一种直接倍频产生窄线宽深紫外激光的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种直接倍频产生窄线宽深紫外激光的装置，其包括激光泵浦源、直接倍频器件和真空罐系统；采用窄线宽全固态激光泵浦源泵浦具有深紫外激光输出能力的非线性光学晶体，通过直接倍频方法获得波长小于190nm、可实用化、波长可调谐的窄线宽深紫外激光源，具有效率高、最小波长短、可实用化、波长可调谐以及线宽窄、光谱亮度高的优点。针对目前无法获得波长小于190nm、可实用化、波长可调谐的窄线宽深紫外激光源的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态激光领域，特别涉及一种直接倍频产生窄线宽深紫外激光的装置。
技术介绍
激光技术是二十世纪最伟大的专利技术之一，自1960年第一台激光器专利技术以来，它对光学及其它多学科的发展产生了极其深远的影响。目前，激光应用已经遍及科学、经济、军事和社会发展的诸多领域。深紫外(DUV)光源，一般指波长介于40nm到200nm之间的电磁辐射波段，由于其波长短、光子能量高，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值，是国际光电子领域最重要发展方向之一。窄线宽激光指光谱宽度很窄的激光，但目前没有明确、统一的公认标准。在全固态激光领域，对于激光材料的某一发射谱线，窄线宽激光一般指光谱宽度△ λ小于自然线宽 1/10的激光；对于没有对应发射谱线的激光波长λ，窄线宽激光也可以认为是光谱宽度与波长λ的比值小于一定值(如Δ λ/λ < IO-5)的激光。对于常用的激光材料Nd: YAG，其 1064·激光谱线的自然线宽为0.45nm(对应频域线宽吉AA=ll9.2SGHz,其中，0为真空中的光速，λ为激光中心波长)，一般认为光谱宽度Δ λ < 0.045nm(频域线宽Δ υ < 12GHz)的1064nm激光即为窄线宽激光。由于要控制较窄的线宽，需要在产生过程中采用特殊的线宽压窄和控制技术。窄线宽深紫外激光，与普通深紫外激光相比，具有光谱亮度更高的优势，例如，应用于光电子能谱仪可将分辨率提高一个量级，应用于钠米光刻可提高光刻精度。目前，产生窄线宽深紫外激光的方法主要是ArF准分子激光器(K.Kakizaki， Τ. Matsunaga,et al,"Ultra-high-repetition rate ArF excimer laser with long pulse duration for 193nm lithography", Proceeding of SPIE, 2001 (4346) :1210)和采用全固态激光源通过非线性晶体的和频特性产生(例如Photonic公司TU-L系列产品)。准分子激光是目前使用最多的深紫外相干激光源，其波长有157nm、193nm等特定谱线，具有高平均功率、高脉冲能量、结构简单、效率高等优点，但运转方式少(CW和ns)、波长固定、气体有毒、一次充气寿命有限等缺点。全固态激光器具有结构紧凑、效率高等优势，但目前通过这一途径产生深紫外激光的方法仅通过和频产生，需利用两束激光进行和频，使得技术复杂、 效率不高、寿命有限，且不能实现更短波长(小于190nm)输出。中国科学院理化技术研究所的陈创天领导的研究组和许祖彦领导的研究组在深紫外晶体材料和激光
进行了大量开创性的工作(许祖彦，“深紫外全固态激光源”， 中国激光2009(36) :1619)，在国际上首次使用直接倍频方法，实现了 184. 7nm深紫外激光输出(C. T. Chen, Ζ. Y. Xu, D. Q. Deng, J. Zhang, and G. K. L. Wong, “The vacuum ultraviolet phase matching characteristics of nonlinear optical KBe2BO3F2Crystal，，，App 1. Phys. Lett. ,1996(8) :2930)，突破了全固态激光200nm壁垒，并专利技术了它的使用技术-棱镜耦合技术(一种非线性光学晶体激光变频耦合器，ZL 01115313. X)。但目前尚未进行直接4倍频产生窄线宽深紫外的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前无法获得波长小于190nm、可实用化、波长可调谐的窄线宽深紫外激光源的问题，采用窄线宽全固态紫外激光泵浦源(波长介于200nm到400nm之间)泵浦具有深紫外激光输出能力的非线性光学晶体，通过直接倍频方法获得窄线宽深紫外激光。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的直接倍频产生窄线宽深紫外激光的装置，其包括激光泵浦源、直接倍频器件和真空罐系统；所述直接倍频器件为具有深紫外非线性光学变频输出能力的倍频器件，该直接倍频器件由深紫外倍频晶体、第一匹配材料和第二匹配材料组成，深紫外倍频晶体为薄片状晶体，第一匹配材料和第二匹配材料为直角棱柱，所述深紫外倍频晶体光胶于所述第一匹配材料和第二匹配材料的斜边面上；所述激光泵浦源为高光束质量、窄线宽的全固态紫外激光源，高光束质量指光束质量因子M2小于5，窄线宽指线宽小于10pm，紫外指200 400nm波段；所述真空罐系统由密封罐体、置于所述密封罐体罐壁上的入射窗口和出射窗口组成，所述密封罐体内抽真空或充填惰性气体气氛；所述的倍频器件放置在真空罐系统的密封罐体中，确保直接倍频器件在真空或惰性气体气氛中进行倍频产生窄线宽深紫外激光，防止深紫外激光被空气吸收；激光泵浦源产生的紫外激光从入射窗口进入真空罐系统的密封罐体，由第二匹配材料的直角边垂直入射，然后通过深紫外倍频晶体进行直接倍频，产生深紫外激光和剩余的紫外激光经过匹配材料后在深紫外激光传播方向上设置的出射窗口出射，深紫外激光在出射窗口输出。所述激光泵浦源为侧面泵浦的全固态紫外激光源、端面泵浦的全固态紫外激光源或可调谐全固态紫外激光源。所述的侧面泵浦的全固态紫外激光源为近红外基频激光经过整形后通过第一非线性晶体和第二非线性晶体进行非线性频率变换而产生的紫外激光；所述近红外基频激光由至少一个侧面激光头、激光谐振腔镜A和激光谐振腔镜B和线宽压窄元件组成的基频级产生；当所述近红外基频激光波长为1 士0.2μπι时，第一非线性晶体为该波长的倍频晶体，近红外基频激光经第一非线性晶体后产生近红外基频激光倍频光，第二非线性晶体为近红外基频激光和近红外基频激光倍频光的和频晶体，经第一非线性晶体后剩余的近红外基频激光和产生的近红外基频激光倍频光在第二非线性晶体中和频，最终获得355士67nm 的紫外激光；当所述近红外基频激光波长为1. 3士0. 2μπι时，第一非线性晶体为近红外基频激光的倍频晶体，近红外基频激光通过第一非线性晶体后转换为近红外基频激光倍频光，第二非线性晶体为近红外基频激光倍频光的倍频晶体，近红外基频激光倍频光经过第二非线性晶体后，最终获得330士67nm的紫外激光。所述端面泵浦的全固态紫外激光源为近红外基频激光经过整形后通过第一非线性晶体和第二非线性晶体进行非线性频率变换而产生的紫外激光；所述近红外基频激光由至少一个端面激光头、光纤耦合半导体激光泵浦源、激光谐振腔A镜、激光谐振腔B镜和线宽压窄元件组成的基频级产生；当所述近红外基频激光波长为1 士 0.2μπι时，第一非线性晶体为该波长的倍频晶体，近红外基频激光经第一非线性晶体后产生近红外基频激光倍频光，第二非线性晶体为近红外基频激光和近红外基频激光倍频光的和频晶体，经第一非线性晶体后剩余的近红外基频激光和产生的近红外基频激光倍频光在第二非线性晶体中和频，最终获得355士67nm 的紫外激光；当所述近红外基频激光波长为1. 3士0. 2μπι时，第一非线性晶体为近红外基频激光的倍频晶体，近红外基频激光通过第一非线性晶体后转换为近红外基频激光倍频光，第二非线性晶体为近红外基频激光倍频光的倍频晶体，近红本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种直接倍频产生窄线宽深紫外激光的装置，其包括激光泵浦源、直接倍频器件和真空罐系统；所述直接倍频器件为具有深紫外非线性光学变频输出能力的倍频器件，该直接倍频器件由深紫外倍频晶体、第一匹配材料和第二匹配材料组成，深紫外倍频晶体为薄片状晶体，第一匹配材料和第二匹配材料为直角棱柱，所述深紫外倍频晶体光胶于所述第一匹配材料和第二匹配材料的斜边面上；其特征在于，所述激光泵浦源为高光束质量、窄线宽的全固态紫外激光源，高光束质量指光束质量因子Ｍ２小于５，窄线宽指线宽小于１０ｐｍ，紫外指２００～４００ｎｍ波段；所述真空罐系统由密封罐体、置于所述密封罐体罐壁上的入射窗口和出射窗口组成，所述密封罐体内抽真空或充填惰性气体气氛；所述的倍频器件放置在真空罐系统的密封罐体中，确保直接倍频器件在真空或惰性气体气氛中进行倍频产生窄线宽深紫外激光，防止深紫外激光被空气吸收；激光泵浦源产生的紫外激光从入射窗口进入真空罐系统的密封罐体，由第二匹配材料的直角边垂直入射，然后通过深紫外倍频晶体进行直接倍频，产生深紫外激光和剩余的紫外激光经过匹配材料后在深紫外激光传播方向上设置的出射窗口出射，深紫外激光在出射窗口输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许祖彦，宗楠，王保山，薄勇，彭钦军，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11