Translation of JP2006-010675 A
`
`(19) Japan Patent
`Office (JP)
`
`
`(51) Int.Cl.
`3/10
`G01J
`G01N 21/01
`G01N 21/33
`
`
`
`(2006.01)
`(2006.01)
`(2006.01)
`
`(12) Japanese Patent
`Publication (A)
`
`(11) Japan Patent
`Publication Number
`JP2006-10675
`(P2006-10675A)
`(43) Date of Publication: January 12, 2006
`Theme Code (reference)
`2G020
`2G059
`
`FI
`3/10
` G01
` G01N 21/01 D
` G01N 21/33
`
`(21) Application No.:
`
`JP2005-48125 (P2005-48125)
`(22) Date of filing:
`
`February 24, 2005
`(31) Priority Number:
`
`JP2004-157456 (P2004-157456)
`(32) Priority Date:
`
`May 27, 2004
`(33) Priority Country:
`
`Japan (JP)
`
`Request for Examination: Unrequested
`Number of claims: 6 OL (7 pages total)
`(73) Applicant: 301021533
`National Institute of Advanced
`Industrial Science and Technology
`(AIST)
`1-3-1, Kasumigaseki, Chiyoda-ku,
`Tokyo
`(72) Inventor: MURAI, Kensuke
`c/o National Institute of Advanced
`Industrial Science and Technology
`(AIST) Kansai
`8-31, Midorigaoka 1-chome,
`Ikeda-shi,
`Osaka
`(72) Inventor: TSUKAMOTO, Masahiro
`1-17-1-606, Aogein, Minoo-shi,
`Osaka
`
`F term (reference):
` 2G020 CB23 CB43 CB51 CB54
` 2G059 AA01 EE12 GG00 GG01 GG08
`
`
`HH03 HH06 JJ01 JJ11 NN04
`
`(54) [Title of the Invention]
`METHOD FOR GENERATING ULTRAVIOLET LIGHT AND ULTRAVIOLET
`LIGHT SOURCE APPARATUS
`
`(57) [Abstract]
`[Object]
`The present invention is aimed mainly at providing an ultraviolet light
`
`1
`
`ASML 1206
`ASML 1005
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`source providing a continuous spectrum in the ultraviolet range.
`[Solution]
`
`A method for generating ultraviolet light, the method including: collecting
`and applying pulsed laser light to an inert gas packed in a gas cell so as to
`generate laser plasma; and directing ultraviolet light generated from the plasma
`to the outside of the gas cell through an ultraviolet light transmissive window.
`An ultraviolet light source apparatus comprising: a gas cell for packing an inert
`gas therein; an inert gas introduction section; a mechanism that collects and
`applies pulsed laser light to the inert gas within the gas cell; and a window that
`directs ultraviolet light generated within the gas cell to the outside of the gas cell.
`[Selected Drawing]
`
`Fig. 1
`
`[Claims]
`1. A method for generating ultraviolet light, the method comprising: collecting
`and applying pulsed laser light to an inert gas packed in a gas cell so as to
`generate plasma; and directing ultraviolet light generated from the plasma to the
`outside of the gas cell through an ultraviolet light transmissive window.
`
`2. The method for generating ultraviolet light according to claim 1, wherein the
`inert gas packed in the gas cell is a noble gas, or a gas including a noble gas as
`a major component thereof.
`
`3. The method for generating ultraviolet light according to claim 2, wherein the
`inert gas packed in the gas cell is krypton (Kr).
`
`4. The method for generating ultraviolet light according to any of claims 1 to 3,
`wherein the pulsed laser light is YAG laser light.
`
`5. The method for generating ultraviolet light according to any of claims 1 to 4,
`wherein particulates also exist within the inert gas packed in the gas cell.
`
`6. An ultraviolet light source apparatus comprising: a gas cell for packing an
`inert gas therein; an inert gas introduction section; a mechanism that collects
`and applies pulsed laser light to the inert gas within the gas cell; and a window
`that directs ultraviolet light generated within the gas cell to the outside of the gas
`
`2
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`cell.
`
`[Detailed Description of the Invention]
`[Technical Field]
`[0001]
`The present invention relates to a method for generating ultraviolet light and
`an ultraviolet light source apparatus.
`[Background Art]
`[0002]
`
`Conventionally, excimer light sources, deuterium lamps, low-pressure
`mercury lamps and the like have been used as light sources for ultraviolet light.
`Such ultraviolet light sources exhibit high energy intensity at a specific
`wavelength and are useful as, for example, germicidal lamps. However, these
`ultraviolet light sources have a non-uniform broadband spectrum and, due to
`such properties, they cannot be regarded as a desirable light source for an
`apparatus that requires a broadband spectrum, e.g., a light source for a
`spectrophotometer
`in
`the ultraviolet wavelength range (see Non-Patent
`Document 1).
`[Non-Patent Document 1]
`“Spectroscopy Handbook” (Asakura Publishing Co., Ltd.) edited by Shigeo
`Minami and Yoichi Goshi
`
`[Disclosure of the Invention]
`[Problems to be Solved by the Invention]
`[0003]
`
`In view of the above, a main object of the present invention is to provide an
`ultraviolet light source which exhibits a continuous spectrum in the ultraviolet
`range.
`[Means for Solving the Problems]
`[0004]
`
`In order to achieve the above object, the present inventors conducted
`intensive studies and, as a result, have found that the above object can be
`achieved by collecting and applying pulsed laser light to an inert gas packed in a
`gas cell so as to generate laser plasma and by directing ultraviolet light
`generated from the plasma to the outside of the gas cell.
`[0005]
`
`3
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`Specifically, the present invention provides a method for generating
`
`ultraviolet light and an ultraviolet light source apparatus as set out below.
`1. A method for generating ultraviolet light, the method comprising: collecting
`and applying pulsed laser light to an inert gas packed in a gas cell so as to
`generate plasma; and directing ultraviolet light generated from the plasma to the
`outside of the gas cell through an ultraviolet light transmissive window.
`
`2. The method for generating ultraviolet light according to item 1 above,
`wherein the inert gas packed in the gas cell is a noble gas, or a gas including a
`noble gas as a major component thereof.
`
`3. The method for generating ultraviolet light according to item 2 above,
`wherein the inert gas packed in the gas cell is krypton (Kr).
`
`4. The method for generating ultraviolet light according to any of items 1 to 3
`above, wherein the pulsed laser light is YAG laser light.
`
`5. The method for generating ultraviolet light according to any of items 1 to 4
`above, wherein particulates also exist within the inert gas packed in the gas cell.
`
`6. An ultraviolet light source apparatus comprising: a gas cell for packing an
`inert gas therein; an inert gas introduction section; a mechanism that collets and
`applies pulsed laser light to the inert gas within the gas cell; and a window that
`directs ultraviolet light generated within the gas cell to the outside of the gas cell.
`
`[Effect of the Invention]
`[0006]
`
`According to the present invention, it is possible to generate ultraviolet light
`having a continuous spectrum in the ultraviolet range.
`[0007]
`
`Therefore, the ultraviolet light source apparatus according to the present
`invention has advantageous effects, particularly as a light source of a
`spectrophotometer in the ultraviolet range.
`[0008]
`
`In addition, the ultraviolet light source apparatus according to the present
`invention is also useful as a mercury-free germicidal device.
`
`4
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`[Best Mode for Carrying out the Invention]
`[0009]
`
`Now, the present invention will be described more specifically, with
`reference to a cross-sectional diagram showing the outline of an embodiment of
`the present invention.
`[0010]
`
`Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the outline of an
`ultraviolet light source apparatus according to the present invention.
`[0011]
`
`When generating ultraviolet light using the apparatus of the present
`invention, an inert gas is packed in a gas cell and, in that state, pulsed laser light
`from a pulsed laser system is introduced into the inert gas through a condenser
`lens, so as to generate laser plasma. The laser plasma thus obtained shows a
`broadband spectral distribution from the ultraviolet range to the infrared range.
`Accordingly, ultraviolet light can be extracted from the laser plasma to the
`outside of the gas cell through an ultraviolet-light window.
`[0012]
`
`As the inert gas to be packed in the gas cell, at least one type of noble gas,
`including krypton (Kr), xenon (Xe) and argon (Ar), or a gas mixture including, as
`a major component thereof, at least one of such noble gases, can be used.
`Krypton (Kr) is more preferred as the inert gas. The pressure of the packed gas
`is usually about 0.01 to 1 MPa and more preferably about 0.05 to 0.5 MPa.
`[0013]
`
`If gases having absorbance in the ultraviolet range, particularly, in the
`vacuum ultraviolet range, remain in the gas cell (examples of such gases include
`oxygen, carbon dioxide and carbon monoxide, and these gases will hereinafter
`be referred to as “impurity gases”), impurity gases absorb part of the generated
`ultraviolet light having a lower wavelength and may affect the performance of the
`light source. Accordingly, it is preferable to exhaust air from the gas cell as
`required before packing the inert gas, so as to achieve a high degree of vacuum
`within the gas cell and to thereby increase the purity of the inert gas packed in
`the gas cell. Such exhausting of air can be performed by a known means, such
`as a turbo-molecular pump. The purity of the inert gas in the gas cell is
`preferably 99.9% or more, more preferably 99.99% or more and even more
`preferably 99.999% or more. Argon or helium will not substantially affect the
`
`5
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`performance of the light source even if it remains in the gas cell.
`[0014]
`light and
`laser
`include YAG
`light
`laser
`the pulsed
`
`Examples of
`titanium-sapphire laser light which have good light-converging properties.
`Such laser light usually has a wavelength of about 300 to 1,200 nm (more
`preferably about 500 to 1,100 nm) and an energy intensity of about 1 mJ to 10 J
`(more preferably about 10 mJ to 1 J).
`[0015]
`
`The condenser lens preferably has a focal length of 200 mm or less (more
`preferably 10 to 50 mm). As the focal length increases, the threshold becomes
`higher and the apparatus needs to be larger in size. On the other hand, if the
`focal length is too short, the lens is easily damaged.
`[0016]
`
`Examples of the material for the ultraviolet-light window capable of
`transmitting ultraviolet light include LiF, MgF2, CaF2 and SiO2.
`[0017]
`
`In the apparatus of the present invention, if solid particulates having a
`particle size of about 1 nm to 1 μm are also included in the gas cell, the threshold
`of the energy intensity for the plasma generation can be decreased to about 1/4th
`to 1/40th, and this allows the use of a low-power laser. TiO2, ZnO and Al2O3 can
`be mentioned as examples of such solid particulates. When using solid
`particulates together, the solid particulates may be placed, in advance, at the
`bottom of the gas cell, as shown in Fig. 1.
`
`[Examples]
`[0018]
`
`Examples of the present invention will be described below. The present
`invention is neither limited by the illustrated embodiment, nor by the Examples
`set forth below.
`
`Example 1
`
`Ultraviolet light was generated using an ultraviolet light source apparatus
`having the basic structure shown in Fig. 1. Specifically, Kr was packed into the
`gas cell and YAG pulsed laser light was then collected and applied to the packed
`Kr under the following conditions, so as to generate ultraviolet light from Kr
`plasma.
`
`6
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`* Gas cell volume: 40 cm3
`
`- Kr gas pressure: 0.2 MPa
`
`- Kr purity in the gas cell: about 99.9%
`* Conditions of YAG laser irradiation:
`
`Wavelength: 532 nm; Energy: 20 mJ; Pulse width: 5 nsec; Laser light
`diameter: 3 mm; Focal length: 30 mm
`
`Fig. 2 shows the spectrum of the generated ultraviolet light. It is clear that
`the ultraviolet light generated according to the method of the present invention
`has a broadband spectral distribution.
`
`Example 2
` Ultraviolet light was generated in the same manner as in Example 1, except
`that the pressure of the Kr gas packed in the gas cell was changed.
`[0019]
`
`Fig. 3 is a graph showing the correlation between the pressure of the
`packed Kr gas and the intensity of the ultraviolet light at specific wavelengths.
`[0020]
`
`From the results shown in Fig. 3, it is clear that, in this Example using Kr
`gas, the optimal gas pressure is about 0.15 to 0.2 MPa and intensity variations at
`different wavelengths are small.
`
`Example 3
`
`Ultraviolet light was generated in the same manner as in Example 1, except
`that Xe gas was used in place of Kr gas.
`[0021]
`
`Fig. 4 shows the spectrum of the generated ultraviolet light. It is clear that
`the ultraviolet light generated according to the method of the present invention
`has a broadband spectral distribution.
`
`Example 4
`
`Ultraviolet light was generated in the same manner as in Example 3, except
`that the pressure of the Xe gas packed in the gas cell was changed.
`[0022]
`
`Fig. 5 is a graph showing the correlation between the pressure of the
`packed Xe gas and the intensity of the ultraviolet light at specific wavelengths.
`[0023]
`
`7
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`From the results shown in Fig. 5, it is clear that, in this Example using Xe
`
`gas, the optimal gas pressure is about 0.1 MPa and intensity variations at
`different wavelengths are larger than in the case of using Kr.
`
`Example 5
`
`Ultraviolet light was generated in the same manner as in Example 1, except
`that Ar gas was used in place of Kr gas.
`[0024]
`
`Under a gas pressure of 0.2 MPa, the intensity of the ultraviolet light
`generated using Ar was about one fifth of the intensity generated using Kr gas.
`
`Comparative Examples 1 and 2
`
`Ultraviolet light was generated using a commercially available low-pressure
`mercury lamp (Comparative Example 1) and a commercially available deuterium
`lamp (Comparative Example 2).
`[0025]
`
`Figs. 6 and 7 show the respective spectra of the generated ultraviolet light.
`[0026]
`
`It is clear that both of the above ultraviolet light sources emit ultraviolet light
`having high intensity at specific wavelengths. For example, the ultraviolet light
`generated using the deuterium lamp has high intensity in the wavelength range
`of 120 to 160 nm and such deuterium lamp thus has the possibility of the
`wavelength range of 240 to 320 nm being greatly affected by second-order light.
`Therefore, these ultraviolet light sources are obviously unsuitable for being a
`light source of an ultraviolet-range spectrophotometer. It should be noted that,
`when ultraviolet light was generated using other commercially available
`low-pressure mercury lamps and deuterium lamps, the same results were
`obtained as those in Comparative Examples 1 and 2, i.e., the generated
`ultraviolet light had high intensity at specific wavelengths.
`
`Example 6
`
`Ultraviolet light was generated from Kr plasma at 0.2 MPa under the same
`conditions as those in Example 1, except that 0.01 g of TiO2 particulates having
`an average particle size of about 20 nm were placed at the bottom of the gas cell.
`The threshold for the plasma generation decreased to 2 mJ, i.e., one seventh of
`the value (14 mJ) when using Kr alone (Example 1).
`
`8
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`Example 7
`Ultraviolet light was generated in accordance with the method in Example 1,
`under the following conditions:
`* Gas cell volume: 200 cm3
`* Kr gas pressure: 0.1 MPa
`* Kr purity (adjusted by the step of exhausting air from the gas cell before
`packing): A=99.9%, B=99.999% or more
`* Conditions of YAG laser irradiation:
`Wavelength: 532 nm; Energy: 25 mJ; Pulse width: 5 nsec; Laser light
`diameter: 3 mm; Focal length: 100 mm
`
`Fig. 8 is a graph showing the correlation between the purity of the packed
`Kr gas and the ultraviolet light intensity at specific wavelengths.
`[0027]
`
`As is clear from the results shown in Fig. 8, if the packed Kr gas has a purity
`of 99.999% or more (line B), vacuum ultraviolet light having a wavelength down
`to 130 nm can be extracted. Meanwhile, if the packed Kr gas has a purity of
`99.9% (line A), ultraviolet light in the wavelength range of 180 nm or shorter is
`absorbed by the impurity gas included in the packed gas.
`
`[Brief Descriptions of the Drawings]
`[0028]
`
`Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the outline of an
`ultraviolet light source apparatus according to the present invention.
`
`Fig. 2 is a diagram showing the spectrum of ultraviolet light obtained in
`Example 1 using Kr gas.
`
`Fig. 3 is a diagram showing the intensity of ultraviolet light obtained in
`Example 2 in which the pressure of the Kr gas was changed.
`
`Fig. 4 is a diagram showing the spectrum of ultraviolet light obtained in
`Example 3 using Xe gas.
`
`Fig. 5 is a diagram showing the intensity of ultraviolet light obtained in
`Example 4 in which the pressure of the Xe gas was changed.
`
`Fig. 6 is a diagram showing the spectrum of ultraviolet light generated in
`Comparative Example 1 using a commercially available low-pressure mercury
`lamp.
`
`Fig. 7 is a diagram showing the spectrum of ultraviolet light generated in
`
`9
`
`

`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`Comparative Example 2 using a commercially available deuterium lamp.
`
`Fig. 8 is a diagram showing the intensity of ultraviolet light obtained in
`Example 7 in which the purity of the Kr gas packed in the gas cell was changed
`to 99.999% (line B) and 99.9% (line A).
`
`Fig. 1
`
`Fig. 2
`
`10
`
`

`
`Fig. 3
`
`Fig. 4
`
`Fig. 5
`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`11
`
`

`
`Fig. 6
`
`Fig. 7
`
`Fig. 8
`
`Translation of JP2006-010675 A
`
`12
`
`

`
`DECLARATION
`
`I, Hiroki Sato, c/o TMI ASSOCIATES, 23” Floor, Roppongi Hills Mori Tower, 6-10-1,
`
`Roppongi, Minato-ku, Tokyo 106-6123, Japan, do solemnly and sincerely declare that I well
`
`understand the Japanese and English languages and that the attached English version is fi_1ll,
`
`true and faithfill
`
`translation made by me this 15th day of May, 2015 of Japanese Patent
`
`Publication No. JP2006-O10675A.
`
`In testimony whereof, I have hereunto set my name and seal this 15th day of May, 2015,
`,7
`
`1/
`
`Mayis, 2015
`
`Hiroki Sato
`
`
`
`13
`13
`
`

`
` (19)
`
`JAPANESE PATENT OFFICE
`
`PATENT ABSTRACTS OF JAPAN
`
`[11] Publication number: 2003010675 A
`
`(43) Date of publication of application: 12.01.05
`
`I513 "W C’
`
`G01J 3!10
`
`20060101
`
`G01N 21i'01
`
`20060101
`
`G01N 21133
`
`20060101
`
`(21) Application number: 2005048125
`
`(71) Applicant:
`
`(22) Date °ffl""'Q5 24-02-05
`
`(30) Priority:
`
`27.05.04 JP 2004157456
`
`(72) inventor;
`
`NATIONAL INSTITUTE OF
`ADVANCED
`INDUSTRIAL 8» TECHNOLOGY
`
`Mum“ KENSUKE
`TSUKAMOTO MASAHIRO
`
`(54) GENERATING METHOD OF ULTRAVIOLET
`LIGHT, AND ULTRAVIOLET LIGHT SOURCE
`DEVICE
`
`(57) Abstract:
`
`PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultraviolet
`light
`source
`having
`continuous
`spectrum in
`an
`ultraviolet zone.
`
`In this generating method of ultraviolet
`SOLUTION:
`light,
`laser plasma
`is generated by collecting and
`radiating pulse laser beams to inert gas filled in a gas
`cell,
`and the ultraviolet
`light generated from the
`plasma is guided out of
`the gas cell
`through an
`ultraviolet
`light window. The ultraviolet
`light source
`device has the gas cell
`for
`filling the inert gas, an
`inert gas guide section, a mechanism for collecting and
`radiating the pulse laser beams to the inert gas filled
`in
`the gas
`cetl,
`and the window for guiding the
`ultraviolet
`light generated in
`the gas
`cell
`to the
`outside of the gas cell.
`
`COPYRIGHT: (C)2006,.JPO&NClF'|
`
`
`
`14
`14
`
`

`
`JP 2006-10675 A 2006.1.12
`
`(57)【要約】
`【課題】紫外域において連続的なスペクトルを呈する紫
`外光源を提供することを主な目的とする。
`【解決手段】ガスセル内に封入された不活性ガスに対し
`パルスレーザー光を集光照射することによりレーザープ
`ラズマを発生させ、該プラズマから発生する紫外光を、
`紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴
`とする紫外光の発生方法、および
`不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入
`部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光
`を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外
`光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする
`紫外光源装置。
`【選択図】図１
`
`15
`
`

`
`(2)
`
`JP 2006-10675 A 2006.1.12
`
`【 特 許 請 求 の 範 囲 】
`【 請 求 項 １ 】
`ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス に 対 し パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 照 射 す る こ と に よ り プ
`ラ ズ マ を 発 生 さ せ 、 該 プ ラ ズ マ か ら 発 生 す る 紫 外 光 を 、 紫 外 光 透 過 窓 を 通 し て ガ ス セ ル 外
`に 誘 導 す る こ と を 特 徴 と す る 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
`【 請 求 項 ２ 】
`ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス が 、 希 ガ ス ま た は 希 ガ ス を 主 成 分 と す る ガ ス で あ る 請
`求 項 １ に 記 載 の 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
`【 請 求 項 ３ 】
`ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス が 、 ク リ プ ト ン （ Kr） で あ る 請 求 項 ２ に 記 載 の 紫 外 光
`の 発 生 方 法 。
`【 請 求 項 ４ 】
`パ ル ス レ ー ザ ー 光 が 、 YAGレ ー ザ ー 光 で あ る 請 求 項 １ 〜 ３ の い ず れ か に 記 載 の 紫 外 光 の 発
`生 方 法 。
`【 請 求 項 ５ 】
`ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス 中 に 微 粒 子 を 併 存 さ せ る 請 求 項 １ 〜 ４ い ず れ か に 記 載
`の 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
`【 請 求 項 ６ 】
`不 活 性 ガ ス を 封 入 す る た め の ガ ス セ ル 、 不 活 性 ガ ス 導 入 部 、 ガ ス セ ル 内 の 不 活 性 ガ ス に 対
`し て パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 照 射 す る 機 構 、 お よ び ガ ス セ ル 内 で 発 生 す る 紫 外 光 を ガ ス セ
`ル 外 に 誘 導 す る 窓 を 備 え た こ と を 特 徴 と す る 紫 外 光 源 装 置 。
`【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】
`【 技 術 分 野 】
`【 ０ ０ ０ １ 】
`　 本 発 明 は 、 紫 外 光 の 発 生 方 法 お よ び 紫 外 光 源 装 置 に 関 す る 。
`【 背 景 技 術 】
`【 ０ ０ ０ ２ 】
`　 従 来 、 紫 外 光 源 と し て は 、 エ キ シ マ 光 源 、 重 水 素 ラ ン プ 、 低 圧 水 銀 ラ ン プ な ど が 使 用 さ
`れ て き た 。 こ れ ら の 光 源 は 、 特 定 の 波 長 で の エ ネ ル ギ ー 強 度 が 高 い 紫 外 光 源 で あ り 、 殺 菌
`灯 な ど と し て 有 用 で あ る 。 し か し な が ら 、 こ れ ら の 紫 外 光 源 は 、 広 帯 域 に わ た る ス ペ ク ト
`ル が 均 質 で な い と い う 特 性 を 有 し て い る の で 、 広 帯 域 の ス ペ ク ト ル が 求 め ら れ る 装 置 の 光
`源 、 例 え ば 、 紫 外 波 長 域 の 分 光 光 度 計 の 光 源 と し て は 、 好 適 で あ る と は 言 い 難 い (非 特 許
`文 献 １ )。
`【 非 特 許 文 献 １ 】 “ 分 光 技 術 ハ ン ド ブ ッ ク ” 、 （ 朝 倉 書 店 ） 、 南 茂 夫 、 合 志 陽 一 編 集
`【 発 明 の 開 示 】
`【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】
`【 ０ ０ ０ ３ 】
`　 従 っ て 、 本 発 明 は 、 紫 外 域 に お い て 連 続 的 な ス ペ ク ト ル を 呈 す る 紫 外 光 源 を 提 供 す る こ
`と を 主 な 目 的 と す る 。
`【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】
`【 ０ ０ ０ ４ 】
`　 本 発 明 者 は 、 上 記 の 課 題 を 解 決 す る た め に 、 鋭 意 研 究 を 行 な っ た 結 果 、 ガ ス セ ル 内 に 封
`入 さ れ た 不 活 性 ガ ス に 対 し パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 照 射 し て 、 レ ー ザ ー プ ラ ズ マ を 発 生 さ
`せ 、 該 プ ラ ズ マ か ら 発 生 す る 紫 外 光 を 、 ガ ス セ ル 外 に 誘 導 す る 場 合 に は 、 そ の 目 的 を 達 成
`し う る こ と を 見 出 し た 。
`【 ０ ０ ０ ５ 】
`　 す な わ ち 、 本 発 明 は 、 下 記 の 紫 外 光 の 発 生 方 法 お よ び 紫 外 光 源 装 置 を 提 供 す る 。
`１ ． ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス に 対 し パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 照 射 す る こ と に よ
`り プ ラ ズ マ を 発 生 さ せ 、 該 プ ラ ズ マ か ら 発 生 す る パ ル ス 発 光 紫 外 光 を 、 紫 外 光 透 過 窓 を 通
`し て ガ ス セ ル 外 に 誘 導 す る こ と を 特 徴 と す る 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
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`10
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`２ ． ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス が 、 希 ガ ス ま た は 希 ガ ス を 主 成 分 と す る ガ ス で あ
`る 上 記 項 １ に 記 載 の 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
`３ ． ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス が 、 ク リ プ ト ン （ Kr） で あ る 上 記 項 ２ に 記 載 の 紫
`外 光 の 発 生 方 法 。
`４ ． パ ル ス レ ー ザ ー 光 が 、 YAGレ ー ザ ー 光 で あ る 上 記 項 １ 〜 ３ の い ず れ か に 記 載 の 紫 外 光
`の 発 生 方 法 。
`５ ． ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス 中 に 微 粒 子 を 併 存 さ せ る 上 記 項 １ 〜 ４ い ず れ か に
`記 載 の 紫 外 光 の 発 生 方 法 。
`６ ． 不 活 性 ガ ス を 封 入 す る た め の ガ ス セ ル 、 不 活 性 ガ ス 導 入 部 、 ガ ス セ ル 内 の 不 活 性 ガ ス
`に 対 し て パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 照 射 す る 機 構 、 お よ び ガ ス セ ル 内 で 発 生 す る 紫 外 光 を ガ
`ス セ ル 外 に 誘 導 す る 窓 を 備 え た こ と を 特 徴 と す る 紫 外 光 源 装 置 。
`【 発 明 の 効 果 】
`【 ０ ０ ０ ６ 】
`　 本 発 明 に よ れ ば 、 紫 外 領 域 に お い て 、 連 続 的 な ス ペ ク ト ル を 有 す る 紫 外 光 を 発 生 さ せ る
`こ と が で き る 。
`【 ０ ０ ０ ７ 】
`　 従 っ て 、 本 発 明 に よ る 紫 外 光 源 装 置 は 、 特 に 紫 外 域 の 分 光 光 度 計 の 光 源 と し て 優 れ た 効
`果 を 発 揮 す る 。
`【 ０ ０ ０ ８ 】
`　 さ ら に 、 本 発 明 に よ る 紫 外 光 源 装 置 は 、 水 銀 フ リ ー の 殺 菌 装 置 と し て も 、 有 用 で あ る 。
`【 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態 】
`【 ０ ０ ０ ９ 】
`　 以 下 、 本 発 明 の 実 施 形 態 の 概 略 を 示 す 断 面 図 を 参 照 し つ つ 、 本 発 明 を よ り 詳 細 に 説 明 す
`る 。
`【 ０ ０ １ ０ 】
`　 図 １ は 、 本 発 明 に よ る 紫 外 光 源 装 置 の 概 要 を 示 す 模 式 的 な 断 面 図 で あ る 。
`【 ０ ０ １ １ 】
`　 本 発 明 装 置 を 用 い て 紫 外 光 を 発 生 さ せ る に 際 し て は 、 ガ ス セ ル 内 に 不 活 性 ガ ス を 封 入 し
`た 状 態 で 、 パ ル ス レ ー ザ ー 装 置 か ら の パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 集 光 レ ン ズ に よ り 不 活 性 ガ ス 中
`に 導 入 し て 、 レ ー ザ ー プ ラ ズ マ を 発 生 さ せ る 。 こ の レ ー ザ ー プ ラ ズ マ は 、 紫 外 域 か ら 赤 外
`域 に わ た る 広 い 帯 域 の ス ペ ク ト ル 分 布 を 示 す 。 従 っ て 、 こ の レ ー ザ ー プ ラ ズ マ か ら 紫 外 窓
`を 通 し て ガ ス セ ル 外 に 紫 外 光 を 取 り 出 す こ と が で き る 。
`【 ０ ０ １ ２ 】
`　 ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ る 不 活 性 ガ ス と し て は 、 ク リ プ ト ン （ Kr） 、 キ セ ノ ン （ Xe） 、 ア
`ル ゴ ン （ Ar） な ど の 希 ガ ス の 少 な く と も １ 種 、 こ れ ら 希 ガ ス の 少 な く と も １ 種 を 主 成 分 と
`す る 混 合 ガ ス な ど が 使 用 で き る 。 不 活 性 ガ ス と し て は 、 Krが よ り 好 ま し い 。 封 入 ガ ス の 圧
`力 は 、 通 常 0.01〜 1MPa程 度 で あ り 、 よ り 好 ま し く は 0.05〜 0.5MPa程 度 で あ る 。
`【 ０ ０ １ ３ 】
`　 ガ ス セ ル 内 に 紫 外 域 、 特 に 真 空 紫 外 域 に お い て 吸 収 の あ る ガ ス (例 え ば 、 酸 素 、 二 酸 化
`炭 素 、 一 酸 化 炭 素 な ど ； 以 下 こ れ ら の ガ ス を 「 不 純 物 ガ ス 」 と い う )が 残 存 す る 場 合 に は
`、 不 純 物 ガ ス が 発 生 し た 低 波 長 側 の 紫 外 光 を 吸 収 し て 、 光 源 の 性 能 に 影 響 を 及 ぼ す こ と が
`あ る 。 従 っ て 、 必 要 に 応 じ 、 不 活 性 ガ ス の 封 入 に 先 立 っ て 、 ガ ス セ ル 内 を 予 め 高 真 空 度 に
`排 気 し て お く こ と に よ り 、 ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た 不 活 性 ガ ス の 純 度 を 高 め て お く こ と が
`好 ま し い 。 こ の 様 な 排 気 は 、 タ ー ボ 分 子 ポ ン プ な ど の 公 知 の 手 段 に よ り 、 行 う こ と が 出 来
`る 。 ガ ス セ ル 内 の 不 活 性 ガ ス の 純 度 は 、 99.9％ 以 上 で あ る こ と が 好 ま し く 、 99.99％ 以 上
`で あ る こ と が よ り 好 ま し く 、 99.999％ 以 上 で あ る こ と が さ ら に 好 ま し い 。 ア ル ゴ ン 、 ヘ リ
`ウ ム な ど が 残 存 し て い て も 、 光 源 の 性 能 に 実 質 的 に 影 響 を 及 ぼ す こ と は な い 。
`【 ０ ０ １ ４ 】
`　 パ ル ス レ ー ザ ー 光 と し て は 、 集 光 性 の よ い YAGレ ー ザ ー 光 、 チ タ ン サ フ ァ イ ア レ ー ザ ー
`光 な ど が 挙 げ ら れ る 。 レ ー ザ ー 光 の 波 長 は 、 通 常 300〜 1200nm程 度 (よ り 好 ま し く は 500〜 1
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`10
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`100nm程 度 )、 エ ネ ル ギ ー 強 度 1mJ〜 10J程 度 (よ り 好 ま し く は 10ｍ J〜 1J程 度 )で あ る 。
`【 ０ ０ １ ５ 】
`　 集 光 レ ン ズ の 焦 点 距 離 は 、 200mm以 下 (よ り 好 ま し く は 10〜 50mm)で あ る こ と が 好 ま し い
`。 焦 点 距 離 が 長 く な る ほ ど し き い 値 が 高 く な り 、 ま た 装 置 が 大 型 と な る 。 な お 、 焦 点 距 離
`が あ ま り 短 す ぎ る と 、 レ ン ズ に 損 傷 が 起 こ り や す く な る 。
`【 ０ ０ １ ６ 】
`　 紫 外 光 を 透 過 で き る 紫 外 窓 を 構 成 す る 材 料 と し て は 、 LiF、 MgF 2 、 CaF 2 、 SiO 2 な ど が 挙
`げ ら れ る 。
`【 ０ ０ １ ７ 】
`　 本 発 明 装 置 に お い て は 、 ガ ス セ ル 内 に 粒 径 1nm〜 1μ m程 度 の 固 体 微 粒 子 を 共 存 さ せ て お
`く こ と に よ り 、 プ ラ ズ マ 発 生 の エ ネ ル ギ ー 閾 値 強 度 を 1/4〜 1/40程 度 に 低 下 さ せ る こ と が
`で き る の で 、 低 出 力 レ ー ザ ー を 使 用 す る こ と が で き る 。 こ の 様 な 固 体 微 粒 子 と し て は 、 Ti
`O 2 、 ZnO、 Al 2 O 3 な ど が 例 示 さ れ る 。 固 体 微 粒 子 を 併 用 す る 場 合 に は 、 図 １ に 示 す 様 に 、 ガ
`ス セ ル の 底 部 に 予 め 微 粒 子 を 収 容 し て お け ば 良 い 。
`【 実 施 例 】
`【 ０ ０ １ ８ 】
`　 以 下 に 、 本 発 明 の 実 施 例 を 示 す 。 本 発 明 は 、 図 示 の 実 施 態 様 或 い は 下 記 に 実 施 例 に よ り
`限 定 さ れ る も の で は な い 。
`［ 実 施 例 １ ］
`　 図 １ に 概 要 を 示 す 構 造 の 紫 外 光 源 装 置 を 用 い て 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 。 す な わ ち 、 ガ ス セ
`ル 内 に Krを 封 入 し た 後 、 以 下 の 条 件 下 に YAGパ ル ス レ ー ザ ー を 集 光 照 射 す る こ と に よ り 、 K
`rプ ラ ズ マ か ら 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 。
`＊ ガ ス セ ル 容 量 ： 40cm 3
`・ 　 Krガ ス 圧 ： 0.2MPa
`・ 　 ガ ス セ ル 内 の Kr純 度 ： 約 99.9％
`＊ YAGレ ー ザ ー 照 射 条 件 ： 波 長 532nm、 エ ネ ル ギ ー 20ｍ J、 パ ル ス 幅 5nsec、 レ ー ザ ー 光 径 3m
`m、 焦 点 距 離 30mm
`　 発 生 し た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル を 図 ２ に 示 す 。 本 発 明 方 法 に よ り 発 生 さ せ た 紫 外 光 が 、 広
`帯 域 の ス ペ ク ト ル 分 布 を 有 し て い る こ と が 明 ら か で あ る 。
`［ 実 施 例 ２ ］
`　 ガ ス セ ル 内 に 封 入 し た Krガ ス の 圧 力 を 変 化 さ せ る 以 外 は 実 施 例 １ と 同 様 に し て 、 紫 外 光
`を 発 生 さ せ た 。
`【 ０ ０ １ ９ 】
`　 図 ３ は 、 封 入 Krガ ス 圧 と 特 定 波 長 の 紫 外 光 強 度 と の 関 係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。
`【 ０ ０ ２ ０ 】
`　 図 ３ に 示 す 結 果 か ら 、 Krガ ス を 使 用 す る 本 実 施 例 に お い て は 、 最 適 ガ ス 圧 は 0.15〜 0.2M
`Pa程 度 で あ る こ と 、 お よ び 波 長 に よ る 強 度 の 揺 ら ぎ が 小 さ い こ と が 明 ら か で あ る 。
`［ 実 施 例 ３ ］
`　 Krガ ス に 代 え て Xeガ ス を 使 用 す る 以 外 は 実 施 例 １ と 同 様 に し て 、 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 。
`【 ０ ０ ２ １ 】
`　 　 発 生 し た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル を 図 ４ に 示 す 。 本 発 明 方 法 に よ り 発 生 さ せ た 紫 外 光 が 、
`広 帯 域 の ス ペ ク ト ル 分 布 を 有 し て い る こ と が 明 ら か で あ る 。
`［ 実 施 例 ４ ］
`　 　 ガ ス セ ル 内 に 封 入 し た Xeガ ス の 圧 力 を 変 化 さ せ る 以 外 は 実 施 例 ３ と 同 様 に し て 、 紫 外
`光 を 発 生 さ せ た 。
`【 ０ ０ ２ ２ 】
`　 　 図 ５ は 、 封 入 Xeガ ス 圧 と 特 定 波 長 の 紫 外 光 強 度 と の 関 係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。
`【 ０ ０ ２ ３ 】
`　 図 ５ に 示 す 結 果 か ら 、 Xeガ ス を 使 用 す る 本 実 施 例 に お い て は 、 最 適 ガ ス 圧 は 0.1MPa程 度
`で あ る こ と 、 お よ び 波 長 に よ る 強 度 の 揺 ら ぎ が Krよ り 大 き い こ と が 明 ら か で あ る 。
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`
`［ 実 施 例 ５ ］
`　 　 Krガ ス に 代 え て Arガ ス を 使 用 す る 以 外 は 実 施 例 １ と 同 様 に し て 、 紫 外 光 を 発 生 さ せ た
`
`０ ０ ２ ４ 】
`　 　 Arを 使 用 す る 場 合 の 紫 外 光 強 度 は 、 ガ ス 圧 0.2MPaに お い て 、 Krガ ス を 使 用 す る 場 合 の
`約 1/5程 度 で あ っ た 。
`［ 比 較 例 １ ］ お よ び ［ 比 較 例 ２ ］
`　 市 販 の 低 圧 水 銀 ラ ン プ (比 較 例 １ )お よ び 重 水 素 ラ ン プ (比 較 例 ２ )を 用 い て 紫 外 光 を 発 生
`さ せ た 。
`【 ０ ０ ２ ５ 】
`　 　 発 生 し た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル を そ れ ぞ れ 図 ６ お よ び 図 ７ に 示 す 。
`【 ０ ０ ２ ６ 】
`　 　 い ず れ の 紫 外 光 源 も 、 特 定 の 波 長 が 強 い 紫 外 光 を 発 し て い る こ と が 明 ら か で あ る 。 例
`え ば 、 重 水 素 ラ ン プ で は 120〜 160nmの 波 長 域 の 紫 外 光 が 強 い た め 、 2次 光 が 240〜 320nmの
`波 長 域 に 強 く 影 響 し て い る 可 能 性 が あ る 。 従 っ て 、 こ れ ら の 紫 外 光 源 は 、 紫 外 域 の 分 光 光
`度 計 の 光 源 と し て は 、 適 し て い な い こ と が 明 ら か で あ る 。 な お 、 市 販 さ れ て い る 他 の 低 圧
`水 銀 ラ ン プ お よ び 重 水 素 ラ ン プ を 用 い て 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 場 合 に も 、 比 較 例 １ お よ び 比
`較 例 ２ と 同 様 に 、 「 特 定 の 波 長 が 強 い 紫 外 光 を 発 す る 」 と い う 結 果 が 得 ら れ た 。
`［ 実 施 例 ６ ］
`　 　 平 均 粒 子 径 約 20nmの TiO 2 微 粒 子 0.01gを ガ ス セ ル 底 部 に 収 容 し た 以 外 は 実 施 例 １ と 同
`様 の 条 件 下 に 、 0.2MPa の Krプ ラ ズ マ か ら 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 。 そ の 結 果 、 プ ラ ズ マ 発 生
`の し き い 値 は 、 Kr の み を 使 用 す る 場 合 (実 施 例 １ )の 14mJに 比 し て 、 2mJと な り 、 1/7に 低
`下 し た 。
`［ 実 施 例 ７ ］
`　 以 下 の 条 件 下 に 実 施 例 １ の 手 法 に 準 じ て 、 紫 外 光 を 発 生 さ せ た 。
`＊ ガ ス セ ル 容 量 ： 200cm 3
`＊ Krガ ス 圧 ： 0.1MPa
`＊ Kr純 度 (封 入 前 の ガ ス セ ル 排 気 操 作 に よ り 調 整 )： A=99.9％ 、 B=99.999%以 上
`＊ YAGレ ー ザ ー 照 射 条 件 ： 波 長 532nm、 エ ネ ル ギ ー 25ｍ J、 パ ル ス 幅 5nsec、 レ ー ザ ー 光 径 3m
`m、 焦 点 距 離 100mm
`　 図 ８ は 、 封 入 Krガ ス 純 度 と 特 定 波 長 の 紫 外 光 強 度 と の 関 係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。
`【 ０ ０ ２ ７ 】
`　 図 ８ に 示 す 結 果 か ら 明 ら か な 様 に 、 封 入 Krガ ス の 純 度 が 99.999％ 以 上 で あ る 場 合 (曲 線 B
`)に は 、 波 長 130nmま で の 真 空 紫 外 光 を 取 り 出 す こ と が 出 来 る 。 こ れ に 対 し 、 封 入 Krガ ス の
`純 度 が 99.9％ で あ る 場 合 (曲 線 A)に は 、 180nmよ り 短 い 波 長 域 の 紫 外 線 が 、 封 入 ガ ス 中 の 不
`純 物 ガ ス に よ り 吸 収 さ れ て い る 。
`【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】
`【 ０ ０ ２ ８ 】
`【 図 １ 】 本 発 明 に よ る 紫 外 光 源 装 置 の 概 要 を 示 す 模 式 的 な 断 面 図 で あ る 。
`【 図 ２ 】 Krガ ス を 使 用 す る 実 施 例 １ で 得 ら れ た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ３ 】 Krガ ス の 圧 力 を 変 化 さ せ た 実 施 例 ２ で 得 ら れ た 紫 外 光 強 度 を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ４ 】 Xeガ ス を 使 用 す る 実 施 例 ３ で 得 ら れ た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ５ 】 Xeガ ス の 圧 力 を 変 化 さ せ た 実 施 例 ４ で 得 ら れ た 紫 外 光 強 度 を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ６ 】 比 較 例 １ に お い て 、 市 販 の 低 圧 水 銀 ラ ン プ を 用 い て 発 生 さ せ た 紫 外 光 の ス ペ ク ト
`ル を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ７ 】 比 較 例 ２ に お い て 、 市 販 の 重 水 素 ラ ン プ を 用 い て 発 生 さ せ た 紫 外 光 の ス ペ ク ト ル
`を 示 す 図 面 で あ る 。
`【 図 ８ 】 ガ ス セ ル 内 に 封 入 さ れ た Krガ ス の 純 度 を 変 化 さ せ た 実 施 例 ７ に お い て 、 純 度 99.9
`99％ (曲 線 Ｂ )お よ び 99.9%(曲 線 Ａ )で 得 ら れ た 紫 外 光 強 度 を 示 す 図 面 で あ る 。
`
`。【
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`19
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`
`【 図 １ 】
`[I211]
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`JP 2006-10675 A 2006.1.12
`JP 2006-10675 A 2006.1.12
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`【 図 ３ 】
`[3]
`20000
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`【 図 ２ 】
`[E4 2 1
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`Pressure [MPa]
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`Wavelength [nm]
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`【 図 ５ 】
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`【 図 ４ 】
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`
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`(7)
`(7)
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`JP 2006-10675 A 2006.1.12
`
`【 図 ６ 】
`[E46]
`
`【 図 ７ 】
`[7]
`
`
`
`
`【 図 ８ 】
`[8]
`
`21
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