一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其中，触发控制模块分别产生用于触发MO腔和PA腔进行放电激励的触发信号，且将MO腔和PA腔的触发信号均反馈至延时测量模块；延时测量模块根据取样得到的MO腔和PA腔的放电信号，以及根据接收得到的MO腔和PA腔的触发信号，计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，并将MO腔以及PA腔的延时数据均发送至所述触发控制模块；触发控制模块根据MO腔以及PA腔的延时数据，分别产生MO腔和PA腔的下一个触发信号。本发明专利技术实现了在少量触发脉冲个数后即可获得稳定的双腔同步，满足在集成电路光刻中正常使用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统
本专利技术涉及双腔准分子激光器的光源控制领域，尤其是一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统。
技术介绍
准分子激光器能够在紫外和深紫外波段提供高能量、高峰值功率、高光束质量的激光输出，在与物质的相互作用中使多种金属、非金属材料气化，产生整齐的切边，热影响区极小，因此在工业微加工领域准分子激光器有着广泛的应用，特别是在深紫外光刻领域，准分子激光是目前大规模半导体集成电路光刻的主流光源，准分子激光器最大的应用领域是作为光刻机光源。近年来，用于光刻的准分子激光器要求其光源输出功率越来越大，且关于脉冲能量稳定性、波长稳定性和带宽稳定性等光束参数的规范也越来越严格，因此，采用单一放电腔的准分子激光器的设计基本不可行，单一放电腔的准分子激光器对脉冲能量的精确控制会对波长或带宽造成不利影响。目前，国内外的主流做法是采用两放电腔的准分子激光器，即MOPA结构的双腔准分子激光器。由图1所示，MOPA结构的双腔准分子激光器中，第一个放电腔MO腔产生激光能量较低但光束参数较好的种子光，该种子光传输到第二个放电腔PA腔时，第二个放电腔PA腔进行放电并对种子光进行能量放大，获得高重复频率条件下的能量较大且光束参数良好的准分子激光输出。由于准分子激光器的放电时间很短，一般为20ns～50ns，且激活介质的上能级寿命也在10ns量级，因此准分子激光器的粒子数反转仅能在放电期间存在。在双腔准分子激光器中，第一个激光器的激光束到达第二个激光器时，该激光器必须粒子数反转才能实现对种子光的有效放大。因此，双腔准分子激光器的放电必须时间上在一定范围内同步，例如±5ns。但是由于存在诸多影响双腔准分子激光器放电时间的因素，且会随着工作时间和脉冲数量等逐渐改变初始的相对时序，因此影响双腔准分子激光器两腔的同步性，使得双腔准分子激光器不能正常工作。经检索，中国专利文献为CN102593704A公开了一种双腔准分子激光器的同步控制系统，首先实时高精度检测两腔放电时序，其次采用单片机根据放电时序实时调节数字可编程延迟发生器，实现双腔准分子激光器的同步。该专利主要缺陷在于：仅能基于每个触发脉冲判断两腔的放电时序，进而单片机逐步的调节延时发生器，达到控制放电同步。因为存在若干步的调节过程，所以存在较多的无用激光触发脉冲，通常在前几百到几十个触发脉冲双腔系统激光无输出或输出特性不能正常使用。而光刻光源通常采用burst脉冲串运行模式，要求每个触发脉冲串前尽量少的脉冲数，要求在1～2个触发脉冲后，即可实现性能良好的双腔同步，现有专利的同步技术无法满足光刻应用burst模式下的高速同步需求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，解决了现有技术中双腔准分子激光器采用基于触发脉冲的时序判断、逐步调节方式带来的调节脉冲数过多、响应时间过长的问题，在少量触发脉冲个数后即可实现稳定的双腔同步，进而满足在集成电路光刻中正常使用的需求。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，系统包括：延时测量模块、触发控制模块；所述触发控制模块分别产生双腔准分子激光器的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，分别用于触发双腔准分子激光器的MO腔和PA腔进行放电激励；所述触发控制模块还将所产生的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号均反馈至所述延时测量模块；所述延时测量模块分别对双腔准分子激光器的MO腔所输出的光脉冲信号即放电信号和PA腔所输出的光脉冲信号即放电信号进行取样；且所述延时测量模块根据取样得到的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号，以及根据接收得到的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据；所述延时测量模块将MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据均发送至所述触发控制模块；所述触发控制模块根据MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，分别产生双腔准分子激光器的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号。所述延时测量模块包括：第一取样电路、第二取样电路、第一光耦、第二光耦、第一测量电路、第二测量电路；第一取样电路的输入端与双腔准分子激光器的MO腔相连接，第一取样电路的输出端与第一光耦的输入端相连接，第一光耦的输出端与第一测量电路的输入端相连接，第一测量电路的输出端与触发控制模块相连接；第二取样电路的输入端与双腔准分子激光器的PA腔相连接，第二取样电路的输出端与第二光耦的输入端相连接，第二光耦的输出端与第二测量电路的输入端相连接，第二测量电路的输出端与触发控制模块相连接；第一取样电路和第二取样电路分别对MO腔的放电信号和PA腔的放电信号进行取样；第一取样电路和第二取样电路将取样得到的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号先分别送入第一光耦和第二光耦中，第一光耦和第二光耦分别对取样得到MO腔的放电信号和PA腔的放电信号进行隔离；第一光耦和第二光耦将隔离后的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号再分别送入第一测量电路和第二测量电路中；所述触发控制模块还将所产生的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号分别反馈给第一测量电路和第二测量电路；第一测量电路用于计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，第二测量电路用于计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据。第一测量电路和第二测量电路与外界之间均通过高速光耦进行隔离，并采用屏蔽盒进行屏蔽；所述高速光耦是指其输出速度大于等于100MHz。所述触发控制模块包括：FPGA芯片、第一延时电路、第二延时电路；FPGA芯片与延时测量模块之间双向通讯连接；FPGA芯片的输出端分别连接第一延时电路的输入端和第二延时电路的输入端；FPGA芯片根据MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及根据PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，分别计算出MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间，并将所计算出的MO腔的下一个触发信号的精准延时时间和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间分别发送给第一延时电路和第二延时电路；FPGA芯片分别产生较大范围的延时调节即粗精度延时下的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号，并将所产生的粗精度延时的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号分别发送给第一延时电路和第二延时电路；第一延时电路和第二延时电路根据MO腔的下一个触发信号的精准延时时间和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间，分别对粗精度延时的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号进行高精度延时，分别产生高精度延时的MO腔的下一个触发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，系统包括：延时测量模块(8)、触发控制模块(9)；/n所述触发控制模块(9)分别产生双腔准分子激光器(1)的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，分别用于触发双腔准分子激光器(1)的MO腔和PA腔进行放电激励；所述触发控制模块(9)还将所产生的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号均反馈至所述延时测量模块(8)；/n所述延时测量模块(8)分别对双腔准分子激光器(1)的MO腔所输出的光脉冲信号即放电信号和PA腔所输出的光脉冲信号即放电信号进行取样；且所述延时测量模块(8)根据取样得到的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号，以及根据接收得到的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据；/n所述延时测量模块(8)将MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据均发送至所述触发控制模块(9)；/n所述触发控制模块(9)根据MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，分别产生双腔准分子激光器(1)的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，系统包括：延时测量模块(8)、触发控制模块(9)；
所述触发控制模块(9)分别产生双腔准分子激光器(1)的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，分别用于触发双腔准分子激光器(1)的MO腔和PA腔进行放电激励；所述触发控制模块(9)还将所产生的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号均反馈至所述延时测量模块(8)；
所述延时测量模块(8)分别对双腔准分子激光器(1)的MO腔所输出的光脉冲信号即放电信号和PA腔所输出的光脉冲信号即放电信号进行取样；且所述延时测量模块(8)根据取样得到的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号，以及根据接收得到的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号，计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据；
所述延时测量模块(8)将MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据均发送至所述触发控制模块(9)；
所述触发控制模块(9)根据MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，分别产生双腔准分子激光器(1)的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号。


2.根据权利要求1所述的一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，所述延时测量模块(8)包括：第一取样电路(801a)、第二取样电路(801b)、第一光耦(802a)、第二光耦(802b)、第一测量电路(803a)、第二测量电路(803b)；
第一取样电路(801a)的输入端与双腔准分子激光器(1)的MO腔相连接，第一取样电路(801a)的输出端与第一光耦(802a)的输入端相连接，第一光耦(802a)的输出端与第一测量电路(803a)的输入端相连接，第一测量电路(803a)的输出端与触发控制模块(9)相连接；
第二取样电路(801b)的输入端与双腔准分子激光器(1)的PA腔相连接，第二取样电路(801b)的输出端与第二光耦(802b)的输入端相连接，第二光耦(802b)的输出端与第二测量电路(803b)的输入端相连接，第二测量电路(803b)的输出端与触发控制模块(9)相连接；
第一取样电路(801a)和第二取样电路(801b)分别对MO腔的放电信号和PA腔的放电信号进行取样；第一取样电路(801a)和第二取样电路(801b)将取样得到的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号先分别送入第一光耦(802a)和第二光耦(802b)中，第一光耦(802a)和第二光耦(802b)分别对取样得到MO腔的放电信号和PA腔的放电信号进行隔离；
第一光耦(802a)和第二光耦(802b)将隔离后的MO腔的放电信号和PA腔的放电信号再分别送入第一测量电路(803a)和第二测量电路(803b)中；
所述触发控制模块(9)还将所产生的MO腔的触发信号和PA腔的触发信号分别反馈给第一测量电路(803a)和第二测量电路(803b)；
第一测量电路(803a)用于计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，第二测量电路(803b)用于计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据。


3.根据权利要求2所述的一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，第一测量电路(803a)和第二测量电路(803b)与外界之间均通过高速光耦进行隔离，并采用屏蔽盒进行屏蔽；所述高速光耦是指其输出速度大于等于100MHz。


4.根据权利要求1所述的一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，所述触发控制模块(9)包括：FPGA芯片(901)、第一延时电路(902a)、第二延时电路(902b)；
FPGA芯片(901)与延时测量模块(8)之间双向通讯连接；FPGA芯片(901)的输出端分别连接第一延时电路(902a)的输入端和第二延时电路(902b)的输入端；
FPGA芯片(901)根据MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及根据PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，分别计算出MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间，并将所计算出的MO腔的下一个触发信号的精准延时时间和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间分别发送给第一延时电路(902a)和第二延时电路(902b)；
FPGA芯片(901)分别产生较大范围的延时调节即粗精度延时下的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号，并将所产生的粗精度延时的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号分别发送给第一延时电路(902a)和第二延时电路(902b)；
第一延时电路(902a)和第二延时电路(902b)根据MO腔的下一个触发信号的精准延时时间和PA腔的下一个触发信号的精准延时时间，分别对粗精度延时的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号进行高精度延时，分别产生高精度延时的MO腔的下一个触发信号和PA腔的下一个触发信号。


5.根据权利要求4所述的一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其特征在于，FPGA芯片(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁勖，王晨，刘冬生，林颖，邵景珍，方晓东，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34