[发明专利]一种长波二氧化碳激光隔离装置

说明书

本发明公开了一种长波二氧化碳激光隔离装置，该装置设置于种子激光器和激光放大器之间，包括与所述种子激光器连接的缩束镜组，所述缩束镜组的另一端连接有空芯光纤的第一密封窗口，所述空芯光纤的另一端具有第二密封窗口，所述第二密封窗口还通过扩束镜组与所述激光放大器连接，其中，所述空芯光纤中填充有具有饱和吸收特性的气体，用于透过正向传输的激光且吸收反向传输的激光。上述长波二氧化碳激光隔离装置，能够解决现有饱和气体吸收隔离装置引起光束畸变、调节复杂、结构受限以及灵活性差的问题，更加灵活简洁且隔离效率更高。

技术领域

本申请属于极紫外光刻光源技术领域，特别是涉及一种长波二氧化碳激光隔离装置。

背景技术

光刻技术是现代大规模集成电路制造技术的核心，采用波长13.5nm极紫外光的投影光刻技术是目前光刻工艺的主流技术途径。其实现方法包括但不限于10.6μm二氧化碳激光照射液滴锡靶产生等离子体进而辐射13.5nm极紫外光，该方法具有转换效率高和产生碎片少等优势，是目前较为成熟的13.5nm极紫外光产生技术方案。

激光诱导等离子体辐射极紫外光要求驱动二氧化碳激光器输出高功率、高重复频率、短脉冲的长波二氧化碳激光。目前，增益开关脉冲二氧化碳激光器和横流激励大气压二氧化碳激光器不能达到重复频率要求，机械调Q激光器不能满足短脉冲的要求，因此常用的技术途径为主振荡功率放大技术，即采用重复频率高、脉冲宽度窄的10.6μm二氧化碳激光器作为种子源，经过多级激光放大器实现高重复频率短脉冲激光的功率放大。在激光放大过程中，放大链路中插入的各种光学元件在传输正向光束时，也会由于反射和折射产生反向传输的光束。由光路可逆的原理可知，反向激光光束会传输至前级系统，进而干扰放大器的正常运转，影响正向传输激光的光学参数，甚至损坏种子激光器，因此必须采取相应的措施以对反向激光加以隔离。

相对于短波激光波段来说，现在并没有成熟的长波二氧化碳激光波段的隔离器，现有的长波二氧化碳激光反向光隔离技术主要包括电光开关隔离技术、声光开关隔离技术以及饱和气体吸收隔离技术。Yoichi Tanino等在论文Optics Letters,2013,38(17):3291-3293中使用碲化镉电光开关作为二氧化碳激光隔离器，只有在开关打开时激光可以在主光路中传输，开关关断时激光被折射出主光路，通过调控施加在晶体上的驱动电压控制电光开关的打开与关断，打开时间与种子激光器脉冲同步。该方案可以在电光开关关断时有效隔离反向传输激光，但是要求激光具有极好的偏振度，且系统链路中光学器件众多，难以精确控制引起反向激光的器件位置，使得反向脉冲在开关关断时传输至电光开关，此外电光晶体损伤阈值较低，无法应用于高能量激光的隔离。专利US 2016/0165709 A1提出采用两个声光开关和一个延时器构成隔离系统，声光开关的衍射光出射方向作为主光路，通过匹配声光开关驱动电压的时间频率及延时器的延时时间，使正向激光光束被衍射至主光路正常传输，反向激光光束直接通过声光晶体，不改变传输方向而偏离主光路，实现反向激光光束的有效隔离。然而，由于声光晶体上升时间长，为保证反向光束隔离效果，二氧化碳激光在延时器内传播的最小光程为百米量级，会引起十分严重的能量损耗和光束质量下降。饱和气体吸收隔离技术利用可饱和吸收体对激光的受激吸收效应，使得反向传输的低能量激光被吸收，正向传输的高能量激光高效透过，实现反向激光的隔离。然而，现有饱和气体吸收池结构均为金属吸收池，散热性能差，气体温升引起光束畸变严重，置于激光链路中时光路调节复杂，吸收池结构受激光光束直径和束散角限制，对设计精度及调节精度要求高，系统灵活性差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种长波二氧化碳激光隔离装置，能够解决现有饱和气体吸收隔离装置引起光束畸变、调节复杂、结构受限以及灵活性差的问题，更加灵活简洁且隔离效率更高。