專利名稱：一種種子注入式ArF準分子激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光技術領域，具體涉及一種種子注入式ArF準分子激光裝置。
背景技術：
準分子激光器是以準分子為工作物質(zhì)的一種氣體激光器。準分子激光器最重要 的特征是可高效輸出高功率的紫外或深紫外激光，因而在微電子、微納加工、光化學、光生 物學、同位素分離以及核聚變等領域獲得重要應用。尤其是在半導體光刻方面，輸出波長 為193. 4nm的ArF準分子激光器是當前正在發(fā)展的新一代光刻系統(tǒng)的主流光源。在光刻系 統(tǒng)中，需要由復雜且昂貴的光學成像系統(tǒng)將掩膜反射或透射的激光束成像到感光層，為獲 得高分辨率的圖像，要求激光源具有極高的光束質(zhì)量(近衍射極限)與極窄的線寬(小于 Ipm)。激光波長越短、光束質(zhì)量越好，光學成像的分辨率越高，從而實現(xiàn)極窄(小于0. 1 μ m) 的光刻。一般自由運轉(zhuǎn)的波長193. 4nm的ArF準分子激光器的線寬為500pm，壓窄其線寬 的技術手段主要包括兩種。第一種是在ArF準分子激光器的諧振腔內(nèi)插入色散元件。例 如1998年美國Das等人提出在腔內(nèi)插入棱鏡獲得窄線寬準分子激光器的方案[美國專利 No. 5835520] ；1998年美國Wakabayashi等人提出在腔內(nèi)插入光柵獲得窄線寬準分子激光 器的方案[美國專利No. 5802094] ；1999年美國Ershov等人提出在腔內(nèi)插入光柵獲得窄線 寬準分子激光器的方案[美國專利No. 5856991]等。第二種是采用種子激光注入放大的技 術方案，即首先獲得一束高光束質(zhì)量、窄線寬、低功率的193. 4nm激光，將其注入到高功率 ArF準分子激光振蕩器中，或注入到高功率ArF準分子激光放大器中，從而獲得一束高光束 質(zhì)量、窄線寬、高功率的193. 4nm深紫外激光。例如2003年美國Myers等人提出采用窄線 寬、低功率的準分子激光注入到高功率的準分子振蕩器或放大器中，獲得高功率、窄線寬準 分子激光的方案[美國專利No. 6567450] ； 1995年日本的T. Kasamatsu等人采用鈦寶石激 光以BBO(β-BaB2O4)晶體和頻獲得窄線寬的193. 4nm激光注入到ArF準分子激光器中，獲 得了線寬0. 2pm、脈沖能量90mJ、重復頻率50Hz的193. 4nm深紫外激光[lpm spectrally narrowed ArF excimer laser injection locked by fourth harmonic seed source of 773. 6nm Ti sapphire laser，Appl. Phys. Lett. 67，3396]。對于上述兩種技術方案，第一種 方案是基于自噪聲的振蕩放大并利用色散元件的選模作用來實現(xiàn)窄線寬激光輸出，因此不 可避免地帶來波長抖動、線寬與功率穩(wěn)定性較差的問題，并且插入色散元件會造成大的損 耗，也限制了輸出功率的進一步提高。第二種方案是基于種子激光的振蕩放大原理，獲得的 高功率193. 4nm激光繼承了種子激光的優(yōu)越性能，具有縱向相干性好、波長與線寬及功率 穩(wěn)定性高等突出優(yōu)點，可同時獲得窄線寬、高光束質(zhì)量與高功率的193. 4nm激光輸出。種子激光采用準分子激光器的方案，由于準分子激光是通過氣體放電泵浦產(chǎn)生 的，氣體有很強的腐蝕性且使用壽命短、放電閘流管易損壞、光學窗口易污染等，因此存在 系統(tǒng)復雜、技術難度高、穩(wěn)定性差、壽命短的不足。而種子激光采用ΒΒ0、KB5 (KB5O8 · 4H20) [Generation of femtosecond pulses down to 166nm by sum-frequencymixing inKB5O8 ·4Η20,Electron Letter 34，1748]、CLB0(CsLiB6O10) [A Quasi-Continuous-ffave Deep UltravioletLaser Source, IEEE J. Quant. Elect. 39 :1160]以及 LBO(LiB3O5) [Generation of tunable femtosecond pulses to as low as 172. 7nm by sum-frequency mixing in lithium triborate, Optics Letter 19，1538]等非線性光學晶體的全固態(tài)激光和頻的技 術方案，由于這些晶體只能采用兩束激光和頻的方法實現(xiàn)193. 4nm激光輸出，技術較復雜、 難于實現(xiàn)高的頻率轉(zhuǎn)換效率、壽命短等不足，不利于實現(xiàn)工程化；并且，和頻技術所采用的 非線性晶體都存在各自的不足之處，例如ΒΒ0晶體需冷卻到226K，以降低吸收損耗并提高 和頻的穩(wěn)定性；CLBO晶體存在強烈的潮解；LBO晶體不能實現(xiàn)Ium基頻固體激光和頻的相 位匹配；KB5晶體的有效非線性系數(shù)很小(0. 04pm/V)。因此，需要發(fā)展更有效、更實用的全 固態(tài)193. 4nm深紫外種子激光及其注入放大ArF準分子激光技術，獲得高功率、高光束質(zhì)量 與窄線寬的193. 4nm深紫外激光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種種子注入式ArF準分子 激光裝置，其可同時實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量與窄線寬的193. 4nm激光輸出。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種種子注入式ArF準分子激光裝置，包括全固態(tài)種子激光器，ArF準 分子激光器，所述全固態(tài)種子激光器包括全固態(tài)激光器、非線性光學晶體變頻器和KBe2BO3F2晶 體倍頻器，所述全固態(tài)激光器用于產(chǎn)生基頻激光，所述非線性光學晶體變頻器用于接收所 述基頻激光將其變頻至波長為386. 8nm,所述KBe2BO3F2晶體倍頻器用于接收所述386. Snm 的激光并將其倍頻成為波長193. 4nm的種子激光，所述全固態(tài)種子激光器將所述種子激光 注入到所述ArF準分子激光器中；所述ArF準分子激光器接收并放大所述種子激光。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，還包括注入鎖定部分，所述注入鎖 定部分包括分束器、探測器和頻率控制器，所述分束器將所述ArF準分子激光器輸出的激 光分出一部分至所述探測器，所述探測器將所接收到的激光信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出至所述 頻率控制器，所述頻率控制器根據(jù)所接收到的電信號控制所述全固態(tài)種子激光器或所述 ArF準分子激光器或兩者，實現(xiàn)二者的頻率匹配。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，所述全固態(tài)激光器為全固態(tài)綠光激 光器泵浦的鈦寶石激光器，所述非線性光學晶體變頻器為LiB3O5晶體2倍頻器，所述ArF準 分子激光器為ArF準分子激光振蕩器，所述頻率控制器控制所述ArF準分子激光振蕩器。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，所述全固態(tài)激光器為全固態(tài)Nd: YAG 陶瓷激光器，非線性光學晶體變頻器包括LiB3O5晶體光參量激光器和B2BaO4晶體2倍頻器， 所述ArF準分子激光器為2級ArF準分子激光放大器，所述頻率控制器控制所述LiB3O5晶 體光參量激光器。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，所述頻率控制器采用PDH穩(wěn)頻技術。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，還包括全固態(tài)激光器驅(qū)動源和準分 子激光器驅(qū)動源，分別用于驅(qū)動所述全固態(tài)激光器和所述ArF準分子激光器。
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如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，還包括時序控制器，所述時序控制 器控制所述全固態(tài)激光器驅(qū)動源和所述準分子激光器驅(qū)動源，實現(xiàn)所述全固態(tài)種子激光器 和所述ArF準分子激光器輸出激光脈沖在時間上的同步。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述KBe2BO3F2晶體倍 頻器包括KBe2BO3F2晶體和變頻耦合器，KBe2BO3F2晶體通過變頻耦合器實現(xiàn)相位匹配。如上所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述KBe2BO3F2晶體的 相位匹配方向為θ =54° 56°。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的種子注入式ArF準分子激光裝置示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例2的種子注入式ArF準分子激光裝置示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例3的種子注入式ArF準分子激光裝置示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例4的種子注入式ArF準分子激光裝置示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例5的種子注入式ArF準分子激光裝置示意圖。
具體實施例方式實施例1參考圖1，根據(jù)本發(fā)明實施例1的種子注入式ArF準分子激光裝置包括全固態(tài) 激光器，本實施例中采用全固態(tài)鈦寶石激光器并且為全固態(tài)綠光激光器泵浦的鈦寶石激光 器；全固態(tài)激光器驅(qū)動源，用于驅(qū)動全固態(tài)鈦寶石激光器；非線性光學晶體變頻器，其為包 括至少一塊非線性光學變頻晶體的變頻裝置，本實施例中為LBO(LiB3O5)晶體2倍頻器，其 中LBO晶體尺寸為4mmX4mmX20mm，切割方向為θ =90°、φ = 34°; KBBF晶體(分子式 為KBe2BO3F2) 4倍頻器，KBBF晶體尺寸為5_X 5_X 2mm，KBBF晶體通過變頻耦合器實現(xiàn)相 位匹配，相位匹配角為θ =55.3° (對于不同方法制備的KBBF晶體，該角度θ的選取可 能略有變化，但一般在54° 56°范圍內(nèi))；光束耦合器；ArF準分子激光器；準分子激光 器驅(qū)動源；分束器；探測器；頻率控制器；時序控制器。其中，全固態(tài)鈦寶石激光器、LBO晶 體2倍頻器和KBBF晶體4倍頻器構(gòu)成全固態(tài)種子激光器。繼續(xù)參照圖1，全固態(tài)激光器驅(qū)動源驅(qū)動全固態(tài)鈦寶石激光器發(fā)射基頻激光，其波 長為773. 6nm、平均功率為20W、脈沖寬度為40ns、重復頻率為6kHz、激光線寬為0. 1pm、光 束質(zhì)量M2 = 1. 5 ；基頻激光入射至LBO晶體2倍頻器，在此進行2倍頻，將基頻激光轉(zhuǎn)換為 2倍頻激光，2倍頻激光的平均功率為10W，波長為386. 8nm,由于通常情況下不能實現(xiàn)全部 轉(zhuǎn)換，所以會剩余部分基頻激光，通過分束(也可以通過其他方式)將基頻激光從光路中移 除，僅使2倍頻激光輸出至KBBF晶體4倍頻器，KBBF晶體4倍頻器將其所接收到的2倍頻 激光再次倍頻得到波長為193. 4nm的4倍頻激光，4倍頻的過程一般也不能全部轉(zhuǎn)換，所以 也通過分束(也可以通過其他方式)將2倍頻激光從光路中移除，所獲得的4倍頻激光的 平均功率50mW。然后將4倍頻激光作為種子激光經(jīng)光束耦合器輸入到由ArF準分子激光器 驅(qū)動源驅(qū)動的ArF準分子激光器中。在準分子激光器中將4倍頻激光放大并輸出，ArF準 分子激光器可以是ArF準分子激光振蕩器，也可以是ArF準分子激光放大器，本實施例中采 用的是ArF準分子激光振蕩器。
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為使種子激光(即4倍頻激光)能夠注入到ArF準分子激光振蕩器中并產(chǎn)生共 振實現(xiàn)注入放大，必須使種子激光的頻率與準分子激光振蕩器的諧振腔的固有頻率相同。 為此，本實施例中還包括注入鎖定部分，該注入鎖定部分由分束器、探測器和頻率控制器構(gòu) 成。具體過程如下ArF準分子激光振蕩器輸出的193. 4nm準分子激光經(jīng)分束器分出一部 分激光，分出的這部分激光入射到探測器，探測器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺賯?輸給頻率控制器，頻率控制器根據(jù)所接收到的電信號產(chǎn)生控制信號，控制ArF準分子激光 振蕩器諧振腔的腔鏡，使入射的193. 4nm種子激光與準分子激光振蕩器諧振腔保持共振， 實現(xiàn)種子激光與準分子激光的模式匹配，獲得高效放大輸出，并保持窄線寬與高光束質(zhì)量 (該過程可以稱作為注入鎖定)。本實施例中，頻率控制器采用PDH(P0imd-Drever-Hall) 1 急步Ι 技術[An introductionto Pound-Drever-Hal 1 laser frequency stabilization, Am. J. Phy s. 69，79 (2001)]，以使其固有頻率與種子激光的頻率相同，同時保持種子激光頻 率的穩(wěn)定性。時序控制器發(fā)出控制信號分別控制全固態(tài)激光器驅(qū)動源與準分子激光器驅(qū)動源， 使全固態(tài)激光器產(chǎn)生并由KBBF晶體變頻為193. 4nm的激光入射到ArF準分子激光振蕩器 時，可與ArF準分子激光振蕩器同步，保證種子激光的脈沖與ArF準分子激光振蕩器內(nèi)的工 作物質(zhì)的激發(fā)保持同步，從而獲得高效率的放大。這里放大后的準分子激光功率達100W、脈 沖寬度為20ns、重復頻率為6kHz、光束質(zhì)量M2 = 1. 5、線寬為0. Olpm0本文中所提到的全固態(tài)激光器驅(qū)動源是指能夠輸出一定的電流與電壓，驅(qū)動并控 制全固態(tài)激光器輸出激光的裝置，本領域中普通技術人員應該理解，對于不同的全固態(tài)激 光器，驅(qū)動源的結(jié)構(gòu)應進行適應性調(diào)整。準分子激光器驅(qū)動源是指輸出一定的電流與電壓， 驅(qū)動并控制準分子激光器輸出激光的裝置。另外，雖然根據(jù)本發(fā)明實施例的種子注入式ArF 準分子激光裝置中單獨提到了全固態(tài)激光器驅(qū)動源和ArF準分子激光器驅(qū)動源，但是應該 理解，激光器的驅(qū)動源完全可以集成在激光器內(nèi)部。實施例2圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例2的種子注入式ArF準分子激光裝置的示意圖。根據(jù)本 實施例的種子注入式ArF準分子激光裝置與實施例1中的種子注入式ArF準分子激光裝置 類似，區(qū)別僅在于本實施例中，全固態(tài)激光器采用全固態(tài)Nd:YAG激光器，全固態(tài)Nd:YAG激 光器輸出波長為532nm綠激光泵浦LBO晶體光參量激光器來獲得波長為773. 6nm的基頻激 光。本實施例中該基頻激光的平均功率為20W、脈沖寬度為40ns、重復頻率為6kHz、激光線 寬為0. 1pm、光束質(zhì)量M2 = 1. 5。實施例3圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例3的種子注入式ArF準分子激光裝置的示意圖。根據(jù)本 實施例的種子注入式ArF準分子激光裝置采用與實施例1中的種子注入式ArF準分子激光 裝置類似的結(jié)構(gòu)。但本實施例中，全固態(tài)激光器采用全固態(tài)Nd:YAG陶瓷激光器，這種激光 器采用Nd:YAG陶瓷作為激光工作物質(zhì)，成本更加低廉。另外，本實施例采用準分子激光放 大器對種子激光直接放大的方案，而不是采用準分子激光振蕩器注入放大的方案，因此本 實施例中采用2級放大以能獲得較高的放大效率。全固態(tài)Nd: YAG陶瓷激光器輸出波長為 532nm的綠激光來泵浦LBO晶體光參量激光器，獲得波長為773. 6nm的基頻激光(本實施例 中非線性光學晶體變頻器包括LBO晶體光參量激光器和BBO (B2BaO4)晶體2倍頻器)。該基頻激光的平均功率為100W、脈沖寬度為40ns、重復頻率為6kHz、激光線寬為0. 1pm、光束質(zhì) 量M2 = 1. 5。并且該基頻激光入射至BBO晶體2倍頻器，由BBO晶體2倍頻獲得平均功率 為50W的386. 8nm的2倍頻激光輸出，BBO晶體尺寸為4mmX4mmX 15mm，切割方向為θ = 30.3°。該2倍頻激光(同樣在移除基頻激光后)入射到KBBF晶體4倍頻器中，獲得平均 功率為IW的波長193. 4nm的4倍頻激光輸出；193. 4nm激光經(jīng)光束耦合器入射到2級ArF 準分子激光放大器中，將入射的193. 4nm激光經(jīng)2級放大輸出。2級ArF準分子激光放大 器由準分子激光器驅(qū)動源驅(qū)動，輸出的193. 4nm激光經(jīng)分束器分出一部分激光，入射到探 測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再傳輸給頻率控制器，頻率控制器產(chǎn)生控制信號，控制全固態(tài)光參量激 光器輸出光的頻率，以鎖定輸出773. 6nm的激光并使頻率保持穩(wěn)定，同時保持窄線寬與高 光束質(zhì)量。時序控制器發(fā)出控制信號分別控制全固態(tài)激光器的驅(qū)動源與準分子激光器的驅(qū) 動源，使LBO晶體光參量激光器產(chǎn)生并由KBBF晶體倍頻為193. 4nm的激光脈沖入射到2級 ArF準分子激光放大器時，可與2級ArF準分子激光放大器內(nèi)工作物質(zhì)的激發(fā)保持同步，從 而獲得高功率、高光束質(zhì)量、窄線寬的193. 4nm的4倍頻激光輸出。實施例4圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例4的種子注入式ArF準分子激光裝置的示意圖。根據(jù)本 實施例的種子注入式ArF準分子激光裝置采用與實施例1中的種子注入式ArF準分子激光 裝置類似的結(jié)構(gòu)。但本實施例中，全固態(tài)種子激光器采用全固態(tài)Nd光纖激光器，全固態(tài)Nd 光纖激光器輸出波長為1160. 4nm、平均功率為100W、脈沖寬度為40ns、重復頻率為6kHz、激 光線寬為0. 1pm、光束質(zhì)量M2 = 1. 5的基頻激光。本實施例中非線性光學晶體變頻器包括 LBO晶體2倍頻器和LBO晶體3倍頻器。首先，波長為1160. 4nm的基頻激光入射至LBO晶 體2倍頻器，由I類非臨界相位匹配的LBO晶體2倍頻器獲得平均功率為50W的580. 2nm 激光輸出，LBO晶體2倍頻器中的LBO晶體尺寸為4mmX4mmX40mm，切割方向為θ =90°、 φ = 0°;波長為1160. 4nm的基頻激光與波長為580. 2nm的2倍頻激光一起入射至LBO晶體 3倍頻器，由I類非臨界相位匹配的LBO晶體3倍頻器和頻獲得平均功率為IOW的386. Snm 的3倍頻激光輸出，LBO晶體3倍頻器中的LBO晶體尺寸為4mmX 4mmX 20mm，切割方向為θ =27°、φ = 90°;該3倍頻激光入射到KBBF晶體倍頻器(這里為KBBF晶體6倍頻器)中， 再次進行2倍頻獲得平均功率為IW的193. 4nm的6倍頻激光輸出；193. 4nm激光經(jīng)光束耦 合器入射到ArF準分子激光放大器中，準分子激光放大器由準分子激光器驅(qū)動源驅(qū)動，將 入射的193. 4nm激光放大輸出。輸出的193. 4nm激光經(jīng)分束器分出一部分激光，入射到探 測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再傳輸給頻率控制器，頻率控制器產(chǎn)生控制信號，控制Nd光纖激光的 頻率，使輸出的193. 4nm激光頻率保持穩(wěn)定，并保持窄線寬與高光束質(zhì)量。時序控制器發(fā)出 控制信號分別控制全固態(tài)激光器的驅(qū)動源與準分子激光器的驅(qū)動源，使KBBF晶體6倍頻產(chǎn) 生的193. 4nm激光脈沖入射到ArF準分子激光器時，可與準分子激光脈沖保持同步，從而獲 得高功率、高光束質(zhì)量、窄線寬的193. 4nm深紫外激光輸出。實施例5圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例5的種子注入式ArF準分子激光裝置的示意圖。根據(jù)本 實施例的種子注入式ArF準分子激光裝置采用與實施例1中的種子注入式ArF準分子激光 裝置類似的結(jié)構(gòu)。但本實施例中，全固態(tài)激光器采用連續(xù)波鈦寶石激光，為獲得較高的倍頻 效率，需采用外腔式倍頻器，即需在非線性光學晶體變頻器(本實施例中為LBO晶體2倍頻器)和KBBF晶體4倍頻器的外側(cè)增加兩片腔鏡，將LBO晶體2倍頻器和KBBF晶體4倍頻器 放在由上述兩腔鏡構(gòu)成的諧振腔內(nèi)，為此頻率控制器不僅要控制ArF準分子激光振蕩器還 要控制LBO晶體2倍頻與KBBF晶體4倍頻器的諧振腔的腔長，使之與入射激光頻率共振。 全固態(tài)激光器驅(qū)動源驅(qū)動全固態(tài)Nd: YAG激光器輸出波長為532nm綠激光來泵浦全固態(tài)連 續(xù)波鈦寶石激光器，獲得波長為773. 6nm、功率為20W、激光線寬為0. 01pm、光束質(zhì)量M2 = 1. 5的連續(xù)波基頻激光；該基頻激光入射至LBO晶體2倍頻器，該2倍頻器為外腔式2倍頻 器，由頻率控制器控制其腔長使之與入射的基頻激光頻率共振，提高LBO晶體2倍頻效率， 獲得功率為5W的386. 8nm的2倍頻激光，LBO晶體尺寸為4mmX 4mmX 20mm，切割方向為θ =90°、φ= 34° (本文中所提到的切割方向中的θ、φ均是指其在本領域中的常規(guī)含義)； 該2倍頻激光入射到KBBF晶體4倍頻器中，該4倍頻器為外腔式4倍頻器，由頻率控制器 控制其腔長使之與入射激光頻率共振，提高KBBF晶體4倍頻效率，獲得波長為193. 4nm、功 率為50mW、激光線寬為0. 01pm、光束質(zhì)量M2 = 1. 5的4倍頻激光；193. 4nm激光經(jīng)光束耦 合器入射到ArF準分子激光振蕩器中，實現(xiàn)模式匹配，準分子激光振蕩器由準分子激光器 驅(qū)動源驅(qū)動，輸出平均功率50W、重復頻率5kHz、脈沖寬度20ns的193. 4nm的準分子激光。 輸出的該準分子激光經(jīng)分束器分出一部分激光，入射到探測器由其將激光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?號，再傳輸給頻率控制器，頻率控制器根據(jù)所接收到的電信號產(chǎn)生控制信號，控制準分子激 光器諧振腔的腔鏡，使入射的193. 4nm激光與準分子激光器諧振腔保持共振，實現(xiàn)縱模匹 配，獲得放大輸出，并保持窄線寬0.01pm與高光束質(zhì)量M2 = 1.5。激光由注入的193. 4nm 種子激光鎖定放大，即時序控制器發(fā)出控制信號分別控制全固態(tài)激光器的驅(qū)動源與準分子 激光器的驅(qū)動源，使連續(xù)波193. 4nm種子激光先于ArF準分子激光脈沖產(chǎn)生時注入，從而實 現(xiàn)注入鎖定，獲得平均功率為50W、脈沖寬度為20ns、重復頻率為5kHz、光束質(zhì)量M2 = 1. 5、 線寬為0. Olpm的193. 4nm深紫外激光輸出。雖然上文中提到KBBF晶體4倍頻器和KBBF晶體6倍頻器，但實際上4倍頻和6 倍頻是相對于基頻激光而言的，其作用均是將波長在386. 8nm左右的激光倍頻得到波長為 193. 4nm左右的激光，可以統(tǒng)稱為KBBF晶體倍頻器。KBBF晶體倍頻器包括KBBF晶體和變 頻耦合器，變頻耦合器使入射激光在KBBF晶體內(nèi)實現(xiàn)相位匹配。雖然以上僅給出了幾個示意性的例子，但是應該理解，本發(fā)明中所提到的全固態(tài) 激光器可以為Nd:YAG激光器，Nd = YVO4激光器，Nd:GGG激光器，NchGdVO4激光器，NdiYLF 激光器，Nd YAP激光器，Nd S-FAP激光器，Yb YAG激光器，Yb YVO4激光器，Yb GGG激光器， Yb GdVO4激光器，Yb YLF激光器，Yb YAP激光器，Yb S-FAP激光器，摻Nd離子光纖激光器， 摻Y(jié)b離子光纖激光器，摻Nd離子陶瓷激光器，摻Y(jié)b離子陶瓷激光器，摻Nd離子玻璃激光 器，摻Y(jié)b離子玻璃激光器，紅寶石激光器，鈦寶石激光器，綠寶石激光器等。所述的非線性 光學晶體變頻器是指至少包含一塊非線性光學晶體的變頻裝置，包括倍頻變換器、和頻變 換器、差頻變換器、光參量激光器、拉曼激光器等，但是需要強調(diào)的是本文中所說的非線性 光學晶體變頻器中不包括KBBF晶體倍頻器。非線性光學晶體可以為LBO晶體，BBO晶體， KTP晶體，CBO晶體，CLBO晶體，KDP晶體，LiNbO3晶體，KTA晶體，KABO晶體，RTA晶體，YCOB 晶體，BABF晶體等。根據(jù)本發(fā)明實施例的種子注入式ArF準分子激光裝置結(jié)合了注入放大技術與采 用KBBF晶體直接倍頻來獲得193. 4nm種子激光的技術的優(yōu)點，其中，前者可實現(xiàn)種子激光
8的高效率放大，后者可方便地獲得高光束質(zhì)量與窄線寬的種子激光，從而能夠同時實現(xiàn)高 功率、高光束質(zhì)量與窄線寬的193. 4nm激光輸出。因此，通過將由全固態(tài)激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)變頻后由KBBF晶體直接倍頻的獲得 193. 4nm種子激光的技術方案，與采用其他非線性光學晶體如BBO晶體等和頻的技術方案 相比，由于只需將一束激光倍頻，以此結(jié)構(gòu)簡單，更易于實用化、工程化、更有技術優(yōu)勢，同 時KBBF晶體具有倍頻效率高、不潮解、損傷閾值高、接收角大等優(yōu)點。與采用腔內(nèi)插入色散 元件的準分子激光技術方案相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高光束質(zhì)量、更高功率、更窄線寬與更高穩(wěn)定 性。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
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權利要求
一種種子注入式ArF準分子激光裝置，包括全固態(tài)種子激光器，ArF準分子激光器，所述全固態(tài)種子激光器包括全固態(tài)激光器、非線性光學晶體變頻器和KBe2BO3F2晶體倍頻器，所述全固態(tài)激光器用于產(chǎn)生基頻激光，所述非線性光學晶體變頻器用于接收所述基頻激光將其變頻至波長為386.8nm，所述KBe2BO3F2晶體倍頻器用于接收所述386.8nm的激光并將其倍頻成為波長193.4nm的種子激光，所述全固態(tài)種子激光器將所述種子激光注入到所述ArF準分子激光器中；所述ArF準分子激光器接收并放大所述種子激光。
2.根據(jù)權利要求1所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，還包括注入鎖 定部分，所述注入鎖定部分包括分束器、探測器和頻率控制器，所述分束器將所述ArF準分 子激光器輸出的激光分出一部分至所述探測器，所述探測器將所接收到的激光信號轉(zhuǎn)變成 電信號輸出至所述頻率控制器，所述頻率控制器根據(jù)所接收到的電信號控制所述全固態(tài)種 子激光器或所述ArF準分子激光器或兩者，實現(xiàn)二者的頻率匹配。
3.根據(jù)權利要求2所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述全固態(tài)激 光器為全固態(tài)綠光激光器泵浦的鈦寶石激光器，所述非線性光學晶體變頻器為LiB3O5晶體 2倍頻器，所述ArF準分子激光器為ArF準分子激光振蕩器，所述頻率控制器控制所述ArF 準分子激光振蕩器。
4.根據(jù)權利要求2所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述全固態(tài)激 光器為全固態(tài)Nd:YAG陶瓷激光器，非線性光學晶體變頻器包括LiB3O5晶體光參量激光器和 B2BaO4晶體2倍頻器，所述ArF準分子激光器為2級ArF準分子激光放大器，所述頻率控制 器控制所述LiB3O5晶體光參量激光器。
5.根據(jù)權利要求2所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述頻率控制 器采用PDH穩(wěn)頻技術。
6.根據(jù)權利要求1所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，還包括全固態(tài) 激光器驅(qū)動源和準分子激光器驅(qū)動源，分別用于驅(qū)動所述全固態(tài)激光器和所述ArF準分子 激光器。
7.根據(jù)權利要求6所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，還包括時序控 制器，所述時序控制器控制所述全固態(tài)激光器驅(qū)動源和所述準分子激光器驅(qū)動源，實現(xiàn)所 述全固態(tài)種子激光器和所述ArF準分子激光器輸出激光脈沖在時間上的同步。
8.根據(jù)權利要求1所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述KBe2BO3F2 晶體倍頻器包括KBe2BO3F2晶體和變頻耦合器，所述KBe2BO3F2晶體通過變頻耦合器實現(xiàn)相 位匹配。
9.根據(jù)權利要求8所述的種子注入式ArF準分子激光裝置，其特征在于，所述KBe2BO3F2 晶體的相位匹配方向為θ =54° 56°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種種子注入式ArF準分子激光裝置，包括全固態(tài)種子激光器，ArF準分子激光器，所述全固態(tài)種子激光器包括全固態(tài)激光器、非線性光學晶體變頻器和KBe2BO3F2晶體倍頻器，所述全固態(tài)激光器用于產(chǎn)生基頻激光，所述非線性光學晶體變頻器用于接收所述基頻激光將其變頻至波長為386.8nm，所述KBe2BO3F2晶體倍頻器用于接收所述386.8nm的激光并將其倍頻成為波長193.4nm的種子激光，所述全固態(tài)種子激光器將所述種子激光注入到所述ArF準分子激光器中；所述ArF準分子激光器接收并放大所述種子激光。根據(jù)本發(fā)明的種子注入式ArF準分子激光裝置結(jié)構(gòu)簡單，更易于實用化、工程化，并且能夠同時實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量與窄線寬的193.4nm激光輸出。
文檔編號H01S3/13GK101964498SQ20091008979
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者彭欽軍, 王志敏, 薄勇, 許家林, 許祖彥, 高宏偉 申請人:中國科學院理化技術研究所