激光前沿 | 科学家利用LBO晶体研制出最强大的紫外激光器

据最新报道，中国科学院研究人员成功实现了利用三硼酸锂（LBO）晶体产生193 nm和221 nm激光器最高功率输出的突破。这一成就为该激光器在深紫外（DUV）光谱的应用创新奠定了基础。

DUV光谱激光器在科技领域具有广泛应用，涵盖了缺陷检测、光谱学、光刻以及计量学等多个重要领域。特别是氟化氩（ArF）激光器，在高功率193nm激光器的制造以及光刻等领域发挥着关键作用。

此外，DUV光谱激光器还广泛应用于微电子设备、半导体集成电路的制造以及眼科医学手术等领域。在这些应用中，它常被称作准分子激光器，其高精度和高效率的特性为行业发展提供了强大支持。

然而，这些激光器并非完全相干，因此限制了它们在更为敏感的应用领域，如干涉光刻中的使用。这类应用，必须以阵列形式精确印刷出细微的特征，对激光器的相干性有着更高要求，这为研究人员开发混合准分子激光器提供了契机。

什么是混合准分子激光器?

为了达到相干性要求，科学家们一直在考虑用固态种子代替气体（ArF）振荡器，使其成为混合激光器。除了提高相干性外，该设计还旨在提高激光的光子能量，使其能够与碳化合物一起使用，并产生最小的热效应。

要实现这一目标，科学家们必须确保193nm激光器的线宽保持在4千兆赫以下。据声明，这是目前利用现有固态激光技术所能达到的对干涉至关重要的相干长度，为激光器的进一步应用提供了支撑。

在DUV激光器上取得了什么成果?

中国科学院研究人员通过使用LBO晶体实现了与193纳米混合准分子激光器相同的线宽。在他们的装置中，研究人员采用了一种复杂的两阶段和频率产生过程来实现60兆瓦的激光输出。

该装置由两个激光器构成，分别是258纳米和1553纳米的激光器。它们分别来源于镱混合激光器和掺铒光纤激光器，最终汇聚于一个2mm×2mm×30mm的Yb:YAG体晶体，从而提供所需的激光输出。

由此产生的DUV激光脉冲持续时间为4.6纳秒(ns)，重复频率为6千赫兹(kHz)，线宽约为640兆赫(MHz)。

值得注意的是，193nm激光器及其伴随的221nm激光器的输出功率达到了60mW，这是使用LBO晶体所实现的最高功率输出。

此外，该装置还实现了221-193纳米转换效率为27%，以及258-193纳米转换效率为3%的优异性能，均创下了新的基准记录。

这一研究证明了“用固态激光器泵浦LBO的可行性，能够可靠有效地产生193nm的窄线宽激光”，还为使用LBO制造成本效益高的大功率DUV激光系统开辟了一条新途径。

因此，研究人员坚信，LBO晶体具有巨大的潜力，可用于生产输出功率从几毫瓦到几瓦不等的更多深紫外激光器，为这些波长的应用开辟了更广阔的前景。

这项具有里程碑意义的研究成果已发表在《高级光子联系》（Advanced Photonic Nexus）杂志上。

（转自：维科网激光）

 

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