193.4nm、光谱线宽度δν≤4ghz、脉冲宽度1ns～30ns、脉冲能量167μj/pulse(1w@6khz)。该第二固体激光装置12包含er光纤放大器系统42。

另外，因为可以抑制受激布里渊散射同时放大脉冲激光束，所以有可能减少起因于回光的半导体激光器40的损伤。

(3.4变形例)

(3.4.1第一变形例)

er光纤放大器系统42不限定于图3所示的结构。例如，本变形例的er光纤放大器系统42a如图5所示，可以包含分色镜64。该图5可以表示er光纤放大器系统42a的末级er光纤放大器61的附近。分色镜64可以配置在隔离器60与末级er光纤放大器61之间。分色镜64可以涂覆有使波长约为1554nm的脉冲激光束高透射、且使波长约为976nm的泵浦光高反射的膜。分色镜64可以以反射面的法线方向与波长约为1554nm的脉冲激光束的光路方向不同的方式配置。

在这里，泵浦用半导体激光器63可以对应于本公开的“第二振荡器”的一个具体例子。泵浦合束器62可以对应于本公开的“第一光学元件”的一个具体例子。分色镜64可以对应于本公开的“第二光学元件”的一个具体例子。

从泵浦用半导体激光器63射出的波长约为976nm的泵浦光，可以通过泵浦合束器62从er光纤放大器61的下游射入er光纤放大器61，并且被光激发。对于从前级er光纤放大器58射出且射入末级er光纤放大器61的波长约为1554nm的脉冲激光束，其受激布里渊散射可以被抑制，同时可以被放大。通过泵浦合束器62射入的泵浦光中的剩余的光，可以在er光纤放大器61的上游，由分色镜64反射，并且向波长约为1554nm的脉冲激光束的光路外射出。

在er光纤放大器系统42a中，通过增加泵浦光的能量，可以进一步放大脉冲激光束。这时，可能产生无助于脉冲激光束的放大的剩余泵浦光。通过分色镜64使该剩余泵浦光向光路外射出，由此可以抑制泵浦光射入隔离器60。其结果是：可以改善隔离器60的寿命。

再有，作为该分色镜64的替代，也可以包含泵浦合束器，该泵浦合束器使波长约为976nm的泵浦光向波长约为1554nm的脉冲激光束的光路外射出。

另外，如图6所示的er光纤放大器系统42b，也可以将泵浦合束器62配置在隔离器60与末级er光纤放大器61之间。分色镜64也可以配置在er光纤放大器61的下游的光路上。

从泵浦用半导体激光器63射出的波长约为976nm的泵浦光，可以通过泵浦合束器62从er光纤放大器61的上游射入er光纤放大器61，并且被光激发。通过泵浦合束器62射入的波长约为976nm的泵浦光中的剩余的光，可以在er光纤放大器61的下游，由分色镜64反射，并且向波长约为1554nm的脉冲激光束的光路外射出。

在er光纤放大器系统42b中，通过分色镜64使剩余泵浦光向光路外射出，由此可以抑制泵浦光射入波长转换系统15。其结果是：可以抑制波长转换系统15内的光学元件的损伤。

再有，即使在这种情况下，作为分色镜64的替代，也可以包含泵浦合束器，该泵浦合束器使波长约为976nm的泵浦光向波长约为1554nm的脉冲激光束的光路外射出。

(3.4.2第二变形例)

虽然如图3所示，er光纤放大器系统42可以通过泵浦合束器62将泵浦光供给er光纤放大器61；但是并不限定于该结构。例如，本变形例的er光纤放大器系统42c如图7所示，可以包含分色镜66、聚光透镜67和准直透镜68。分色镜66可以涂覆有使波长约为1554nm的脉冲激光束高透射、且使波长约为976nm的泵浦光高反射的膜。分色镜66、聚光透镜67和准直透镜68可以构成为：使来自泵浦用半导体激光器63的波长约为976nm的泵浦光从er光纤放大器61下游侧的端面直接射入er光纤放大器61。er光纤放大器系统42c可以是这样的所谓端面激励型。

er光纤放大器系统42c也可以进一步包含泵浦合束器65。泵浦合束器65可以将波长约为976nm的泵浦光中的剩余的光向波长约为1554nm的脉冲激光束的光路外射出。泵浦合束器65可以配置在隔离器60与er光纤放大器61之间。再有，作为该泵浦合束器65的替代，也可以与图5所示的er光纤放大器系统42a同样，包含分色镜64。

在这里，分色镜66可以对应于本公开的“第一光学元件”的一个具体例子。泵浦合束器65可以对应于本公开的“第二光学元件”的一个具体例子。

从泵浦用半导体激光器63射出的波长约为976nm的泵浦光，可以由准直透镜68照准，由分色镜66高反射，并且由聚光透镜67聚光。由聚光透镜67会聚的泵浦光可以从er光纤放大器61下游侧的端面直接射入er光纤放大器61。通过分色镜66和聚光透镜67射入的波长约为976nm的泵浦光中的剩余的光，可以在er光纤放大器61的上游，由泵浦合束器65向光路外射出。

在上述er光纤放大器系统41a中，如果增加泵浦光的能量，那么泵浦合束器62可能劣化。另一方面，在该er光纤放大器系统41c中，因为与er光纤放大器系统41a的情况不同，没有使用泵浦合束器62，所以可以改善er光纤放大器系统41c的寿命。

另外，如图8所示的er光纤放大器系统42d，也可以将分色镜66和准直透镜67配置在隔离器60与er光纤放大器61之间。分色镜66、聚光透镜67和准直透镜68可以构成为：使来自泵浦用半导体激光器63的波长约为976nm的泵浦光从er光纤放大器61上游侧的端面直接射入er光纤放大器61。

在er光纤放大器系统42d中，可以进一步在er光纤放大器61下游的光路上配置泵浦合束器65。再有，作为该泵浦合束器65的替代，也可以与图6所示的er光纤放大器系统42b同样，包含分色镜64。

由聚光透镜67会聚的泵浦光，可以从er光纤放大器61上游侧的端面直接射入er光纤放大器61。通过分色镜66和聚光透镜67射入的波长约为976nm的泵浦光中的剩余的光，可以在er光纤放大器61的下游，由泵浦合束器65向光路外射出。

在er光纤放大器系统42d中，因为与er光纤放大器系统42b的情况不同，没有使用泵浦合束器62，所以可以改善er光纤放大器系统41d的寿命。

(3.4.3第三变形例)

er光纤放大器系统42的er光纤放大器的级数不限定于图3所示的级数，只要是多级，不管几级都可以。在多级er光纤放大器中，至少末级er光纤放大器的参数f可以为大于等于0.7nm且小于等于1.64nm。

(3.4.4第四变形例)

放大器2不限定于图1所示的结构。可以如图9所示的放大器2e，包含腔室47、输出耦合镜43和高反射镜44～46。另外，放大器2e可以与图2所示的放大器2同样，包含放大器控制部30、充电器31、触发补正器32和含有开关33的脉冲电源模块34，对此未图示。并且，放大器2e可以包含将脉冲激光束ll从固体激光系统导入放大器2e的高反射镜，也可以包含将从放大器2e射出的脉冲激光束导入曝光装置4的高反射镜。

腔室47可以设置有窗口49a、49b。在腔室47中也可以配置1对放电电极48。在该图9中，1对放电电极48也可以在深度方向上对向配置。在放大器2e中，也可以构成有包含输出耦合镜43和高反射镜44～46的环形光谐振器。在该放大器2e中，脉冲激光束可以反复依次经由：输出耦合镜43、高反射镜44、1对放电电极48之间的放电空间、高反射镜45、高反射镜46和1对放电电极48之间的放电空间，而被放大。

[4.第二实施方式]

其次，对包含本公开的第二实施方式的固体激光装置的固体激光系统进行说明。再有，在下文中，对与上述比较例的固体激光系统110的构成要素大致相同的部分，附加同一符号，并适当省略其说明。

(4.1结构)

图10概略地表示固体激光系统70的一个结构例子。固体激光系统70可以包含第二固体激光装置71、波长转换系统75和高反射镜92。第二固体激光装置71可以包含er光纤放大器系统72。

图11概略地表示er光纤放大器系统72的一个结构例子。er光纤放大器系统72可以构成为：设置2个末级er光纤放大器，并且使2个脉冲激光束l2、l3向波长转换系统75射出。er光纤放大器系统72可以包含：光束分离器73，高反射镜74，er光纤放大器69a、69b，泵浦合束器62a、62b，以及泵浦用半导体激光器63a、63b。

光束分离器73可以配置在波长约为1554nm的脉冲激光束的光路上、er光纤放大器58与er光纤放大器69a之间。光束分离器73可以优选地，配置在隔离器60与er光纤放大器69a之间。在光束分离器73的、使波长约为1554nm的脉冲激光束高透射的基板上，可以涂覆有使波长约为1554nm的脉冲激光束中的一部分透射且其他部分反射的膜。该膜可以优选地构成为：使波长约为1554nm的脉冲激光束中的50％透射，50％反射。

高反射镜74可以配置为：由光束分离器73反射的光射入er光纤放大器69b。

er光纤放大器69a可以包含在石英光纤中掺杂有er和yb双方的双包层光纤(dcf)。er光纤放大器69a可以在下游侧，通过泵浦合束器62a与连接于泵浦用半导体激光器63a的光纤耦合。泵浦合束器62a可以构成为：将从泵浦用半导体激光器63a射出的波长约为976nm的泵浦光供给er光纤放大器69a。er光纤放大器69a中通过泵浦光的部分的长度即有效放大光纤长度leff可以为大于等于0.3m且小于等于0.7m，也可以为其他长度。关于er光纤放大器69b、泵浦合束器62b和泵浦用半导体激光器63b也同样。

高反射镜16如图10所示，可以配置为：使从er光纤放大器69a通过泵浦合束器62a射出的第二脉冲激光束l2高反射，并且射入分色镜17。

波长转换系统75可以包含分色镜93。分色镜93可以涂覆有使波长约为220.9nm的脉冲激光束高透射、且使波长约为257.5nm和波长约为1554nm的脉冲激光束高反射的膜。

高反射镜92可以配置为：使从er光纤放大器69b通过泵浦合束器62b射出的第三脉冲激光束l3高反射，并且射入波长转换系统75的分色镜93。

从er光纤放大器系统72的光束分离器73至波长转换系统75的光束分离器93的2个光路的光学距离可以大体上一致。第一光路可以是经由光束分离器73、er光纤放大器69a、高反射镜16、分色镜17、clbo晶体18和分色镜93的光路。第二光路可以是经由光束分离器73、高反射镜74、er光纤放大器69b、高反射镜92和分色镜93的光路。

在这里，光束分离器73可以对应于本公开的光纤放大器系统的“光学元件”的一个具体例子。er光纤放大器69a可以对应于本公开的“第一光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器69b可以对应于本公开的“第二光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器53、58可以对应于本公开的“1个或多个第五光纤放大器”的一个具体例子。

(4.2动作)

从er光纤放大器58通过带通滤波器59和隔离器60射出的脉冲激光束，可以由光束分离器73分支。光束分离器73的透射光可以射入er光纤放大器69a，并且被放大。光束分离器73的反射光可以通过高反射镜74射入er光纤放大器69b，并且被放大。

从er光纤放大器69a射出的波长约为1554nm的第二脉冲激光束l2，可以与波长约为257.5nm的第一脉冲激光束l1大致同时射入clbo晶体18。clbo晶体18可以生成对应于波长约257.5nm与波长约1554nm的和频的波长约为220.9nm的脉冲激光束。从clbo晶体18可以射出波长约为257.5nm、波长约为1554nm和波长约为220.9nm的3个脉冲激光束。

分色镜93可以使从clbo晶体18射出的3个脉冲激光束中的波长约为220.9nm的脉冲激光束高透射，并且使波长约为257.5nm和波长约为1554nm的脉冲激光束高反射。

另外，从er光纤放大器69b射出的波长约为1554nm的第三脉冲激光束l3，可以通过高反射镜92，射入分色镜93。分色镜93可以使该波长约为1554nm的脉冲激光束高反射。该波长约为1554nm的脉冲激光束可以与透过分色镜93的波长约为220.9nm的脉冲激光束大致同时射入clbo晶体19。

其结果是：clbo晶体19可以生成对应于波长约220.9nm与波长约1554nm的和频的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll。

(4.3作用)

根据本实施方式的固体激光系统，可以在er光纤放大器系统72中设置2个末级er光纤放大器69a、69b。因此，与末级er光纤放大器为1个的情况相比，可以抑制受激布里渊散射，同时可以提高第二固体激光装置71射出的第二脉冲激光束l2和第三脉冲激光束l3合计的脉冲能量。

另外，从er光纤放大器69b射出的第三脉冲激光束l3可以通过分色镜93射入clbo晶体19。因此，可以提高射入clbo晶体19的波长约为1554nm的脉冲激光束的脉冲能量。其结果是：可以提高对应于和频的波长约为193.4nm的脉冲激光束ll的脉冲能量。

(4.4变形例)

(4.4.1第一变形例)

虽然如图10、11所示，在固体激光系统70中，可以在er光纤放大器58之后分支脉冲激光束的光路；但是并不限定于该结构，作为其替代，例如也可以在初段er光纤放大器53之后分支。另外，也可以如图12、13所示的固体激光系统70a，在半导体光放大器41之后分支。固体激光系统70a可以包含第二固体激光装置71a。第二固体激光装置71a可以包含：光束分离器76，高反射镜77，以及er光纤放大器系统78a、78b。

光束分离器76可以配置在波长约为1554nm的脉冲激光束的光路上、半导体光放大器41与er光纤放大器系统78a之间。高反射镜77可以配置为：使由光束分离器76反射的光射入er光纤放大器系统78b。

er光纤放大器系统78a、78b可以分别包含：er光纤放大器53、58、69，隔离器54、60，以及带通滤波器55、59。另外，er光纤放大器系统78a、78b也可以包含：泵浦用半导体激光器51、56、63，wdm光耦合器52，以及泵浦合束器57、62。末级er光纤放大器69可以包含在石英光纤中掺杂有er和yb双方的双包层光纤。er光纤放大器69中通过泵浦光的部分的长度即有效放大光纤长度leff可以为大于等于0.3m且小于等于0.7m，也可以为其他长度。

在这里，光束分离器76可以对应于本公开的光纤放大器系统的“光学元件”的一个具体例子。er光纤放大器系统78a的er光纤放大器69可以对应于本公开的“第一光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器系统78b的er光纤放大器69可以对应于本公开的“第二光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器系统78a的er光纤放大器53、58可以对应于本公开的“1个或多个第三光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器系统78b的er光纤放大器53、58可以对应于本公开的“1个或多个第四光纤放大器”的一个具体例子。

从半导体光放大器41射出的脉冲激光束可以由光束分离器76分支。光束分离器76的透射光可以射入er光纤放大器系统78a，并且被放大。光束分离器76的反射光可以通过高反射镜77射入er光纤放大器系统78b，并且被放大。之后的动作与固体激光系统70的情况相同。

(4.4.2第二变形例)

虽然如图10、11所示，在固体激光系统70中，可以分支脉冲激光束的光路；但是并不限定于该结构。作为其替代，也可以如图14所示的固体激光系统70b，设置例如生成第二脉冲激光束l2的系统和生成第三脉冲激光束l3的系统的2个系统。固体激光系统70b可以包含第二固体激光装置71b和同步电路部83。

第二固体激光装置71b可以包含：半导体激光器40a、40b，半导体光放大器41a、41b，以及er光纤放大器系统78a、78b。半导体激光器40a、40b可以与半导体激光器40相同。半导体光放大器41a、41b可以与半导体光放大器41相同。

同步电路部83可以构成为：根据触发信号tr1，向第一固体激光装置11的半导体光放大器23和第二固体激光装置71b的半导体光放大器41a、41b，分别输出所定的触发信号。

在这里，er光纤放大器系统78a的er光纤放大器53、58、69可以对应于本公开的固体激光系统的“第一多级光纤放大器”的一个具体例子。er光纤放大器系统78b的er光纤放大器53、58、69可以对应于本公开的“第二多级光纤放大器”的一个具体例子。clbo晶体18可以对应于本公开的“第一波长转换元件”的一个具体例子。clbo晶体19可以对应于本公开的“第二波长转换元件”的一个具体例子。

在第二固体激光装置71b中，可以从半导体激光器40a射出波长约为1554nm的cw振荡光或脉冲振荡光作为种子光。该种子光可以根据来自同步电路部83的所定的触发信号，由半导体光放大器41a转换且放大成所定的脉冲宽度的脉冲激光束。从半导体光放大器41a射出的脉冲激光束可以射入er光纤放大器系统78a，并且被放大。因此，可以从er光纤放大器系统78a射出波长约为1554nm的第二脉冲激光束l2。

关于半导体激光器40b、半导体光放大器41b和er光纤放大器系统78b也同样。并且，可以从er光纤放大器系统78b射出波长约为1554nm的第三脉冲激光束l3。

同步电路部83可以根据触发信号tr1，以所定时间，分别向半导体光放大器23、41a、41b供给所定的脉冲宽度的触发信号。该所定时间可以调节为：使第一脉冲激光束l1、第二脉冲激光束l2和第三脉冲激光束l3大致同时射入波长转换系统75的clbo晶体18。所定的脉冲宽度可以调节为：使固体激光系统70b射出的脉冲激光束ll的脉冲宽度大于等于1nsec且小于等于30nsec。

之后的动作与固体激光系统70的情况相同。

在固体激光系统70b中，从第二固体激光装置71b射出的脉冲激光束l2、l3的合计脉冲能量，与如图1所示的比较例的第二固体激光装置120的情况相比，可以为约2倍。另外，通过同步电路部83进行半导体光放大器41b的定时控制，可以高精度地控制射入clbo晶体18的脉冲激光束的定时。其结果是：可以提高固体激光系统70b射出的脉冲激光束ll的脉冲能量。

[5.控制部的硬件环境]

本领域的技术人员应该理解，可以将程序模块或软件应用程序组合在通用计算机或可编程控制器中，执行在这里叙述的主题。一般来说，程序模块包含能够执行本公开所记载的流程的例程、程序、组件、数据结构等。

图15是表示可以执行公开的主题的各个方面的示例性的硬件环境的方框图。虽然图15的例示的硬件环境100可以包含：处理单元1000，存储单元1005，用户界面1010，并行i/o控制器1020，串行i/o控制器1030，以及a/d、d/a转换器1040；但是硬件环境100的结构不限定于此。

处理单元1000可以包含中央处理单元(cpu)1001、存储器1002、计时器1003和图像处理单元(gpu)1004。存储器1002可以包含随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。cpu1001可以是市售的处理器的任何一个。双微处理器、其他多处理器架构也可以作为cpu1001使用。

为了执行本公开所记载的流程，图15中的这些构成物也可以互相连接。

在动作中，处理单元1000可以读取保存在存储单元1005中的程序，加以执行。另外，处理单元1000也可以从存储单元1005一起读取程序、数据。另外，处理单元1000也可以将数据写入存储单元1005。cpu1001可以执行从存储单元1005读取的程序。存储器1002可以是将由cpu1001执行的程序和用于cpu1001的动作的数据进行暂时存储的工作区域。计时器1003可以测量时间间隔，并且按照程序的执行向cpu1001输出测量结果。gpu1004可以按照从存储单元1005读取的程序，处理图像数据，并且将处理结果向cpu1001输出。

并行i/o控制器1020可以连接于激光控制部3，同步控制部6，同步电路部13、83，放大器控制部30，以及充电器31等可以与处理单元1000通信的并行i/o器件；也可以控制处理单元1000与这些并行i/o器件之间的通信。串行i/o控制器1030可以连接于激光控制部3，曝光装置控制部5，同步控制部6，以及同步电路部13、83等可以与处理单元1000通信的多个串行i/o器件；也可以控制处理单元1000与这些多个串行i/o器件之间的通信。a/d、d/a转换器1040可以通过模拟端口，连接于各种传感器，以及半导体光放大器23、41、41a、41b等模拟器件；也可以控制处理单元1000与这些模拟器件之间的通信和/或进行通信内容的a/d、d/a变换。

用户界面1010也可以向操作者表示由处理单元1000执行的程序的进展，以使操作者能够对处理单元1000指示程序的停止、中断例程的执行。

示例性的硬件环境100也可以适用于本公开的激光控制部3等的结构。本领域的技术人员应该理解，它们的控制器也可以在分布式计算环境、即由通过通信网连接的处理单元执行作业的环境下被具体化。在本公开中，总体控制激光控制部3等的未图示的曝光装置激光用控制部等也可以通过被称为以太网(注册商标)、因特网的通信网互相连接。在分布式计算环境下，程序模块也可以保存在本地和远程双方的存储器存储设备中。

[6.其他]

上述说明不是限制，而仅仅意味着示例。因此，本领域的技术人员应该理解，在附加的权利要求的范围内，能够对本公开的实施方式进行变更。

在整个本说明书和附加的权利要求书中使用的术语应该理解为“非限定性”术语。例如被称为“包含”或“被包含”的术语应该理解为“不限定于作为包含物所记载的内容”。被称为“具有”的术语应该理解为“不限定于作为具有物所记载的内容”。另外，本说明书和附加的权利要求书所记载的不定冠词“1个”应该理解为意味着“至少1个”或者“1个或1个以上”。