[发明专利]一种直接倍频产生高功率真空紫外激光的装置及方法有效

专利信息
申请号: 201310113289.3 申请日: 2013-04-02
公开(公告)号: CN104104006B 公开(公告)日: 2017-04-19
发明(设计)人: 宗楠;杨峰;徐志;张申金;彭钦军;许祖彦;王志敏 申请(专利权)人: 中国科学院理化技术研究所
主分类号: H01S3/109 分类号: H01S3/109;H01S3/094;G02F1/37;G02F1/355
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司11002 代理人: 王莹
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 直接 倍频 产生 功率 真空 紫外 激光 装置 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及全固态真空紫外激光领域,特别涉及一种直接倍频产生高功率真空紫外激光装置及方法。

背景技术

真空紫外(VUV)光源,一般指波长介于40nm到185nm之间的电磁辐射波段,由于其波长短、单光子能量高,因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工及激光光刻等诸多领域具有重要的应用价值,是激光领域最重要的发展方向之一。

目前,真空紫外激光源主要有ArF准分子激光器及通过非线性晶体和频产生的全固态激光器(例如Photonic公司TU-L系列产品)。准分子激光源是目前使用最多的真空紫外相干光源,其波长在真空紫外波段为157nm等特定谱线。准分子激光器具有平均功率高、脉冲能量高、结构简单、效率高等优点,但其运转方式少(CW和ns)、光束质量差、调谐范围小、技术复杂、气体有毒、一次充气寿命有限,难以实用化与精密化。全固态激光器具有结构紧凑、体积小、效率高、光束质量好、稳定性好、寿命长,波长连续调谐宽、重复频率可调,容易实用化等优点。但通过和频这一途径产生真空紫外激光,需要两束不同波长激光,其结构复杂、转换效率低,难以实用化。

中国科学院理化技术研究所在真空紫外非线性晶体材料和激光技术领域进行了大量的开创性工作,利用KBBF晶体,在国际上首次采用倍频的方法,实现了184.7nm真空紫外激光输出,突破了全固态激光200nm的壁垒,并发明了KBBF-PCD棱镜耦合技术。基于KBBF-PCD(棱镜耦合器件)二次谐波技术产生的真空紫外激光光源是近年来新发展的一种真空紫外相干光源,具有系统简单,结构紧凑,稳定性好,寿命长等优点,同时其光束质量好,宽调谐,可在ns、ps、fs不同脉冲条件下运转、脉冲重复频率1-GHz大范围可控,是目前唯一能同时满足实用化与精密化要求的真空紫外激光光源。但由于KBBF晶体的层状习性,很难实现大尺寸生长,通过KBBF晶体直接倍频技术产生高功率真空紫外激光仍然比较困难。目前,已经实现了最高120mW真空紫外激光输出,但其倍频效率低,转换效率容易饱和,由于热效应严重,不易长时间运转,难以实现实用化,更难以实现几百毫瓦级乃至瓦级真空紫外激光输出。

发明内容

(一)所要解决的技术问题

本发明提供了一种产生高功率真空紫外激光的装置及方法,可以解决目前无法产生更高功率几百毫瓦乃至瓦级真空紫外激光输出的问题,并解决了在产生较高功率时,倍频转换效率低,输出功率低,功率不稳定,难以实用化等问题。

(二)技术方案

本发明提供一种产生高功率真空紫外激光的装置,该装置包括激光泵浦源(1)、直接倍频器件(3)、真空腔(5)和功率测量系统(6),所述直接倍频器件和功率测量系统位于真空腔内;所述装置还包括光束整形系统(2)和四维预调节平转台(4);

其中所述激光泵浦源为窄线宽全固态紫外激光泵浦源;所述光束整形系统位于激光泵浦源和真空腔之间;所述四维预调节平转台固定在真空腔内,包括三维电动平移台、一维电动旋转台及相应的转接板;所述直接倍频器件固定于所述四维预调节平转台的转接板上。

其中,所述窄线宽全固态紫外激光泵浦源光束质量因子:M2≤2,线宽≤10pm,紫外光波长范围为200~370nm。

其中,所述光束整形系统为缩束装置或聚焦装置,将泵浦光整形为直径≤2mm,发散角≤0.5mrad的光束。

其中,所述四维预调节平转台中三维电动平移台调节精度为高于50um,一维电动旋转台调节精度为高于0.01°。

其中,所述直接倍频器件中的晶体为具有真空紫外二次谐波输出能力的KBBF族晶体。

其中,所述真空腔包括:紫外激光入射窗口、真空紫外输出窗口、剩余紫外激光导出窗口和真空腔体;整形后的紫外激光由紫外激光入射窗口进入真空腔体,经过直接倍频器件后,剩余紫外激光由剩余紫外激光导出窗口导出,倍频产生的真空紫外激光由真空紫外输出窗口输出。

其中,所述功率测量系统包括:真空紫外激光功率计、紫外45°高反镜和剩余紫外激光收集器;

所述真空紫外激光功率计和紫外45°高反镜位于真空腔内,真空紫外激光功率计用于测量二次谐波真空紫外激光的功率;紫外45°高反镜用于反射剩余紫外激光,使剩余紫外激光输出到真空腔外部的剩余紫外激光收集器。

本发明还提供了一种采用权利要求1所述装置产生高功率真空紫外激光的方法,所述方法包括:

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