JP4842576B2

JP4842576B2 - 波面補正光学表面を有する光学システム

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Description

本発明は全般的には光学システムに関し、さらに詳しくは、所望のビーム波面特性を有する、ビーム拡大アセンブリー、線幅縮小モジュール、レーザ及びその他の光学システムに関する。

多くの用途において、指定された波面特性を有する光ビームを提供する光学システムが強く望まれる。例えば、コンピュータチップのような半導体デバイスの作成に用いられるＵＶ（紫外線）フォトリソグラフィプロセスにおいて、干渉効果を低減し、可能な最善のフォトリソグラフィ性能を達成するためには、実質的に平坦な波面が極めて望ましい。さらに、そのようなフォトリソグラフィプロセスに用いられるＵＶレーザの性能はレーザ内部を伝搬しているビームの波面特性に依存し、波面特性はレーザの光学素子に依存する。レーザの光学素子は一般に、例えば製造限界及び材料限界のために、理想的ではない。ビームの波面特性はレーザ出力の特性に強く影響する。例えば、レーザの線幅及び中心波長は、レーザ内部を伝搬しているビームの波面プロファイルが変化すると、悪影響を受け得る。さらに、レーザの線幅及び中心波長は、レーザが点灯されたときからレーザが熱平衡に達するときまで暖まるにつれて変化し得る。この熱ドリフトは、ＣａＦ_２光学素子を用いる高パワーＵＶレーザにおいて特に問題になり得る。ＣａＦ_２は３００ｎｍより短い波長の光とともに使用するのに極めて望ましい透明性を有するが、比較的高い熱膨張係数（室温において約１８.９ｐｐｍ/Ｋ）を有する。

ＵＶレーザの光学性能を向上させるための現行の手法の１つは、レーザの自然線幅を狭めるために通常用いられる線幅縮小モジュールに適応光学系または可撓回折格子を挿入することである。この手法は有効であり得るが、そのような能動可調節素子は非常に高価であり、複雑な駆動機構が必要となり、厳密に工作されたレーザ構造の架台との結合が困難であり得る。さらに、そのような能動可調節素子は故障及び不安定性のリスクを高める傾向を有し得るし、レーザの静的及び動的な波面誤差を十分に補正することはできないであろう。

本発明の課題は、所望の波面プロファイルを与えるように適合させることができ、能動可調節素子を用いずに静的及び動的波面誤差を補正することができる、光学システムを提供することである。

本発明の一態様はビームを拡大するためのビーム拡大アセンブリーに関し、ビーム拡大アセンブリーは入力、出力及びビーム経路を有し、ビーム拡大アセンブリーは入力からビーム経路に沿って出力に伝搬しているビームを拡大するように構成された１つまたはそれより多くのプリズムのセットを備え、１つまたはそれより多くのプリズムの内の少なくとも１つが、ビーム拡大アセンブリーが低温状態にあるときには実質的に非平面である波面補正光学表面を有する。

本発明の別の態様は内部ビーム経路及びレーザビーム出力を有するレーザに関し、レーザはビーム経路に配置された共振器及び少なくとも１つの屈折光学素子を備え、屈折光学素子が波面補正光学表面を有する。

本発明の別の態様はビーム経路及び出力を有する光学システムに関し、光学システムは光源及び１つまたはそれより多くの屈折光学素子のセットを備え、セットは少なくとも１つの非平面表面を有し、屈折光学素子のセットはビーム経路に沿う位置において実質的に平面の波面を光に与えるように選ばれる。

本発明の別の態様は、光学システムのための複数の素子を選択する工程、光学システムのための構成を選択する工程、選択された構成で選択された光学素子からなる光学システムの性能を決定する工程、光学素子の内の少なくとも１つが光学システムの性能の向上に適合された波面補正光学表面を有する屈折光学素子であることを保証する工程、及び光学素子を組み立てて選択された構成を有する光学システムにする工程を含む、光学システムの作成方法に関する。

本発明の光学システム及び光学システムの作成方法により、従来の光学システム及び方法に優る多くの利点が得られる。例えば、本発明の光学システムは向上した性能を有することができ、所望の波面プロファイルを与えるように適合させることができる。（作成されたままの光学システムの光学コンポーネントの欠陥により生じる）静的波面誤差及び（光学コンポーネントの作成されたままの形状寸法からの高温状態歪により生じる）動的波面誤差のいずれも、特定の光学素子に対するだけでなく、全体としての光学システムに対しても、最小限に抑えることができる。本発明の光学システムは、適応光学系または可撓回折格子のような能動可調節素子を用いずに作成することができ、したがって、比較的高い安定性を有することができ、コストを下げることができる。本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は当業者には説明から容易に明らかであろうし、あるいは、記述及び特許請求の範囲に述べられ、添付図面にも示されるように本発明を実施することによって認められるであろう。

上述の一般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本発明の例示に過ぎず、特許請求される本発明の性質及び特徴の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。

添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本発明の一部をなす。図面は必ずしも比例尺で描かれていない。図面は本発明の１つまたはそれより多くの実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。

本発明の一実施形態が図１に略図で示される。ビーム拡大アセンブリー２０は、１つまたはそれより多くのプリズム２２のセット、入力２４，出力２６及びビーム経路２８を有する。１つまたはそれより多くのプリズムのセットは入力２４からビーム経路２８に沿って出力２６に伝搬しているビームを拡大するように構成される。セットのプリズムの内の少なくとも１つは、ビーム拡大アセンブリーが低温状態にあるときには実質的に非平面である波面補正光学表面２９を有する。本明細書で用いられるように、光学表面はそれを通してビームがビーム経路に沿って送られるプリズム表面である。波面補正光学表面はプリズムの内の１つの光学表面の１つだけに形成することができ、あるいは、波面補正光学表面はプリズムセットの複数の光学表面に形成することができる。

図２は、低温状態、高温状態及び高温定常状態を示す概念図である。本明細書に用いられるように、使用されていないときにデバイスは低温状態にあり、熱平衡にある（すなわち、使用後の冷却がさらに進むことはない）。例えば、エキシマーレーザはレーザ発振していないときに低温状態にある。動作時にデバイスは高温状態にあり、デバイス内を伝搬している光は光学素子によって吸収され、したがってデバイスを加熱する。光学素子が本質的に熱的定常状態に達するのに十分に長い間デバイスが定パワーで動作しているときに、デバイスは高温定常状態にある。熱的定常状態では個々のレーザパルスの吸収による若干の温度ジッタがあり得るが、本質的に長時間変化はない。

波面補正光学表面はビームの波面を調節するように構成された非平面プリズム表面である。ビームの波面調節は光学システム（例えば、エキシマーレーザのような、レーザ）の出力において所望の波面プロファイル（例えば平面の波面）を与えるために望ましいことがあり得る。波面調節は、例えば、製造限界または材料限界により、デバイス内の他の光学素子が理想的ではあり得ないという事実を補償するために必要となり得る。例えば、エキシマーレーザにおいて、線幅縮小モジュールの回折格子、前面反射器、並びに多くのミラー及びビーム転向プリズムまたはビーム結合プリズムは理想的ではない表面を有し得る。プリズムセットの１つまたは複数の波面補正光学表面はこれらの表面の非理想性を補正し、光学システムの出力または光学システム内のある点において所望のあるいは改善された波面プロファイルを与えるように選ぶことができる。

本発明の波面補正光学表面は、ビームと相互作用する表面領域にわたり、少なくとも約１０ｎｍの平面性からの山対谷偏差を有する非平面表面である。波面補正光学表面は、ビームと相互作用する表面領域にわたり、少なくとも約２５ｎｍの平面性からの山対谷偏差を有することが望ましい。波面補正表面は、波面プロファイルの相対位相を調節するのに十分に非平面であるが、ビームを有意に曲げるかまたは屈折するほどの曲面は有していないことが望ましい。したがって、本発明の波面補正光学表面は、ビームと相互作用する表面領域にわたり、約１０μｍ以下の平面性からの山対谷偏差を有する。平面からの山対谷偏差は約３μｍ以下であることがさらに望ましい。本発明のある望ましい実施形態において、平面性からの山対谷偏差は約１μｍ以下である。

当業者は、デバイスの出力において所望のまたは改善された波面プロファイルを与えるための１つまたは複数の波面補正光学表面の形状を決定するであろう。波面補正光学表面は凹面または凸面のプロファルあるいはさらに複雑なプロファイルとすることができる。プロファイルは、二次項（例えばｘ^２）、三次項（例えばｘ^３）及び四次項（例えばｘ^４）のような羃項を有することが望ましいであろう。線幅縮小モジュールに用いられる場合、プロファイルは、回折格子の分散方向においてプリズムの光学面辺の１つに沿う、ｘ軸に沿って形成されることが望ましいであろう。当業者は、所望の光学表面プロファイルを有する波面補正光学表面を与えるために、非決定論的研磨法のような、従来の方法を用いることができる。当業者は、多くの用途において、波面補正光学表面が必ずしも理想的に望ましい波面を与える必要はないことに気付くであろう。むしろ、図３に示されるように、波面の誤差のほとんどを除去するためには、比較的単純な（例えばｘ^２またはｘ^４プロファイル、あるいはこれらの組合せの）波面補正光学表面を用いることがより実用的であり得る。１つの面だけに、例えば、線幅縮小モジュールの回折格子の分散方向に、波面補正を与えることも望ましいであろう。低次効果（例えば、ｘ^２，ｘ^３，ｘ^４）、特に低偶数次項（例えば、ｘ^２，ｘ^４）だけを補正することも望ましいであろう。最も適切な方向だけに低次波面を与えることにより、それほど厳格ではない製造許容差及び動作安定性が可能になり得る。波面は、面に沿う５００ｎｍ以下の山対谷最大位相差を有することが望ましい。

多くの光学システムにおいては、光の吸収により屈折光学素子の加熱及び熱膨張がおこる。この膨張により、図４に示されるように、屈折光学素子の表面の歪が生じ得る。プリズム４０は低温状態において平面の光学表面を有するが、高温状態においては、ビーム４２から光を吸収し、温度が上昇し、高温定常状態における最大曲率に達するまで、ビーム相互作用領域４４において凸面になる。曲率は、有意なレンズ作用またはその他のビーム曲げ効果を生ずるのに十分にはなり得なくとも、ビームに波面誤差（例えば曲面の波面）を生じさせるには十分である。当業者は、所望の高温状態性能または高温定常状態性能を与えるために１つまたは複数の波面補正光学表面を用いることができる。例えば、波面補正光学表面は低温状態において、ビーム拡大アセンブリーが高温状態にあるときに波面補正光学表面が実質的に平面であるようなプロファイルをもつ、凹面につくることができる。波面補正光学表面は、図５に示すように、ビーム拡大アセンブリーが高温定常状態にあるときに波面補正光学表面が実質的に平面であるようなプロファイルを有することが望ましいであろう。しかし、低温状態及び高温定常状態のいずれにおいても改善された性能を与えるためには、図６に示されるように、高温定常状態ではない高温状態において波面補正光学表面が実質的に平面であることが望ましいであろう。光学システムの性能変化範囲を最小にするためには、光学システムが最大パワーの約１/２（例えば４０〜６０％）における高温定常状態で動作しているときに波面補正光学表面が実質的に平面であることが望ましいであろう。当業者は、波面補正光学表面に適切な形状を決定するために、熱及び光学モデル作成または暗探法を用いることができる。所望の高温状態性能または高温定常状態性能を得るためには、ビームと相互作用する表面の全てが波面補正光学表面である必要はない。むしろ、光学表面の全てより少ない数の光学表面を、１つより多くの光学表面の膨張を考慮するように適合された波面補正光学表面とすることができる。

図７に示される本発明の一実施形態において、プリズムビームアセンブリー５０は、光学システム５２の一部である。光学システム５２は、作成されたままの（すなわち低温状態における）システムの光学コンポーネント５４における欠陥により生じる静的波面誤差及び光学コンポーネント５４の作成されたままの形状寸法からの高温状態歪により生じる動的波面誤差を有する。図７の本発明の実施形態において、プリズムビームアセンブリー５０のプリズムセットは、システムの静的波面誤差を補正するように構成された少なくとも１つの第１の波面補正光学表面を有する第１のプリズムサブセット５６及びシステムの動的波面誤差を補正するように構成された少なくとも１つの第２の波面補正光学表面を有する第２のプリズムサブセット５８を有する。

本発明に用いられるプリズムは、適するいずれかの光学材料で形成することができる。本発明の望ましい（例えば、エキシマーレーザシステムに用いるための）実施形態において、プリズムは高純度石英ガラス、フッ化カルシウムまたはフッ化マグネシウムでつくられる。本発明は、フッ化カルシウムのような、室温でのＣＴＥ（熱膨張係数）が約５ｐｐｍ/Ｋより大きいプリズム材料とともに使用するために特に有用である。本発明は、（反射防止膜のような）機能性被覆を有するプリズムにも、そのような被覆自体がエネルギーを吸収し、温度が上がり、プリズム表面の歪を生じさせるから、特に有用である。

本発明の別の実施形態が図８に示される。レーザのための線幅縮小モジュール６０は入力６２及び出力６４を有する。図８の実施形態において、入力と出力は同じ場所を占める。線幅縮小モジュール６０は、上述したようなビーム拡大アセンブリー６６及び、回折格子またはエタロンのような、反射型波長選択素子６８を備える。図８の実施形態は折返しミラー７０も備える。入力において線幅縮小モジュールに入る光ビームは、ビーム拡大アセンブリー６６により拡大され、折返しミラー７０によって反射され、次いで反射型波長選択素子６８と相互作用する。図８の実施形態において、反射型波長選択素子６８は、所望のレーザ波長がビーム経路に沿って後方反射され、よって狭い線幅を有するビームが出力において線幅縮小モジュール６０を出るように、リトロー条件の下で動作する回折格子である。線幅縮小モジュールのビーム拡大アセンブリーの１つまたは複数の波面補正光学表面は折返しミラー及び反射型波長選択素子の欠陥による波面誤差を補正するように構成することができるが、レーザに装着されるレーザのその他の光学素子から生じる波面欠陥を補正することもできる。ビーム拡大アセンブリーのプリズムの波面補正光学表面を用いる波面誤差の補正により、当業者は他の波面補正手法の使用を回避することができる。したがって、本発明の望ましい実施形態において、線幅縮小モジュール６０が波面補正表面、可撓回折格子または適応光学系を有する反射光学素子を備えることはない。

線幅縮小モジュールにおける主要な波面誤差源の１つは、反射型波長選択素子として普通に用いられる反射型回折格子である。当業者は、回折格子によって生じる波面誤差の補償により全体としてのデバイスの波面誤差のほとんどを除去することができる。したがって、本発明の一実施形態において、波面補正光学表面は反射型波長選択素子の波面誤差を実質的に相殺するように適合される。当業者は、反射型波長選択素子の波面誤差を決定するために反射型波長選択素子に個別の測定を実施することができ、波面補正光学表面を適切に形成することができる。多くの反射型波長選択素子とともに用いるためには、反射型波長選択素子の分散面に実質的に垂直な軸のまわりで波面補正光学表面が曲面をなしていることが望ましいであろう。多くの場合、反射型波長選択素子の分散面に実質的に垂直な軸のまわりで波面補正光学表面が曲面をなしていることだけで十分であり得る。図８において、反射型波長選択素子の分散面は図が描かれている面である。

本発明の別の実施形態が、図９に略図で示される。レーザ８０は前面半反射器８２及び上述したような線幅縮小モジュール８６を備える。レーザは、前面半反射器８２と線幅縮小モジュール８６の間に動作可能なように配置されたレーザ利得モジュール８４も備える。レーザ利得モジュールはいずれかの望ましい利得媒体を、利得媒体に励起エネルギーを与えるためのエネルギー印加装置（例えば電極対）とともに有することができる。本発明の望ましい実施形態において、レーザはＵＶ波長（例えば、３００ｎｍより短波長または２００ｎｍより短波長）において動作する高パワー（例えば、出力＞１Ｗ、または出力が１０Ｗより大きい）レーザである。例えば、レーザは、ＫｒＦエキシマーレーザ、ＡｒＦエキシマーレーザ、またはＦ_２レーザとすることができる。本発明に用いるのに望ましいレーザシステムは、米国特許第５５５９８１６号明細書、米国特許第５９７００８２号明細書、米国特許第６４０４７９６号明細書、米国特許第６４２４６６６号明細書、米国特許第６４９３３７４号明細書及び米国特許第６６７１２９４号明細書に説明され、これらの明細書のそれぞれはその全体が本明細書に参照として含まれる。

当業者は所望の波面プロファイルを有するレーザ出力を得るために図９のレーザの波面補正光学表面を用いることができる。例えば、波面補正光学表面は、レーザからのビーム出力が実質的に平面の出力を有するように選ぶことができる。本発明の望ましい一実施形態において、波面補正光学表面は、上述したように、レーザが高温状態にあるときにレーザからのビーム出力が実質的に平面の波面を有するように、レーザの光学素子の吸収誘起歪を考慮して選ばれる。本発明のある望ましい実施形態において、波面補正光学表面は、レーザが高温定常状態にあるときにレーザからのビーム出力が実質的に平面の波面を有するように選ばれる。例えば、レーザからのビーム出力の山対谷は、ビームの中心０.１ｐｍ波長ウインドウにかけて５００ｎｍより小さいことが望ましい。

レーザキャビティ内の波面の品質はレーザの線幅に影響する。当業者は、出力パワーが少なくとも１Ｗのレーザが１ｐｍないしさらに狭いＥ９５線幅を有し、０.５ｐｍないしさらに狭いＦＷＨＭ線幅を有するように、波面補正光学表面を選ぶことができる。レーザは少なくとも３Ｗの出力パワーを有することが望ましい。本発明の特に望ましい実施形態において、レーザは１０Ｗの出力パワーを有する。レーザは約０.７ｐｍないしさらに狭いＥ９５線幅を有することが望ましい。レーザは約０.３ｐｍないしさらに狭いＦＷＨＭ線幅を有することが望ましい。

当業者は、本発明の波面補正光学表面がレーザ内の、または出力における、いかなる波面誤差も補正するのに十分であり得ることを認めるであろう。したがって、本発明の一実施形態にしたがうレーザが、波面補正表面、可撓回折格子または適応光学系を有する反射光学素子を有することはない。

当業者であれば認めるであろうように、レーザの１つまたは複数の波面補正光学表面はビーム拡大アセンブリーのプリズム上に配置される必要はない。そのような、図１０に略図で示される、本発明の別の実施形態は、内部ビーム経路１０２及びレーザビーム出力１０４を有するレーザ１００である。レーザ１００はレーザビーム経路に配置された共振器１０８及び少なくとも１つの屈折光学素子１０６を備える。屈折光学素子は波面補正光学表面を有する。屈折光学素子はビーム拡大アセンブリーのプリズムとすることができ、あるいは、遅延ループプリズム、ビーム拡大プリズム、ビーム転向プリズム、窓、レンズまたは高パワーレーザシステムの出力におけるプリズムのような、レーザの他のいずれかの屈折光学素子とすることができる。波面補正光学表面は、上述したように、デバイスにおける静的及び／または動的な波面誤差を補正するように選ぶことができ、波面補正光学表面の相異なるセットを相異なるタイプの誤差を補正するように適合させることができる。波面補正光学表面は低温状態において凹面とすることができ、レーザの温度が低温状態から高くなるとともに凹面から平面に近づく。波面補正光学表面は、ｘ^２項、ｘ^４項または両者を有するプロファイルを有することができ、ｘ^２項及び／またはｘ^４項だけを有することができる。屈折光学素子は、例えば、ＣａＦ_２またはＭｇＦ_２でつくることができ、反射防止膜のような機能性被覆を屈折光学素子上に形成することができる。本発明のレーザは、波面補正表面、可撓回折格子または適応光学系を有する反射光学素子を備えていないことが望ましい。

上述したように、当業者は所望のレーザ出力を与えるように波面補正光学表面を適合させることができる。例えば、本発明の一実施形態にしたがえば、レーザが高温状態にあるときに、レーザビーム出力からレーザを出るビームは実質的に平面の波面を有する。本発明のある望ましい実施形態において、波面補正光学表面は、レーザが高温定常状態にある時に、レーザビーム出力からレーザを出るビームが実質的に平面の波面を有するように選ばれる。上述したように、当業者は所望の狭い線幅をもつレーザ出力を与えるように波面補正光学表面を適合させることができる。例えば、本発明の望ましい実施形態において、レーザビーム出力からレーザを出るビームは、少なくとも１Ｗのパワー、約１ｐｍないしさらに狭いＥ９５線幅及び０.５ｐｍないしさらに狭いＦＷＨＭ線幅を有する。レーザは少なくとも３Ｗの出力パワーを有することが望ましい。本発明の特に望ましい実施形態において、レーザは１０Ｗの出力パワーを有する。レーザは約０.７ｐｍないしさらに狭いＥ９５線幅を有することが望ましい。レーザは約０.３ｐｍないしさらに狭いＦＷＨＭ線幅を有することが望ましい。

当業者は、ビーム拡大アセンブリー、線幅縮小モジュール及びレーザ以外の光学システムにおける波面補正光学表面の使用が有利であり得ることに気付くであろう。本発明の別の実施形態は、光源１２１，ビーム経路１２２，出力１２３及びビーム経路に配置された１つまたはそれより多くの屈折光学素子１２４のセットを有し、セットが少なくとも１つの波面補正光学表面を有し、屈折光学素子のセットがビーム経路に沿う位置において実質的に平面の波面を光に与えるように選ばれている、光学システム１２０に関する。屈折光学素子のセットは光学システムの出力において実質的に平面の波面を光に与えるように選ばれることが望ましいであろう。この実施形態にしたがう光学システムは、上述したような、ビーム拡大アセンブリー、線幅縮小モジュールまたはレーザとすることができ、あるいは、レンズシステムまたは検出装置のような別の光学システムとすることができる。本発明のこの実施形態の波面補正光学表面は、本発明の、レーザ、線幅縮小モジュール及びビーム拡大アセンブリーの実施形態に関して上述した態様で用いることができる。

本発明の波面補正光学表面は、プリズム及び窓のような屈折光学素子上に配置される。光学システムにおける波面補正光学表面の使用は、屈折光学素子が少なくとも約１Ｗ/ｃｍ^２のフルーエンスを有する（例えば、３００ｎｍより短波長または２００ｎｍより短波長の）ＵＶ光にさらされるときに望ましいことであり得る。フルーエンスが少なくとも約１０Ｗ/ｃｍ^２のときには特に望ましい。歪は熱膨張に関連し、熱膨張は屈折光学素子の吸光度及び熱特性に支配されるから、波面補正光学表面の使用はビーム経路が少なくとも約１０ｍｍの屈折光学素子内経路長を有するときに特に有利であり得る。

本発明は、波面補正光学表面を有する光学システムを作成するための方法も提供する。例えば、本発明の一実施例にしたがえば、光学システムの作成方法は、光学システムのための複数の光学素子を選択する工程、光学システムのための構成を選択する工程、選択された構成において選択された光学素子からなる光学システムの性能を決定する工程、光学素子の内の少なくとも１つが光学システムの性能を向上させるように適合されている波面補正光学表面を有することを保証する工程、及び光学素子を組み立てて選択された構成を有する光学システムにする工程を含む。波面補正光学表面は、例えば、システムの出力において平面の波面を与えるように適合させることができる。

当業者であれば、これらの工程が様々な手段で実施され得ること及び上掲の順序で実施される必要はないことを認めるであろう。例えば、本発明にしたがう一実施形態において、当業者は光学素子及び構成を選択し、いかなる波面誤差も含むシステムの性能を決定するために光学モデルを用いることができる。光学モデルは光学素子のいかなる欠陥も考慮に入れることが望ましい。当業者は次いで、光学素子の内の１つに波面補正光学表面を形成することができ、あるいは波面補正光学表面を有する光学素子（例えば窓）を追加することができ、次いで、光学素子を物理的に組み立てて光学システムにすることができる。

本発明の別の方法において、光学システムの性能を決定する工程は光学素子の全てより少数の素子に注目することによって実施される。例えば、上述した線幅縮小モジュール実施形態のいくつかにおいて、光学システムの性能の決定は回折格子だけで生じる波面誤差の決定によって実施され、波面補正光学表面はその誤差だけを補正するように適合される。本発明の別の実施形態において、最大の波面誤差を生じさせることが知られている１つまたは複数の光学素子だけを性能の決定において考慮することができる。

あるいは、当業者は光学システムの性能を決定するために光学システムの実試験を用いることができる。例えば、選択された光学素子を選択された構成に組み立てることができ、次いで光学システムを試験することができる。システムの波面誤差の定量化に基づいて、当業者は光学素子の内の１つに波面補正光学表面を形成することができ、あるいは波面補正光学表面を有する光学素子（例えば窓）を光学システムに追加することができる。このプロセスは、システム性能における所望の改善を得るために反復して実施することができる。

本発明の方法はレーザを作成するために当業者によって用いられ得る。例えば、当業者は、前面半反射器、レーザ利得モジュール及び線幅縮小モジュールを選び、レーザのための構成を選び、レーザ内の何らかの屈折光学素子上に波面補正光学表面を形成することができる。波面補正光学表面は、前面半反射器、レーザ利得モジュールまたは線幅縮小モジュールの屈折光学素子上に形成することができ、あるいは何か別の屈折光学素子上に形成することができる。波面補正光学表面は、レーザビーム出力を出てくるビームが実質的に平面の波面を有するように適合させることができる。波面補正光学表面は、レーザ装置が高温状態（例えば高温定常状態）にあるときにレーザビーム出力を出てくるビームが、少なくとも１Ｗのパワー、１ｐｍないしさらに狭いＥ９５線幅及び０.５ｐｍないしさらに狭いＦＷＨＭ線幅を有するように適合させることもできる。

本発明の方法は、線幅縮小モジュールを作成するために当業者によって用いられ得る。例えば、当業者は、複数の光学素子にビーム拡大アセンブリー及び反射型波長選択素子並びに、必要に応じて、折返しミラーを含め、線幅縮小モジュールのための構成を選択し、線幅縮小モジュール内の屈折光学素子上に波面補正光学表面が形成されることを保証することができる。波面補正光学表面は、ビーム拡大アセンブリーの屈折光学素子上に形成することができ、あるいは何か別の屈折光学素子上に形成することができる。波面補正光学表面は回折格子の波面誤差（静的波面誤差の例）を実質的に相殺するように適合させることができ、使用中の屈折光学素子（例えばビーム拡大アセンブリーのプリズム）の熱膨張による動的波面誤差を実質的に相殺するように適合させることもできる。

本発明のある実施形態において、光学システムの静的誤差及び動的誤差のいずれをも低減するためにビーム拡大アセンブリーのプリズム上で波面補正光学表面を使用することを当業者が望むかもしれない。そのような場合には、アセンブリーの最終の（すなわち、ビームが最も拡大される）プリズム上に光学システムの静的波面誤差を補正するように適合された波面補正光学表面を形成することが望ましいであろう。当業者はビームのフルーエンスが最も高いプリズムを決定することができ、そのプリズム上に動的波面誤差を補正するための波面補正光学表面を形成することが望ましいであろう。

本発明の別の実施形態にしたがえば、当業者は、所望のレーザ出力を与えるためにレーザを作成する場合に光学素子のセットの選択を用いることができる。当業者は、特に光学システムの波面誤差に決定に応じて、波面補正光学表面を形成する必要はないことに気付くであろう。むしろ、当業者は波面補正を与えるために既知の表面プロファイルを有する既製の屈折光学素子をセットで選択することができる。したがって、本発明の一実施形態にしたがえば、光学素子の内の少なくとも１つが光学システムの性能を向上させるように適合された波面補正光学表面を有する屈折光学素子であることを保証する工程は、所望の正味の波面補正を与えるために既製の屈折光学素子をセットで選択する工程を含む。

本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。例えば、当業者は本発明の材料にその他の陽イオン種または陰イオン種を添加することができる。本発明の電気光学セラミック材料は遠距離通信波長での使用に関して説明したが、当業者は他の波長領域においてもそれらの材料を使用できることに気付くであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含すると目される。

本発明の一実施形態にしたがうビーム拡大アセンブリーの略図である低温状態、高温状態及び高温定常状態にある光学システムを示す概念図であるｘ^２プロファイルを有する波面補正光学表面を用いる実質的な波面補正を示す概念図である屈折光学素子の熱誘起歪を示す概念図である屈折光学素子の熱誘起歪の波面補正を示す概念図である屈折光学素子の熱誘起歪の波面補正を示す概念図である本発明の一実施形態にしたがう光学システムの略図である本発明の一実施形態にしたがう線幅縮小モジュールの略図である本発明の一実施形態にしたがうレーザの略図である本発明の別の実施形態にしたがうレーザの略図である

符号の説明

２０，６６ビーム拡大アセンブリー
２２，４０，プリズム
２４，６２入力
２６，６４出力
２８，１０２ビーム経路
２９波面補正光学表面
４２ビーム
４４ビーム相互作用領域
５０プリズムビームアセンブリー
５２光学システム
５６，５８プリズムサブセット
６０，８６線幅縮小モジュール
６８反射型波長選択素子
７０折返しミラー
８０，１００レーザ
８２前面半反射器
８４レーザ利得モジュール
１０４レーザビーム出力
１０６屈折光学素子
１０８共振器

Claims

ビームを拡大するための、入力、出力及びビーム経路を有するビーム拡大アセンブリーであって、前記入力から前記ビーム経路に沿って前記出力に伝搬している前記ビームを拡大するように構成された１つまたはそれより多くのプリズムのセットを備えた、ビーム拡大アセンブリーにおいて、
前記１つまたはそれより多くのプリズムの内の少なくとも１つが、前記ビーム拡大アセンブリーが不使用状態にあるときには非平面である波面補正光学表面を有し、前記ビーム拡大アセンブリーが使用定常状態にあるときには前記波面補正光学表面が平面であることを特徴とするビーム拡大アセンブリー。
前記波面補正光学表面が凹面であることを特徴とする請求項１に記載のビーム拡大アセンブリー。
前記１つまたはそれより多くのプリズムがＣａＦ_２またはＭｇＦ_２でつくられていることを特徴とする請求項１に記載のビーム拡大アセンブリー。
前記ビーム拡大アセンブリーが光学システムの一部であり、前記プリズムセットの第１のサブセットが前記光学システムにおける静的波面誤差を補正するように構成され、前記プリズムセットの第２のサブセットが前記光学システムにおける動的波面誤差を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のビーム拡大アセンブリー。
ビーム経路及び出力を有する光学システムにおいて、前記光学システムが、
光源及び、
１つまたはそれより多くの屈折光学素子のセットを有してなり、
前記屈折光学素子のセットが、当該セットが不使用状態にあるときには、波面誤差を生じる非平面表面であって、当該セットが使用定常状態のときには、前記波面誤差が除去される少なくとも１つの表面を有し、
前記屈折光学素子のセットが使用定常状態にあるときに、前記屈折光学素子セットが前記ビーム経路に沿う位置において所定の波面を前記光に与えるように選択されていることを特徴とする光学システム。
前記ビーム経路が少なくとも１０ｍｍの前記屈折光学素子内経路長を有することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記光学システムの前記出力において前記光が平面の波面を有することを特徴とする請求項６に記載の光学システム。