脉冲光生成装置、脉冲光生成方法、具备脉冲光生成装置的曝光装置及检查装置与流程

本发明涉及脉冲光生成装置、脉冲光生成方法、具备脉冲光生成装置的曝光装置及检查装置。

背景技术：

为了将从半导体激光器等输出的脉冲光用作检查装置、加工装置的光源，要求脉冲光的强度大且波长光谱宽度小。为了得到强度大的脉冲光，必须利用光纤放大器将从半导体激光器输出的脉冲光放大。但是，在放大过程中，会在脉冲光产生因自相位调制而引起的相位调制，其结果是，存在脉冲光的波长光谱扩展的问题。

专利文献1中公开了具备包含非互易性光元件的非线性光环路镜(non-linearopticalloopmirror)的激光谐振器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2013-187542号公报

技术实现要素：

专利文献1所公开的激光谐振器无法生成时间强度波形互不相同的两种脉冲光。

根据本发明的第1方式的脉冲光生成装置具备：光耦合器，其至少具备第1端口、第2端口、第3端口及第4端口这4个输入输出端口；连接光路，其连接上述第3端口与上述第4端口；和相位调制元件，其配置在上述连接光路，上述光耦合器将输入到上述第1端口的输入脉冲光分支，并作为第1方向脉冲光及第2方向脉冲光分别输出到上述第3端口及上述第4端口，上述相位调制元件对上述第1方向脉冲光及上述第2方向脉冲光的至少一者实施相位调制，由此，分别从上述第1端口及上述第2端口输出波形互不相同的输出脉冲光。

根据本发明的第2方式的脉冲光生成方法中，向至少第1端口、第2端口、第3端口及第4端口这4个输入输出端口输入输入脉冲光并分支，从上述第3端口及上述第4端口分别向连接上述第3端口与上述第4端口的连接光路输出第1方向脉冲光及第2方向脉冲光，在上述连接光路，对上述第1方向脉冲光及上述第2方向脉冲光的至少一者实施相位调制，分别从上述第1端口及上述第2端口输出波形互不相同的输出脉冲光。

附图说明

图1是第1实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图2是光纤熔融型耦合器的概略结构图。

图3是示意性地表示光耦合器的端口配置和各端口间的光的传播的示意图。

图4是说明2个脉冲光的合波的概念图，图4的(a)及图4的(b)表示被合波的2个脉冲光各自的振幅，图4的(c)表示合波光的时间强度变化。

图5是说明2个脉冲光的合波的概念图，图5的(a)及图5的(b)表示被合波的2个脉冲光各自的振幅，图5的(c)表示合波光的时间强度变化。

图6是表示脉冲光的一部分的相位调制的概念图，图6的(a)表示脉冲光的时间强度变化，图6的(b)表示对脉冲光的中央部进行相位调制。

图7是对脉冲光进行相位调制时的概念图，图7的(a)及图7的(b)表示被合波的2个脉冲光各自的振幅，图7的(c)表示合波光的时间强度变化。

图8是对脉冲光进行相位调制时的概念图，图8的(a)及图8的(b)表示被合波的2个脉冲光各自的振幅，图8的(c)表示合波光的时间强度变化。

图9是表示相位调制的一例的概念图，图9的(a)表示脉冲光的时间强度变化，图9的(b)表示对脉冲光的中央部进行相位调制。

图10是表示脉冲光的一部分的相位调制的概念图，图10的(a)表示脉冲光的时间强度变化，图10的(b)表示对脉冲光的中央部以外的部分进行相位调制。

图11是表示相位调制的一例的概念图，图11的(a)表示脉冲光的时间强度变化，图11的(b)表示对脉冲光的中央部以外的部分进行相位调制。

图12是第2实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图13是表示主脉冲光及副脉冲光的时间强度变化的测定结果的图表。

图14是第3实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图15是表示第3实施方式的相位调制的概念图。

图16是第4实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图17是第5实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图18是第6实施方式的脉冲光生成装置的概念图。

图19是表示波长转换部的构成的一例的概略图。

图20是作为具备脉冲光生成装置的系统的第1应用例而示例出的曝光装置的概要结构图。

图21是作为具备脉冲光生成装置的系统的第2应用例而示例出的曝光装置的概要结构图。

图22是作为具备脉冲光生成装置的系统的第3应用例而示例出的曝光装置的概要结构图。

图23是作为具备脉冲光生成装置的系统的第4应用例而示例出的检查装置的概要结构图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照附图对本发明的第1实施方式的脉冲光生成装置进行说明。图1是第1实施方式的脉冲光生成装置的概念图。如图1所示，脉冲光生成装置100具备光耦合器101、与光耦合器101连接的连接光路102、配置在连接光路102的相位调制元件103、和用于向第1端口1输入光的输入部104。光耦合器101具备能够输入及输出光的第1端口1、第2端口2、第3端口3及第4端口4这4个端口。

连接光路102设置为连接第3端口3与第4端口4。作为光耦合器101，能够使用分支比为50∶50的光纤熔融型耦合器。另外，作为输入部104能够使用光环形器等。作为光耦合器101，不限于使用熔融型，也能够使用具备半反射镜的分支比为50∶50的耦合器。另外，在使用分支比不是50∶50的光耦合器101的情况下，随着分支比从50∶50偏离，在第1脉冲光(以下也称为主脉冲光)会产生基座(pedestal)成分。所谓基座成分是指强度比在脉冲光的前后产生的峰值强度小的梯形状的成分。因而，光耦合器101优选使用分支比50：50的耦合器。

相位调制元件103配置在使从相位调制元件103至第3端口3的光学距离与从相位调制元件103至第4端口4的光学距离不同的位置。作为相位调制元件103，能够使用电光调制器(eo调制器)等调制器。另外，为了抑制光路上的空气晃动而引起的相位变化，连接光路102优选通过使用光纤连接为环状而构成，但也能够组合反射镜等来形成连接光路102。该情况下，可以将连接光路的部分配置在真空中。

图2是一般用作光耦合器101的光纤熔融型耦合器的概略结构图。在光纤熔融型耦合器中，将2根光纤加热熔融并熔接延伸。光耦合器101具备用于输入输出光的第1端口1、第2端口2、第3端口3及第4端口4这4个端口。输入到第1～第4端口的任一端口的光被分支并从光耦合器101输出。例如，从第1端口1输入到光耦合器101的光被分支到第3端口3及第4端口4并输出。或者，从第3端口3和第4端口4同时输入到光耦合器101的光被合波后分支而从第1端口1及第2端口2输出。

图3是示意性地表示光耦合器101的端口配置和各端口间的光的传播的示意图。在光耦合器101，第1端口1和第2端口2配置在一侧，第3端口3和第4端口4配置在相反侧。在本说明书中，第1端口1和第3端口3、及第2端口2和第4端口4表现为彼此相对。此外，第1端口1和第4端口4、及第2端口2和第3端口3表现为彼此不相对或非相对。

在光耦合器101，当脉冲光输入到第1端口1时，该脉冲光被分支到与第1端口1相对的第3端口3和与第1端口1非相对的第4端口4而传播。当脉冲光输入到第2端口2时，该脉冲光被分支到与第2端口2相对的第4端口4和与第2端口2非相对的第3端口3而传播。当脉冲光输入到第3端口3时，该脉冲光被分支到与第3端口3相对的第1端口1和与第3端口3非相对的第2端口2而传播。当脉冲光输入到第4端口4时，该脉冲光被分支到与第4端口4相对的第2端口2和与第4端口4非相对的第1端口1而传播。

在光耦合器101，相对于在相对的端口间传播的光，在非相对的端口间传播的光的相位会延迟波长的1/4(以下，记载为λ/4)。例如，在输入到第1端口1的光被分支而向第3端口3及第4端口4传播的情况下，相对于向相对的第3端口3传播的光，向非相对的第4端口4传播的光的相位会延迟λ/4。

<使相位调制元件不发挥作用的状态>

接下来，说明向图1所示的脉冲光生成装置100的输入部104输入脉冲光的情况。作为光耦合器101，使用分支比为50∶50的熔融型耦合器。首先，对相位调制元件103没有发挥作用的状态进行说明。如上述说明那样，输入到输入部104的脉冲光从第1端口1输入到光耦合器101并在光耦合器101内分支，向与第1端口1相对的第3端口3及与第1端口1非相对的第4端口4传播，并分别被输出到连接光路102。

将从第3端口3输出并朝向第4端口4的脉冲光称为第1方向脉冲光，将从第4端口4输出并朝向第3端口3的脉冲光称为第2方向脉冲光。第1方向脉冲光是在光耦合器101内在相对端口间传播并被输出的脉冲光，与此相对，第2方向脉冲光是在光耦合器101内在非相对端口间传播并被输出的脉冲光，因此，从第4端口4输出时刻下的第2方向脉冲光与从第3端口3输出时刻下的第1方向脉冲光相比，相位延迟λ/4。

第1方向脉冲光在连接光路102中传播后，被从第4端口4输入到光耦合器101。第2方向脉冲光在连接光路102中与第1方向脉冲光逆向传播后，被从第3端口3输入到光耦合器101。第1方向脉冲光与第2方向脉冲光在共用的连接光路102中传播。因而，从第3端口3输入到光耦合器101时刻下的第2方向脉冲光的相位与从第4端口4输入到光耦合器101时刻下的第1方向脉冲光的相位相比，依然处于延迟了λ/4的状态。

从第4端口4输入到光耦合器101的第1方向脉冲光在光耦合器101内分支为向与第4端口4非相对的第1端口1传播的脉冲光11和向与第4端口4相对的第2端口2传播的脉冲光12。从第3端口3输入到光耦合器101的第2方向脉冲光在光耦合器101内分支为向与第3端口3相对的第1端口1传播的脉冲光21和向与第3端口3非相对的第2端口2传播的脉冲光22。即，脉冲光11和脉冲光21向第1端口1传播，脉冲光12和脉冲光22向第2端口2传播。

对从第1端口1的输出进行说明。第1方向脉冲光所分支的脉冲光11与第2方向脉冲光所分支的脉冲光21相比，在分支时相位超前相当于λ/4的量。但是，在光耦合器101内，在非相对端口间传播的脉冲光11与在相对端口间传播的脉冲光21相比，相位延迟相当于λ/4的量。因而，在脉冲光11与脉冲光21被合波的时刻，即将输入光耦合器101前的相位的超前量被在光耦合器101传播时的相位的延迟量抵消因而脉冲光11相对于脉冲光21的相位差成为零。即，脉冲光11与脉冲光21成为相同相位。其结果是，从第1端口1输出脉冲光11和脉冲光21相互加强得到的脉冲光。

接下来，对从第2端口2的输出进行说明。第2方向脉冲光所分支的脉冲光22与第1方向脉冲光所分支的脉冲光12相比，在分支时相位延迟相当于λ/4的量。进一步，在光耦合器101内，在非相对端口间传播的脉冲光22与在相对端口间传播的脉冲光12相比，相位延迟相当于λ/4的量。因而，在脉冲光12与脉冲光22被合波的时刻，向光耦合器101输入时的相位的延迟加上在光耦合器101传播时的相位的延迟，脉冲光22相对于脉冲光12的相位差成为相当于λ/2(波长的1/2)的量。其结果是，因为脉冲光12的振幅与脉冲光22的振幅相抵消，所以从第2端口2不会输出光。

参照图4及图5对上文所说明的作用进行说明。在图4中，(a)表示脉冲光11的振幅，(b)表示脉冲光21的振幅，(c)表示脉冲光11与脉冲光21的合波光的时间强度变化。如上述说明所示，脉冲光11与脉冲光21的相位差为零。即，如(a)及(b)所示，脉冲光11的振幅与脉冲光21的振幅的相位一致。因而，在第1端口1，脉冲光11和脉冲光21相互加强。其结果是，如(c)所示，与输入到输入部104的脉冲光相当的光被输出到第1端口1。另外，在图4中，(a)及(b)与(c)相比，放大地示出了时间轴，(a)及(b)表示(c)中虚线所示的时间区间的脉冲光11及脉冲光21的振幅。

在图5中，(a)表示脉冲光12的振幅，(b)表示脉冲光22的振幅，(c)表示脉冲光12与脉冲光22的合波光的时间强度变化。如上文说明所示，脉冲光12与脉冲光22存在相当于λ/2的量的相位差。即，如(a)及(b)所示，脉冲光12的振幅与脉冲光22的振幅的相位相反。因而，在第2端口2，脉冲光12与脉冲光22相互抵消，因此不输出光。另外，在图5中，(a)及(b)与(c)相比，放大地示出了时间轴，(a)及(b)表示(c)中虚线所示的时间范围的脉冲光11及脉冲光21的振幅。

用数学式表示上述说明。首先，若将从输入部104输入的脉冲光的振幅设为a(t)，则从第1端口1输出的脉冲光的振幅ar(t)可表示为式(1)。另外，为了简单，对输入脉冲光以及输出脉冲光均使用相同的时间坐标t。

[数学式1]

在式(1)中，第1项表示与脉冲光11对应的振幅，第2项表示与脉冲光21对应的振幅。即，可知从第1端口1输出的脉冲光是与输入到输入部104的脉冲光同等强度的脉冲光。为了简单，将光路中的损失设为零。在考虑到光路损失的情况下，从第1端口1输出的脉冲光的振幅减小因损失而衰减的量。

从第2端口2输出的脉冲光的振幅at(t)使用式(2)表示。[数学式2]

在式(2)中，第1项表示与脉冲光12对应的振幅，第2项表示与脉冲光22对应的振幅。即，可知从第2端口2不输出脉冲光。

<将第1方向脉冲光相位调制波长的1/2(即π)的情况>

对以使第1方向脉冲光的一部分的相位延迟相当于λ/2(即π)的量的方式控制相位调制元件103的情况进行说明。不对第2方向脉冲光进行相位调制。为了分别对第1方向脉冲光和第2方向脉冲光进行不同的相位调制(也包含对某一方不进行相位调制的情况)，以第1方向脉冲光及第2方向脉冲光这两束脉冲光不同时通过相位调制元件103为条件。因此，相位调制元件103被配置在至第3端口3的光学距离与至第4端口4的光学距离不同的位置，由此，使第1方向脉冲光及第2方向脉冲光通过相位调制元件103的定时错开。两者的光学距离之差基于从输入部104输入的脉冲光的脉冲长度(pulseduration)和对第1方向脉冲光进行相位调制的时间长度进行设足。

图6是表示仅对第1方向脉冲光进行其脉冲的一部分的相位调制时的概念图。(a)表示相位调制元件103处的第1方向脉冲光及第2方向脉冲光的时间强度变化。(b)表示以规定时间对第1方向脉冲光的中央部相位调制λ/2(即，π)的情况。即，仅使第1方向脉冲光的中央部的相位向延迟侧变化λ/2。如(a)所示，第1方向脉冲光和第2方向脉冲光依次通过相位调制元件103。但是，如(b)所示，相位调制元件103仅对第1方向脉冲光就其脉冲的一部分进行相位调制，不对第2方向脉冲光进行相位调制。因而，第2方向脉冲光的相位无变化地通过相位调制元件103。

图7是说明对图6所示的第1方向脉冲光的中央部进行相位调制时的、第1端口1处的脉冲光11及脉冲光21各自的振幅和脉冲光11与脉冲光21的合波光的强度的概念图。在图7中，(a)表示脉冲光11的振幅，(b)表示脉冲光21的振幅，(c)表示脉冲光11与脉冲光21的合波光的时间强度变化。(a)及(b)示出3个时间区间的脉冲光11及脉冲光21各自的振幅。

3个时间区间中的中央所示的时间区间相当于对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间，左右两个时间区间相当于不对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间。如(a)及(b)所示，在以将相位延迟λ/2的方式对第1方向脉冲光进行了相位调制的时间区间，脉冲光11的相位变化相当于λ/2的量。另一方面，因为不对第2方向脉冲光进行相位调制，所以脉冲光21的振幅与图4的(b)示出的状态相同。其结果是，在进行了相位调制的时间区间，脉冲光11的振幅与脉冲光21的振幅的相位成为相反的状态，因此，脉冲光11与脉冲光21相互抵消。即，在进行了相位调制的时间区间，从第1端口1不输出光。

另一方面，在不对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间，脉冲光11的振幅与脉冲光21的振幅成为相位一致的状态。因而，脉冲光11与脉冲光21相互加强，因此，在不进行相位调制的时间区间，从第1端口1输出光。其结果是，在第1端口1，脉冲光11与脉冲光21的合波光的时间强度变化如(c)所示，生成具有2个峰值的一对脉冲组那样的形状的副脉冲光。

在对第1方向脉冲光开始进行相位调制时，至相位调制量到达相当于λ/2的量为止需要上升时间(例如10ps)。在该上升时间内，第1方向脉冲光的相位逐渐变化，因此，脉冲光11的相位也随之变化。即，在上升时间内，脉冲光11与脉冲光21从相互加强的状态逐渐变化为相互抵消的状态。

在对第1方向脉冲光完成相位调制时成为与上述相反的现象。即，相位调制量从相当于λ/2的量到达零需要下降时间(例如10ps)。在该下降时间内，脉冲光11和脉冲光21从相互抵消的状态逐渐变化为相互加强的状态。上述的结果是，脉冲光11与脉冲光21的合波光强度如(c)所示，以从第1峰值强度逐渐下降为零、之后再逐渐上升到达第2峰值强度的方式变化。另外，在图7中，(a)及(b)与(c)相比放大地示出了时间轴，分别表示(c)中虚线所示的3个时间区间的脉冲光11及脉冲光21的振幅。

图8是说明在对图6所示的第1方向脉冲光的中央部进行相位调制时的、第2端口2处的脉冲光12及脉冲光22各自的振幅和脉冲光12与脉冲光22的合波光的强度的概念图。在图8中，(a)表示脉冲光12的振幅，(b)表示脉冲光22的振幅，(c)表示脉冲光12与脉冲光22的合波光的时间强度变化。与图7同样，(a)及(b)示出了3个时间区间的脉冲光12及脉冲光22各自的振幅。

3个时间区间中的、中央所示的时间区间相当于对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间，左右两个时间区间相当于不对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间。如(a)及(b)所示，在以相位延迟λ/2的方式对第1方向脉冲光进行了相位调制的时间区间内，脉冲光12的相位会变化相当于λ/2的量。另一方面，因为不对第2方向脉冲光进行相位调制，所以脉冲光22的振幅与图5的(b)所示的状态相同。其结果是，在进行了相位调制的时间区间内，脉冲光12的振幅与脉冲光22的振幅的相位一致，因此，脉冲光12与脉冲光22相互加强。即，在进行了该相位调制的时间区间内，从第2端口2输出光。

在不对第1方向脉冲光进行相位调制的时间区间内，脉冲光12的振幅与脉冲光22的振幅的相位相反，因此，脉冲光12与脉冲光22相互抵消。即，在不进行相位调制的时间区间，从第2端口2不输出光。其结果是，在第2端口2，脉冲光12与脉冲光22的合波光的时间强度变化如(c)所示，生成短脉冲长度的主脉冲光。

在对第1方向脉冲光进行的相位调制开始时及完成时的上升时间及下降时间，发生与对图7所说明的情况同样的现象。即，在上升时，脉冲光12与脉冲光22从相互抵消状态逐渐变化为相互加强的状态。此外，在下降时，脉冲光12与脉冲光22从相互加强的状态逐渐变化为相互抵消的状态。另外，在图8中，(a)及(b)与(c)相比放大地示出了时间轴，分别表示(c)中虚线所示的3个时间区间处的脉冲光11及脉冲光21的振幅。

由图7及图8可以明确，第1脉冲光的形状与第2脉冲光的中央部的形状成为互补的关系。即，第2脉冲光在第1脉冲光的强度增加时强度减小，在第1脉冲光的强度减小时强度增加。如后文所述，通过将此种特性的两个脉冲光(即，主脉冲光及副脉冲光)进行合波并放大，能够得到波长光谱的扩展得到抑制的高强度的脉冲光。

用数学式说明从第2端口2输出的脉冲光。若将从输入部104输入的脉冲光的振幅设为a(t)，将对第1方向脉冲光进行的相位调制设为φ(t)，则将从第2端口2输出的脉冲光12与脉冲光22进行合波所得的主脉冲光的振幅at(t)能够使用下式(3)表示。[数学式3]

在式(3)中，第1项表示与脉冲光12对应的振幅，第2项表示与脉冲光22对应的振幅。第2方向脉冲光不进行相位调制，因此，不存在相位调制的因子。另外，为了简单，对输入脉冲光和输出脉冲光均使用同一时间坐标t。

式(3)能够变形为如下所示的式(4)。

[数学式4]

根据式(4)，从第2端口2输出的主脉冲光的振幅为对输入到输入部104的脉冲光的振幅a(t)乘以相位调制φ(t)/2和振幅调制sin(φ(t)/2)的形式。主脉冲光的强度it(t)由如下所示的式(5)表示。

[数学式5]

此处，i(t)是输入到输入部104的脉冲光的强度。

另一方面，从第1端口1输出的副脉冲光的时间强度ir(t)由下式(6)表示。

[数学式6]

ir(t)＝i(t)-it(t)(6)

因此可知，在如图6所示仅对第1方向脉冲光相位调制波长的1/2的情况下，主脉冲光及副脉冲光的时间强度变化分别成为图8的(c)及图7的(c)所示的状态。另外，因为主脉冲光和副脉冲光是基于同一相位调制波形φ(t)并利用同一相位调制元件同时生成的，因此，在原理上，两者间不会产生抖动。如果主脉冲光和副脉冲光是基于分别的相位调制波形而生成的，或是基于同一相位调制波形φ(t)而使用分别的相位调制元件而生成的，则无法避免在两者间产生抖动。

在上述说明中，对仅对第1方向脉冲光进行相位调制而不对第2方向脉冲光进行相位调制的情况进行了说明。但是，即使进行与此不同的相位调制也能够得到同样的结果。为了得到同样的效果的相位调制的条件如下所述。关于向第1端口1传播并被合波的2个脉冲光，需要一者的脉冲光的相位调制部分与同该相位调制部分对应的另一者的脉冲光的部分为相互抵消这样的相位关系。同时，关于向第2端口2传播的2个脉冲光，需要一者的脉冲光的相位调制部分与同该相位调制部分对应的另一者的脉冲光的部分为相互加强这样的相位关系。

为此，将对第1方向脉冲光的相位调制量与对第2方向脉冲光的相位调制量的差设为λ(1/2+m)即可。此处，m是零或自然数。另外，不进行相位调制时的相位调制量为零。如果满足该条件，则既可以仅对第1方向脉冲光及第2方向脉冲光的某一者进行部分相位调制，或者也可以对第1方向脉冲光和第2方向脉冲光均进行部分相位调制。

<对第2方向脉冲光进行相位调制的情况>

说明以不对第1方向脉冲光进行相位调制而使第2方向脉冲光的一部分的相位延迟相当于λ/2(即，π)的量的方式控制相位调制元件103的情况。

首先，对第1端口1的输出进行说明。如已说明那样，在输入到连接光路102的时刻，第2方向脉冲光相对于第1方向脉冲光存在-λ/4的相位差。第2方向脉冲光在其一部分通过相位调制元件103而进一步受到相当于-λ/2的量的相位调制后，在光耦合器101内分支为脉冲光21和脉冲光22。其中，脉冲光21向第1端口1传播。另一方面，第1方向脉冲光在未进行相位调制而在连接光路102中传播后，在光耦合器101内分支为脉冲光11和脉冲光12。其中，在光耦合器101内，相对于脉冲光21，脉冲光11的相位延迟相当于-λ/4的量。因而，将脉冲光11与脉冲光21进行合波时的、脉冲光21相对于脉冲光11的相位差为：

(-λ/4)-(-λ/4-λ/2)＝λ/2。

即，产生半波长量的相位差。其结果是，若将脉冲光11与脉冲光21进行合波则抵消，因此，合波光的强度成为零。这意味着成为与图7的(c)同样的合波光强度。

接下来，对第2端口2的输出进行说明。如上所述，在输出到连接光路102的时刻，第2方向脉冲光相对于第1方向脉冲光存在-λ/4的相位差。第2方向脉冲光局部地在连接光路102进一步受到相当于-λ/2的量的相位调制后，在光耦合器101内分支为脉冲光21和脉冲光22。其中，脉冲光22向第2端口2传播。另一方面，第1方向脉冲光在不进行相位调制而在连接光路102传播后，在光耦合器101内分支为脉冲光11和脉冲光12。在光耦合器101内，相对于脉冲光12，脉冲光22产生相当于-λ/4的量的相位延迟。因而，将脉冲光12与脉冲光22进行合波时的、脉冲光22相对于脉冲光12的相位差为：

0-(-λ/4-λ/2-λ/4)＝λ。

即，产生1波长量的相位差。其结果是，因为若将脉冲光12与脉冲光22进行合波则相互加强，所以生成与利用相位调制元件103进行的调制时间相当的脉冲长度的短脉冲光。这意味着成为与图8的(c)同样的合波光强度。

<对第1方向脉冲光及第2方向脉冲光均进行相位调制的情况>

说明对第1方向脉冲光的一部分的相位进行相当于-λ/4的量的相位调制、对第2方向脉冲光的一部分的相位进行相当于+λ/4的量的相位调制的情况。

首先，对第1端口1的输出进行说明。在输出到连接光路102的时刻，第2方向脉冲光相对于第1方向脉冲光存在-λ/4的相位差。该第2方向脉冲光在连接光路102，其一部分通过相位调制元件103而受到相当于+λ/4的量的相位调制后，从第3端口3输入到光耦合器101并分支为脉冲光21和脉冲光22。其中，脉冲光21向第1端口1传播。另一方面，第1方向脉冲光的一部分在通过相位调制元件103而受到相当于-λ/4的量的相位调制后，从第4端口4输入到光耦合器101并分支为脉冲光11和脉冲光12。其中，在光耦合器101内，相对于脉冲光21，脉冲光11的相位延迟相当于-λ/4的量。因而，将脉冲光11与脉冲光21进行合波时的、脉冲光21相对于脉冲光11的相位差为：

(-λ/4-λ/4)-(-λ/4+λ/4)＝-λ/2。

即，产生半波长量的相位差。因而，脉冲光11与脉冲光21抵消，它们的合波光的强度成为零。这意味着成为与图7的(c)同样的合波光强度。

接下来，对第2端口2的输出进行说明。第1方向脉冲光的一部分在通过相位调制元件103而受到相当于-λ/4的量的相位调制后，从第4端口4输入到光耦合器101并分支为脉冲光11和脉冲光12。其中，脉冲光12向第2端口2传播。另一方面，如上所述，在输出到连接光路102的时刻，第2方向脉冲光相对于第1方向脉冲光存在-λ/4的相位差。该第2方向脉冲光的一部分在通过相位调制元件103而受到相当于+λ/4的量的相位调制后，从第3端口3输入到光耦合器101并分支为脉冲光21和脉冲光22。其中，在光耦合器101内，相对于脉冲光12，脉冲光22的相位延迟相当于-λ/4的量的相位。因而，将脉冲光12与脉冲光22进行合波时的、脉冲光22相对于脉冲光12的相位差为：

(-λ/4)-(-λ/4+λ/4-λ/4)＝0。

即，相位差为零。其结果是，若将脉冲光12与脉冲光22进行合波则相互加强，因此，产生与通过相位调制元件103进行的调制时间相当的脉冲长度的短脉冲光。这意味着成为与图8的(c)同样的合波光强度。

<其他调制方法1>

上文说明了如图6所示以对第1方向脉冲光的一部分进行相位调制的方式控制相位调制器103的情况。但是，用于生成与输入脉冲光相比短脉冲长度的主脉冲光和时间强度变化与主脉冲光互补的副脉冲光的相位调制元件103的控制不限定于此。例如，代替图6所示的相位调制，也可以如图9所示那样进行相位调制元件103的控制。图9所示的相位调制元件103的控制中，相对于在连接光路102传播的第1方向脉冲光或第2方向脉冲光，利用相位调制元件103在脉冲的中途使相位调制量在短时间内从零变化至2π(即，相当于λ的量)。

通过像这样使相位调制量在短时间内变化，能够使第1方向脉冲光或第2方向脉冲光的相位从零经过π变化至2π。因为相位调制量2π与相位调制零等价，所以如上所述的相位调制量的变化与使相位调制量从零变化至π后再次返回到零的情况等价。因而，在如图9所示那样进行相位调制元件103的控制的情况下，也能够与参照图7及图8进行的说明同样地，在第2端口2及第1端口1分别生成主脉冲光及副脉冲光。

(变形例)

上文是对从第1端口1向光耦合器101输入脉冲光，在第2端口2形成主脉冲光、在第1端口1生成副脉冲光的构成的说明。在此记载从第1端口1向光耦合器101输入脉冲光，在第1端口1生成主脉冲光、在第2端口2生成副脉冲光的构成。

图10是表示仅对第1方向脉冲光进行其脉冲的一部分(除中央部以外的前后部分)的相位调制时的概念图。(a)表示相位调制元件103处的第1方向脉冲光及第2方向脉冲光的时间强度变化。

图10的(b)对第1方向脉冲光进行使图6的(b)所示的相位调制反转了的相位调制。即，图6的(b)示出的相位调制是仅对第1方向脉冲光的中央部进行λ/2(即，π)的相位调制，不对其以外的部分进行相位调制。与此相对，图10的(b)所示的相位调制与之相反，对第1方向脉冲光的中央部以外的前后部分进行λ/2(即，π)的相位调制，不对中央部进行相位调制。另外，不对第2方向脉冲光进行相位调制。

具体而言，以如下方式进行相位调制。在第1方向脉冲光输入到相位调制元件103前，使相位调制元件103成为对第1方向脉冲光的相位进行λ/2的相位调制的状态。在该状态下，相位调制元件103进行第1方向脉冲光的相位调制，相位调制第1方向脉冲光的前侧。第1方向脉冲光的中央部到达相位调制元件103时，相位调制停止。即，相位调制元件103不对该部分进行相位调制。第1方向脉冲光的中央部通过相位调制元件103后，相位调制元件103再次进行λ/2的相位调制，该状态维持到第1方向脉冲光的通过完成为止，从而进行第1方向脉冲光的末端侧的相位调制。第1方向脉冲光通过相位调制元件103后，相位调制元件103停止进行相位调制。

首先，对第1端口1的输出进行说明。如上所述，不对第1方向脉冲光的中央部进行相位调制，也不对第2方向脉冲光进行相位调制。因而，这些脉冲光分别输入到光耦合器101时，在第1端口1，脉冲光11与脉冲光21相互加强。此点如参照图4所作的说明所示。另一方面，如上所述，对第1方向脉冲光的中央部以外的部分进行λ/2(π)的相位调制。因而，第1方向脉冲光与第2方向脉冲光分别输入到光耦合器101时，在第1端口1，脉冲光11与脉冲光21抵消。此点如参照图5所作的说明所示。其结果是，在第1端口1生成具有与第1方向脉冲光的中央部相当的脉冲长度的主脉冲光(生成与图8的(c)同样的时间强度变化的主脉冲光)。即，第1实施方式中在第2端口2生成的主脉冲光在本变形例中在第1端口1生成。

接下来，对第2端口2的输出进行说明。如上所述，不对第1方向脉冲光的中央部进行相位调制，也不对第2方向脉冲光进行相位调制。因而，这些脉冲光分别输入到光耦合器101时，在第2端口2，脉冲光12与脉冲光22抵消。另一方面，如上所述，对第1方向脉冲光的中央部以外的部分进行λ/2(π)的相位调制。因而，第1方向脉冲光与第2方向脉冲光分别输入到光耦合器101时，在第2端口2，脉冲光12与脉冲光22相互加强。其结果是，在第2端口2生成具有2个峰值的一对脉冲组那样的形状的副脉冲光(生成与图7的(c)同样的时间强度变化的副脉冲光)。即，第1实施方式中在第1端口1生成的副脉冲光在本变形例中在第2端口2生成。

<其他调制方法2>

对第1方向脉冲光进行的相位调制也可以以如下方式进行。例如，图11中示出了另一相位调制。关于图11所示的相位调制元件103的控制，对于在连接光路102传播的第1方向脉冲光，利用相位调制元件103在脉冲的中途使相位调制量在短时间内从2π(即，相当于λ的量)变化至零。即，以使参照图9所说明的对第1方向脉冲光所进行的相位调制反转的方式进行相位调制。

通过像这样使相位调制量在短时间内变化，能够使第1方向脉冲光的相位从2π经过π变化为零。因为相位调制量2π与相位调制零等价，因此如上所述的相位调制量的变化与使相位调制量从零变化为π后再次返回到零等价。因而，即使在如图11所示进行了相位调制元件103的控制的情况下，也能够与上述变形例同样地，在第1端口1及第2端口2分别生成主脉冲光及副脉冲光。

另外，在上述说明中，列举了仅对第1方向脉冲光进行相位调制的情况的例子，但如上所述，代替仅对第1方向脉冲光进行相位调制，仅对第2方向脉冲光进行相位调制也能够得到同样的结果。

如上述说明所示，根据本实施方式的脉冲光发生装置，能够以简易的构成生成时间强度波形互不相同的主脉冲光和副脉冲光。

(第2实施方式)

图12是本发明的第2实施方式的脉冲光生成装置200的概念图。脉冲光生成装置200除第1实施方式的脉冲光生成装置100的构成之外，还具备向输入部104输出脉冲光的激光光源201及控制部202。在图12中，对与脉冲光生成装置100同样的构成使用相同的附图标记。作为激光光源201能够优选使用dfb激光器(distributedfeedbacklaser，分布反馈式激光器)。

控制部202控制向激光光源201供给的电流或电压，调节从激光光源201输出的脉冲光的发光时间、发光间隔、峰值强度等。此外，控制部202控制向相位调制元件103供给的电流或电力，调节相位调制元件103的相位调制定时或相位调制量。此时，控制部202以对在连接光路102传播的第1方向脉冲光及第2方向脉冲光的至少某个脉冲光的一部分进行相位调制的方式，使来自激光光源201的脉冲光的输出与利用相位调制元件103进行的相位调制同步。

<主脉冲光和副脉冲光的生成>

在脉冲光生成装置200，从激光光源201输出脉冲长度1ns的脉冲光，并输出到输入部104。从输入部104输入的脉冲光经由第1端口1被输入到光耦合器101后，分支为第1方向脉冲光和第2方向脉冲光并在连接光路102传播。相位调制元件103以仅对第1方向脉冲光的一部分进行相位调制的方式进行控制。

图9是表示相位调制元件103对第1方向脉冲光进行的相位调制的一例的概念图。(a)表示第1方向脉冲光的时间强度变化。第1方向脉冲光的脉冲长度为1ns。(b)表示对第1方向脉冲光进行的相位调制量和其定时。控制部202控制激光光源201和相位调制元件103，将第1方向脉冲光的中央部的相位在20ps期间内从零调制到2π，第1方向脉冲光通过相位调制元件103后，返回至调制量零的状态。

图13是表示分别在第1端口1及第2端口2生成的副脉冲光及主脉冲光的时间强度变化的测定结果的图表。从图13可知在第2端口2生成主脉冲光，在第1端口1生成副脉冲光。主脉冲光的脉冲长度为约25ps。从激光光源201输出的脉冲光的脉冲长度为1ns，因此可知能够利用脉冲光生成装置200生成脉冲长度极短的高品质的主脉冲光。此外，可知关于副脉冲光，也能够得到具有与主脉冲光互补的时间强度波形且高品质的脉冲光。即，可知副脉冲光在主脉冲光的强度增加时强度减小，在主脉冲光的强度减小时强度增加。

另外，在图13中，副脉冲光被表示为从强度大的状态开始强度下降，之后强度再次上升的时间强度波形。其原因在于：图13中的显示时间为500ps(＝0.5ns)，其比第1方向脉冲光的脉冲长度即1ns短，因此副脉冲光的两端没有在图13示出。副脉冲光为具有2个峰值的一对脉冲组，此自不待言。即，副脉冲光是具有2个峰值的一组脉冲，各脉冲的脉冲长度为大致500ps。

如上述说明所示，根据本实施方式的脉冲光发生装置，能够以简易的构成生成时间强度波形互不相同的主脉冲光和副脉冲光。

(第3实施方式)

图14是本发明的第3实施方式的脉冲光生成装置300的概念图。与脉冲光生成装置100所具备的相位调制元件为1个相对，脉冲光生成装置300具备第1相位调制元件103-1及第2相位调制元件103-2这2个相位调制元件。除此之外的构成与脉冲光生成装置100相同。在图14中，对与脉冲光生成装置100相同的构成使用相同的附图标记。

第1相位调制元件103-1仅对第1方向脉冲光的一部分进行相位调制。第2相位调制元件103-2仅对第2方向脉冲光的、与第1相位调制元件103-1进行相位调制的第1方向脉冲光的一部分相应的第2方向脉冲光的一部分进行相位调制。利用各个相位调制元件进行的相位调制量优选为方向相反(符号相反)且绝对量相同。例如，优选为在利用第1相位调制元件103-1进行的相位调制量为+λ/4(+π/2)的情况下，利用第2相位调制元件103-2进行的相位调制量为-λ/4(-π/2)。

另外，也可以使第1相位调制元件103-1及第2相位调制元件103-2分别对第1方向脉冲光及第2方向脉冲光这两者都进行相位调制。例如，第1相位调制元件103-1将第1方向脉冲光的一部分的相位调制+λ/8(+π/4)，将第2方向脉冲光的一部分的相位调制-λ/8(-π/4)。第2相位调制元件103-2将第1方向脉冲光的一部分的相位调制+λ/8(+π/4)，将第2方向脉冲光的一部分的相位调制-λ/8(-π/4)。由此，使用2个相位调制元件对第1方向脉冲光进行的相位调制量合计为+λ/4(+π/2)，使用2个相位调制元件对第2方向脉冲光进行的相位调制量合计为-λ/4(-π/2)。通过像这样进行相位调制，能够使各相位调制元件每1次的相位调制量变小。

另外，使用2个相位调制元件进行的相位调制优选为彼此方向相反且绝对量相同，但并非必须。如第1实施方式中已说明那样，只要将对第1方向脉冲光的相位调制量与对第2方向脉冲光的相位调制量之差设定为π(λ/2)，就能够生成主脉冲光和副脉冲光。

在脉冲光生成装置300中，使用数学式对第1相位调制元件103-1对第1方向脉冲光进行φ1(t)的相位调制、第2相位调制元件103-2对第2方向脉冲光进行φ2(t)的相位调制的情况进行说明。即，第1相位调制元件103-1不进行第2方向脉冲光的相位调制，第2相位调制元件103-2不进行第1方向脉冲光的相位调制。图15中示出了第1相位调制元件103-1及第2相位调制元件103-2分别对第1方向脉冲光及第2方向脉冲光进行的相位调制的概念图。

在图15中，(a)表示第1相位调制元件103-1的相位调制，(b)表示第2相位调制元件103-2的相位调制。从(a)可知，第1相位调制元件103-1仅对第1方向脉冲光的脉冲的一部分进行相位调制，不对第2方向脉冲光进行相位调制。另一方面，第2相位调制元件103-2仅对第2方向脉冲光的脉冲的一部分进行相位调制，不对第1方向脉冲光进行相位调制。

若将从输入部104输入的脉冲光的振幅设为a(t)，将对第1方向脉冲光进行的相位调制设为φ1(t)，将对第2方向脉冲光进行的相位调制设为φ2(t)，则从第2端口2输出的主脉冲光的振幅at(t)能够使用下式(7)表示。

[数学式7]

在式(7)中，第1项表示与脉冲光12对应的振幅，第2项表示与脉冲光22对应的振幅。若将式(7)变形则可得到如下所示的式(8)。

[数学式8]

从式(8)可知，主脉冲光的振幅at(t)为对输入到输入部104的脉冲光的振幅即a(t)乘以相位调制(φ1(t)+φ2(t))/2和振幅调制sin((φ1(t)-φ2(t))/2)的形式。因而，如果按φ1＝-φ2那样设定相位调制，那么因为(φ1(t)+φ2(t))/2为零，所以成为对所输入的脉冲光的振幅a(t)仅乘以振幅调制的形式。

主脉冲光的强度it(t)使用如下所示的式(9)表示。

[数学式9]

另外，i(t)是输入到输入部104的脉冲光的强度。副脉冲光的强度与式(6)同样，使用ir(t)＝i(t)-it(t)表示。

如图15所示，在第1相位调制元件103-1将第1方向脉冲光相位调制+λ/4(+π/2)、第2相位调制元件103-2将第2方向脉冲光相位调制-λ/4(-π/2)的情况下，成为sin((φ1(t)+φ2(t))/2)＝1，所以it(t)＝i(t)。

如上述说明所示，根据本实施方式的脉冲光发生装置，能够以简单的构成生成时间强度波形互不相同的主脉冲光和副脉冲光。

(第4实施方式)

图16是本发明的第4实施方式的脉冲光生成装置400的概念图。脉冲光生成装置400除第2实施方式的脉冲光生成装置200的构成之外，还具备合波元件401、偏振光分束器402、第1光纤411、第2光纤412、第3光纤413及第4光纤414。在图16中，对与脉冲光生成装置200同样的构成使用相同的附图标记。

合波元件401使生成的主脉冲光和副脉冲光合波。偏振光分束器402将利用合波元件401被合波的主脉冲光和副脉冲光分离为主脉冲光和副脉冲光。

如已对脉冲光生成装置200进行说明那样，当从激光光源201向输入部104输入脉冲光时，在第2端口2及第1端口1分别生成主脉冲光及副脉冲光。在脉冲光生成装置400，输入到偏振光分束器402的主脉冲光和副脉冲光的偏振方向相互正交。副脉冲光在第4光纤414传播并被放大，输入到合波元件401。主脉冲光在第3光纤413传播后，被输入到合波元件401。

设置第3光纤413的目的在于为了使主脉冲光和副脉冲光在合波元件401同步而调整光路长。另外，使主脉冲光和副脉冲光同步是指主脉冲光的强度增加时副脉冲光的强度减小，主脉冲光的强度减小时副脉冲光的强度增加的状态。即，主脉冲光与副脉冲光成为互补的关系。

输入到合波元件401的主脉冲光和副脉冲光由合波元件401被合波并在第1光纤411传播。即，主脉冲光和放大了的副脉冲光在第1光纤411传播。在第1光纤411传播的过程中，由于来自副脉冲光的交叉相位调制(xpm：cross-phasemodulation)，在主脉冲光产生相位调制φxpm。输出到第1光纤411的主脉冲光与副脉冲光的合波光被输入到偏振光分束器402，分离为主脉冲光和副脉冲光。主脉冲光在第2光纤412传播并被放大为所需的峰值强度。主脉冲光在第2光纤412传播的过程中，在主脉冲光产生因自相位调制(spm：self-phasemodulation)而引起的相位调制φspm。

另外，在主脉冲光和副脉冲光输入到第1光纤411的时刻，第4光纤414以主脉冲光的峰值强度成为副脉冲光的峰值强度的1/1000倍左右的方式，放大副脉冲光。主脉冲光的峰值强度比副脉冲光的峰值强度小，因此，在第1光纤411，因spm而产生的主脉冲光的相位调制小到能够忽略的程度。

如上所述，因为主脉冲光与副脉冲光的强度变化为相反的关系(互补的关系)，所以相位调制φxpm和相位调制φspm的符号相反(此处不考虑对波长光谱的扩展没有贡献的相位偏移)。此外，第1光纤411的长度被设定为相位调制φxpm与相位调制φspm的绝对值实质上相等。由此，相位调制φxpm与相位调制φspm相互抵消，放大后的主脉冲光的、因相位调制而引起的波长光谱的扩展变得极小。即，能够抑制波长光谱的扩展而放大主脉冲光。

作为第1光纤411及第3光纤413，优选使用以石英玻璃作为主材料的偏振保持的单模光纤。此外，作为第2光纤412及第4光纤414，优选使用ydfa(ytterbiumdopedfiberamplifier，掺镱光纤放大器)。

在脉冲光生成装置400中，第2光纤412也可以由多级构成。即，也可以代替1个第2光纤412，而以通过多级的光纤来放大主脉冲光的方式构成。

如上述说明所示，根据本实施方式的脉冲光发生装置，能够利用1个激光光源生成时间强度波形互不相同的主脉冲光和副脉冲光。

(第5实施方式)

图17是本发明的第5实施方式的脉冲光生成装置500的概念图。脉冲光生成装置500就分别具有输出主脉冲光的第1激光光源501和输出副脉冲光的第2激光光源502此点与脉冲光生成装置400不同。各个激光光源所输出的脉冲光的波长互不相同。即，主脉冲光与副脉冲光的波长互不相同。作为第1激光光源501及第2激光光源502能够适宜使用dfb激光器。因此，脉冲光生成装置500具备带通滤波器503，由此将主脉冲光与副脉冲光分离。此外，在脉冲光生成装置500中，不需要偏振元件401。另外，在图17中，对与脉冲光生成装置400同样的构成使用相同的附图标记。

第1激光光源501输出波长1064nm的脉冲光，第2激光光源502输出波长1058nm的脉冲光。它们的脉冲光的峰值强度均为约10mw。它们的脉冲光在被合波后，经由输入部104被输入到第1端口1。其结果是，在光耦合器101的第2端口2形成主脉冲光，在第1端口1生成副脉冲光。在第2端口2与第3光纤413之间配置仅使波长1064nm的光透过的带通滤波器504，在第1端口1与第4光纤414之间配置仅使波长1058nm的光透过的带通滤波器505。

在第2端口2生成波长1064nm及波长1058nm的主脉冲光，但它们之中，仅波长1064nm的主脉冲光透过带通滤波器504，在第3光纤413传播，入射到合波元件401。另一方面，在第1端口1生成波长1064nm及波长1058nm的副脉冲光，但它们之中，仅波长1058nm的副脉冲光透过带通滤波器505，在第4光纤414传播并被放大，入射到合波元件401。第3光纤413是以为了使主脉冲光和副脉冲光在合波元件401同步而调整光路长为目的设置的。主脉冲光与副脉冲光的同步如已说明的内容所示。

输入到合波元件401的主脉冲光和副脉冲光由合波元件401被合波并在第1光纤411传播。即，主脉冲光及被放大的副脉冲光在第1光纤411传播。在第1光纤411传播的过程中，由于来自副脉冲光的xpm而在主脉冲光产生相位调制φxpm。从第1光纤411输出的主脉冲光与副脉冲光的合波光被输入到带通滤波器503，分离为主脉冲光和副脉冲光。主脉冲光在第2光纤412传播并被放大为期望的峰值强度。在主脉冲光在第2光纤412传播的过程中，在主脉冲光产生因spm而引起的相位调制φspm。

在主脉冲光和副脉冲光输入到第1光纤411的时刻，第4光纤414以使主脉冲光的峰值强度成为副脉冲光的峰值强度的1/1000倍左右的方式，放大副脉冲光。此外，第1光纤411的长度被设定为相位调制φxpm与相位调制φspm的绝对值实质上相等。根据脉冲光生成装置500，能够抑制波长光谱的扩展地放大主脉冲光。

与脉冲光生成装置400同样，作为第1光纤411及第3光纤413，优选使用以石英玻璃为主材料的偏振保持的单模光纤，作为第2光纤412及第4光纤414优选偏振保持的ydfa。另外，在第2激光光源502的输出大的情况下，例如，输出的脉冲光的峰值强度为数十w的情况下，也可以采用不配置第4光纤414的构成。

如上述说明所示，根据本实施方式的脉冲光发生装置能够生产时间强度波形互不相同的主脉冲光和副脉冲光。根据本实施方式，从波长互不相同的2个激光光源输出用于生成主脉冲光及副脉冲光的脉冲光。因而，能够以简易的波长选择光学系统确实地分离主脉冲光和副脉冲光。

(第6实施方式)

图18是本发明的第6实施方式的脉冲光生成装置600的概念图。脉冲光生成装置600将从第2光纤412输出的放大后的主脉冲光的波长转换为更短的波长。脉冲光生成装置600构成为在脉冲光生成装置500的基础上，还具备波长转换部601。在第2光纤412传播放大并被输出的主脉冲光被输入到波长转换部601。波长转换部601具有多个非线性光学晶体，将主脉冲光的波长转换为紫外区的波长而输出。即，脉冲光生成装置600输出紫外脉冲光。

图19是表示波长转换部601的构成的一例的概略图。在图19中，上下方向的箭头表示偏振方向与纸面平行的直线偏振(p偏振)，带点圆圈符号表示与纸面垂直方向的偏振方向(s偏振)。此外，纵长的椭圆表示透镜，ω表示主脉冲光的频率。从第2光纤412输出的波长1064nm的主脉冲光被输入到波长转换部601。输入到波长转换部601时的主脉冲光为p偏振。

输入到波长转换部601的p偏振的主脉冲光(后文也称为基本波)被输入到非线性光学晶体611并传播，产生基本波的二次谐波(s偏振，频率2ω)。作为非线性光学晶体611能够使用lbo晶体(三硼酸锂晶体)。在非线性光学晶体611产生的s偏振的二次谐波和透过非线性光学晶体611的p偏振的基本波被输入到波片613。波片613使二次谐波的偏振方向变化90°并使之从s偏振变化为p偏振。p偏振的二次谐波及p偏振的基本波被输入到非线性光学晶体612并传播。在非线性光学晶体612，由于和频效应而产生s偏振的三次谐波(频率3ω)。作为非线性光学晶体612能够使用lbo晶体。

在非线性光学晶体612产生的s偏振的三次谐波和透过非线性光学晶体612的p偏振的二次谐波以及p偏振的基本波被输入到分色镜614。分色镜614仅反射s偏振的三次谐波，而使除此之外的p偏振的二次谐波及p偏振的基本波透过。由此，s偏振的三次谐波被分离出来。三次谐波的波长为紫外区的355nm。

在上文中，以输入到波长转换部601的主脉冲光为p偏振光为例进行了说明，但主脉冲光也可以是s偏振光，在该情况下也能够通过图19所示的构成得到紫外区的主脉冲光。

另外，第6实施方式采用了在脉冲光生成装置500的基础上还具备波长转换部601的构成，但也可以采用在脉冲光生成装置400的基础上还具备波长转换部601的构成。

在上述各实施方式中，对从输入部104向第1端口1输入脉冲光，在第2端口2生成主脉冲光，在第1端口1生成副脉冲光的构成进行了说明。但是，如第1实施方式的变形例所示，在从输入部104向第1端口1输入脉冲光，在第1端口1生成主脉冲光，在第2端口2生成副脉冲光的情况下，当然也能够采用将主脉冲光的相关构成与副脉冲光的相关构成调换的构成的脉冲调制器。例如，关于图16、图17及图18所示的脉冲光生成装置400、500及600，可以将第3光纤413配置在第1端口1侧，将第4光纤414配置在第2端口2侧。

根据本实施方式的脉冲光生成装置，能够在抑制波长光谱的扩展的同时将主脉冲光放大至大强度，并进一步将波长转换为紫外区的波长。这样的脉冲光生成装置能够适宜地用作高密度集成电路的曝光装置、检查装置等的光源。

作为具备上述脉冲光生成装置的系统的第1应用例，参照示出其概要构成的图20，对半导体制造、液晶面板制造的光刻工序中使用的曝光装置进行说明。曝光装置700原理上与照相制版相同，将精密地描绘在作为图案形成部的石英玻璃制光掩模713上的图案光学地投影并转印在涂敷了光致抗蚀剂的半导体晶片、玻璃基板等曝光对象物715上。

曝光装置700具备上述脉冲光生成装置pd(例如，脉冲光生成装置600)、照明光学系统702、保持光掩模713的掩模支承台703、投影光学系统704、保持曝光对象物715的曝光对象物支承载台705、和使曝光对象物支承载台705在水平面内移动的驱动机构706而构成。照明光学系统702由多个透镜群构成，将从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光照射到保持在掩模支承台703的光掩模713上。投影光学系统704由多个透镜群构成，透过光掩模713的光投影在曝光对象物支承载台705之上的曝光对象物715上。

在曝光装置700中，从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光被输入到照明光学系统702，调整为规定光束的紫外脉冲光被照射到保持在掩模支承台703上的光掩模713上。在光掩模713上描绘的图案像经由投影光学系统704而成像到保持于曝光对象物支承载台705上的曝光对象物715的规定位置。由此，光掩模713的图案的像以规定倍率曝光到半导体晶片、液晶面板用玻璃基板等曝光对象物715上。

曝光装置700具备脉冲光生成装置pd，其能够以比较简明的构成输出高输出、高光束质量的紫外脉冲光，因此，可期待对光刻工序中的生产能力的提高、加工质量提高做出贡献。

作为具备上述脉冲光生成装置的系统的第2应用例，参照示出其概要构成的图21，对使用了作为图案形成部的可变成形掩模的曝光装置进行说明。曝光装置720除替换光掩模而具备可变成形掩模此点之外，基本与上述第1应用例的曝光装置700相同。在曝光装置720中，将由可变成形掩模生成的任意图案的像光学地投影并转印至涂敷了光致抗蚀剂的玻璃基板、半导体晶片等曝光对象物745上(例如，参照本申请人申请的日本国专利第5211487号公报、日本国特开2012-54500号公报、日本国特开2011-49296号公报等)。

曝光装置720具备上述脉冲光生成装置pd(例如，脉冲光生成装置600)、照明光学系统722、可变成形掩模733、投影光学系统724、保持曝光对象物735的曝光对象物支承载台725、和使曝光对象物支承载台725在水平面内移动的驱动机构726而构成。照明光学系统722由多个透镜群构成，从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光经由反射镜723向可变成形掩模733照射。投影光学系统724由多个透镜群构成，将由可变成形掩模733生成的任意图案的光投影至保持在曝光对象物载台725上的曝光对象物735上。

可变成形掩模733构成为具有多个可动反射镜而能够生成任意图案的反射光。作为可变成形掩模733，例如能够适宜使用将多个可动反射镜二维状排列的dmd(digitalmicromirrordevice数字微镜器件，或deformablemicromirrordevice可变形微镜器件)。多个可动反射镜分别被设置为能够独立地使反射面的方向发生变化，能够利用省略图示的dmd驱动装置，对各可动反射镜的方向在开启位置与关闭位置间进行切换控制。此外，图案形成部也可以使用不改变各可动反射镜的反射面的方向、而通过仅对反射光赋予相位差来切换开启位置和关闭位置的结构的微镜器件。

在以利用dmd驱动装置使可动反射镜成为开启位置的方式进行控制的情况下，从照明光学系统722射出并被可动反射镜反射的光入射到投影光学系统724并在曝光对象物735的曝光面成像。另一方面，在以利用dmd驱动装置使可动反射镜成为关闭位置的方式进行控制的情况下，从照明光学系统722射出并被可动反射镜反射的光不入射到投影光学系统724，而被设置在反射光路上的吸收器吸收。因此，通过以使规定位置的可动反射镜成为开启位置的方式进行控制，且以除此之外的可动反射镜成为关闭位置的方式进行控制，能够生成任意图案的光并曝光。

在曝光装置720中，从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光入射到照明光学系统722，被调整为规定光束的紫外脉冲光经由反射镜723向可变成形掩模733照射。由可变成形掩模733生成了规定图案的紫外脉冲光入射到投影光学系统724，照射至保持在曝光对象物支承载台725上的曝光对象物735的规定位置。由此，与曝光图案相应的曝光用光以规定倍率成像到半导体晶片、液晶面板等曝光对象物735上。

如上所述，脉冲光生成装置pd能够对紫外脉冲光高速地进行开启/关闭控制。因此，能够高精度地控制在使用了可变成形掩模的曝光装置中特别重要的紫外脉冲光本身，能够实现高精度的曝光。

作为具备上述脉冲光生成装置pd的系统的第3应用例，参照图22对直接描绘型的曝光装置进行说明。该曝光装置740的图案形成部利用偏转机构使从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光偏转并使之在曝光对象物755上扫描，使预先设定的任意图案的像直接描绘到曝光对象物上。在本应用例中，作为偏转机构示例了使用多面镜的构成。

曝光装置740具备上述脉冲光生成装置pd(例如，脉冲光生成装置600)、整形光学系统742、多面镜753、对物光学系统744、保持曝光对象物755的曝光对象物支承载台745、和使曝光对象物支承载台745在水平面内移动的驱动机构746而构成。整形光学系统742由包含准直透镜的多个透镜群构成，整形从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光，使其经由反射镜743入射到多面镜753。多面镜753为旋转多面镜。在图22中，示例了利用反射镜驱动机构将俯视时呈正六边形的多面镜绕与纸面正交的轴旋转驱动的构成。对物光学系统744由fθ透镜、聚光透镜等多个透镜群构成，使由多面镜753扫描的紫外脉冲光成像到保持在曝光对象物载台745上的曝光对象物755上。曝光对象物载台745使曝光对象物755沿着与来自多面镜753的紫外脉冲光的扫描方向正交的方向(在图中为纸面正交方向)移动。

利用省略图示的控制装置控制脉冲光生成装置pd、多面镜753及曝光对象物载台745的动作。在控制装置中预先存储有对曝光对象物755描绘的图案的数据，控制装置根据所存储的图案的数据控制脉冲光生成装置pd、多面镜753及曝光对象物载台745的动作。由此，能够在保持于曝光对象物载台745的曝光对象物755上曝光形成预先设定的图案的像。

如上所述，脉冲光生成装置pd能够对紫外脉冲光高速地进行开启/关闭控制。因此，能够高精度地控制在不使用掩模而用紫外脉冲光直接描绘的本应用例的曝光装置中特别重要的紫外脉冲光本身，能够实现高精度的曝光。

另外，在本应用例中，作为偏转机构示例了多面镜753，但也能够使用其他的构成作为偏转机构。例如，能够代替多面镜753而使用电流镜。或者，也能够构成为将2个电流镜在正交的两轴方向组合，使从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光在曝光对象物755上沿着两轴方向扫描。

作为具备脉冲光生成装置pd的系统的第4应用例，参照示出其概要构成的图23，对光掩模、液晶面板和/或晶片等(被检查物)的检查工序中使用的检查装置进行说明。检查装置800能够适宜地用于在光掩模等具有光透过性的被检查物813上描绘的细微的图案的检查。

检查装置800具备上述脉冲光生成装置pd、照明光学系统802、保持被检查物813的被检查物支承台803、投影光学系统804、检测来自被检查物813的光的tdi(timedelayintegration，时间延迟积分)传感器815、和使被检查物支承台803在水平面内移动的驱动机构806而构成。照明光学系统802由多个透镜群构成，将从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光调整为规定光束并照射到保持于被检查物支承台803的被检查物813上。投影光学系统804由多个透镜群构成，将透过被检查物813的光投影至tdi传感器815。

在检查装置800中，从脉冲光生成装置pd输出的紫外脉冲光被输入到照明光学系统802，调整为规定光束的紫外脉冲光照射到保持于被检查物支承台803的光掩模等被检查物813上。来自被检查物813的光(本构成例中为透过光)具有描绘在被检查物813上的图案的像，该光经由投影光学系统804被投影在tdi传感器815上并成像。此时，由驱动机构806进行的被检查物支承台803的水平移动速度与tdi传感器815的传输时钟同步地被控制。

由此，由tdi传感器815检测被检查物813的图案的像，并比较检测到的图像和预先设定的规定的参照图像，从而能够在描绘于被检查物的图案存在缺陷的情况下将其提取出。另外，在被检查物813像晶片等这样不具有光透过性的情况下，能够通过使来自被检查物的反射光入射到投影光学系统804并导入tdi传感器815而同样地构成。

检查装置800具备脉冲光生成装置pd，其能够以比较简明的构成输出高输出、高光束质量的紫外脉冲光，因此，可以期待对检查工序的检查精度的提高、检查时间的缩短做出贡献。

另外，本发明不限定于上述实施方式的内容，在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。此外，上述实施方式的组合也包含于本发明。

在此，作为引用文献引入如下优先权基础申请的公开内容。

日本国专利申请2016年第105613号(2016年5月26日申请)

附图标记说明

101光耦合器

102连接光路

103相位调制元件

104输入部

401合波元件

402偏振光分束器

411第1光纤

412第2光纤

413第3光纤

414第4光纤

501第1激光光源

502第2激光光源

503、504、505带通滤波器

601波长转换部

611、612非线性光学晶体。