旧晶体,新故事,提高深紫外激光性能

发布时间:2024-05-07 06:32:11.000Z

激光晶体

 

级联LBO晶体产生的193nm DUV激光器。来源:宣宏(中国科学院航天信息研究所大湾区分院)

 

在科学技术领域,利用深紫外(DUV)区域的相干光源在光刻、缺陷检测、计量学和光谱学等各种应用中具有巨大的意义。传统上,高功率193纳米(nm)激光器在光刻中起着关键作用,形成了用于精确图案的系统的组成部分。然而,传统ArF准分子激光器的相干性限制阻碍了它们在需要高分辨率图案的应用中的有效性,如干涉光刻。

 

进入“混合ArF准分子激光器”的概念。集成窄线宽的固态193nm激光种子代替ArF振荡器,在窄线宽的同时实现了增强的相干性,从而提高了高通量干涉光刻的性能。这一创新不仅提高了图案精度,而且加快了光刻速度。此外,混合ArF准分子激光器的高光子能量和相干性有助于直接加工各种材料,包括碳化合物和固体,热影响最小。这种多功能性强调了它在不同领域的潜力,从光刻到激光加工

 

为了优化ArF放大器的播种,必须精心控制193纳米种子激光器的线宽,理想情况下低于4千兆赫兹。本规范规定了对干涉至关重要的相干长度,这是通过固态激光技术很容易达到的标准。中国科学院研究人员最近的一项突破推动了这一领域的发展。据《Advanced Photonics Nexus》报道,他们利用LBO晶体实现了一种复杂的两阶段和频率产生工艺,在193nm处实现了60毫瓦(mW)的窄线宽固体DUV激光器。该过程涉及258 nm和1553 nm的泵浦激光器,分别来自镱混合激光器和掺铒光纤激光器。这种设置,最终在2mm×2mm×30mm Yb:YAG体晶体功率缩放,展示了令人印象深刻的结果。

 

所产生的DUV激光,伴随着其221纳米的对应,显示出平均功率为60兆瓦,脉冲持续时间为4.6纳秒(ns),重复频率为6千赫兹(kHz),线宽约为640兆赫(MHz)。值得注意的是,这标志着LBO晶体产生的193 nm和221 nm激光器的最高功率输出,以及193 nm激光器的最窄线宽。

 

特别值得注意的是实现了出色的转换效率:221至193纳米为27%,258至193纳米为3%,为效率值设定了新的基准。这项研究强调了LBO晶体在产生功率从数百毫瓦到瓦的DUV激光方面的巨大潜力,为探索其他DUV激光波长开辟了道路。

 

根据该研究的通讯作者洪文轩教授的说法,报告的研究证明了“用固体激光器泵浦LBO的可行性,可以可靠有效地产生193nm的窄线宽激光,并为使用LBO制造成本效益高的大功率DUV激光系统开辟了一条新途径。”

 

这些进步不仅推动了DUV激光技术的发展,也为科学和工业领域的无数应用带来了革命性的希望。

 

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