Gammel krystal, ny historie til forbedring af dyb ultraviolet laserydelse

Inden for videnskab og teknologi har udnyttelse af sammenhængende lyskilder i den dybe ultraviolette (DUV) region enorm betydning på tværs af forskellige applikationer såsom litografi, defektinspektion, metrologi og spektroskopi. Traditionelt har høj-effekt 193-nanometer (nm) lasere været afgørende i litografi, og udgør en integreret del af systemer, der bruges til præcis mønsterdannelse. Imidlertid hindrer kohærensbegrænsningerne forbundet med konventionelle ArF excimer-lasere deres effektivitet i applikationer, der kræver højopløsningsmønstre, såsom interferenslitografi.

Indtast konceptet med "hybrid ArF excimer laser." Integrering af en smal linewidth solid-state 193-nm laserseed i stedet for ArF-oscillatoren opnår forbedret kohærens sammen med smal linjebredde, hvilket muliggør forbedret ydeevne i high-throughput interferenslitografi. Denne innovation øger ikke kun mønsterpræcisionen, men accelererer også litografihastigheden.

Ydermere letter hybrid ArF excimer-laserens øgede fotonenergi og kohærens direkte behandling af forskellige materialer, herunder kulstofforbindelser og faste stoffer, med minimal termisk påvirkning. Denne alsidighed understreger dets potentiale inden for forskellige områder, fra litografi til laserbearbejdning.

For at optimere seeding til en ArF-forstærker skal linjebredden af ​​193-nm-seed-laseren kontrolleres omhyggeligt, ideelt set under 4 gigahertz (GHz). Denne specifikation dikterer kohærenslængden, der er afgørende for interferens, et kriterium, der let opfyldes gennem solid-state laserteknologier.

Et nyligt gennembrud fra forskere ved det kinesiske videnskabsakademi driver dette felt fremad. Som rapporteret i Advanced Photonics Nexus , har de opnået en bemærkelsesværdig 60-milliwatt (mW) solid-state DUV-laser ved 193 nm med en smal linjebredde ved hjælp af en sofistikeret to-trins sumfrekvensgenereringsproces, der anvender LBO-krystaller. Processen involverer pumpelasere ved 258 og 1553 nm, afledt af henholdsvis en Yb-hybrid laser og en Er-doteret fiberlaser. Denne opsætning, der kulminerer med en 2 mm×2 mm×30 mm Yb:YAG bulkkrystal til effektskalering, viser imponerende resultater.

Den genererede DUV-laser, ledsaget af sin 221-nm-modstykke, udviser en gennemsnitlig effekt på 60 mW, en pulsvarighed på 4,6 nanosekunder (ns) og en gentagelseshastighed på 6 kilohertz (kHz) med en linjebredde på ca. 640 megahertz ( MHz). Dette markerer især den højeste effekt for både 193- og 221-nm-lasere genereret af en LBO-krystal sammen med den smalleste linjebredde, der er rapporteret for en 193-nm-laser.

Særligt bemærkelsesværdigt er den enestående opnåede konverteringseffektivitet:27 % for 221 til 193 nm og 3 % for 258 til 193 nm, hvilket sætter nye benchmarks i effektivitetsværdier. Denne forskning understreger det enorme potentiale ved LBO-krystaller til at generere DUV-lasere ved effektniveauer fra hundredvis af milliwatt til watt, hvilket åbner muligheder for at udforske andre DUV-laserbølgelængder.

Ifølge professor Hongwen Xuan, den tilsvarende forfatter for værket, demonstrerer den rapporterede forskning "levedygtigheden af ​​at pumpe LBO med solid-state lasere til pålidelig og effektiv generering af laser med smal linjebredde ved 193 nm, og åbner en ny måde at fremstille en omkostningseffektivt DUV-lasersystem med høj effekt ved hjælp af LBO."

Disse fremskridt flytter ikke kun grænserne for DUV-laserteknologi, men lover også at revolutionere utallige applikationer på tværs af videnskabelige og industrielle domæner.

Flere oplysninger: Zhitao Zhang et al., High-power, smal linewidth solid-state dyb ultraviolet lasergenerering ved 193 nm ved frekvensblanding i LBO-krystaller, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.2.026012

Leveret af SPIE