深紫外激光技术的进步

研究人员利用LBO晶体开发出波长为193纳米的60毫瓦固态DUV激光器，为效率值设定了新基准。在科学和技术领域，利用深紫外(DUV)区域的相干光源对光刻、缺陷检测、计量和光谱学等各种应用具有重大意义。传统上，高功率 193 纳米(nm)激光器在光刻技术中起着举足轻重的作用，是精确图案化系统不可或缺的组成部分。然而，传统 ArF 准分子激光器的相干性限制阻碍了其在干涉光刻等需要高分辨率图案的应用中的有效性。

混合 ArF 准分子激光技术

“混合 ArF 准分子激光器”的概念应运而生。将窄线宽 193nm 固体激光种子集成到 ArF 振荡器中，在实现窄线宽的同时增强了相干性，从而提高了高通量干涉光刻的性能。这一创新不仅提高了图案精度，还加快了光刻速度。

此外，混合 ArF 准分子激光器增强的光子能量和相干性有助于直接加工各种材料，包括碳化合物和固体，同时将热影响降至最低。这种多功能性凸显了它在从光刻到激光加工等不同领域的潜力。

固体 DUV 激光发生器的进步

要优化 ArF 放大器的种子激光，必须严格控制 193 纳米种子激光的线宽，低于4千兆赫(GHz)。这一规格决定了干扰所需的相干长度，而固态激光技术很容易满足这一标准。

中国科学院研究人员最近取得的一项突破推动了这一领域的发展。据《先进光子学》(Advanced Photonics Nexus)杂志报道，他们利用采用 LBO 晶体的复杂两级和频发生过程，在 193 纳米波长实现了 60 毫瓦(mW)固态 DUV 激光器，而且线宽很窄。该过程涉及波长分别为 258 纳米和 1553 纳米的泵浦激光器，它们分别来自掺镱混合激光器和掺铒光纤激光器。该装置采用 2mm×2mm×30mm Yb:YAG 块状晶体进行功率扩展，取得了令人瞩目的成果。

生成的 DUV 激光器及其 221nm 对应激光器的平均功率为 60 mW，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 兆赫兹 (MHz)。值得注意的是，这标志着由 LBO 晶体产生的 193 纳米和 221 纳米激光的最高输出功率，以及 193 纳米激光的最窄线宽。

尤其值得注意的是所实现的出色转换效率：从 221 纳米到 193 纳米的转换效率为 27%，从 258 纳米到 193 纳米的转换效率为 3%，为效率值设定了新的基准。这项研究强调了 LBO 晶体在产生功率级别从数百毫瓦到瓦特的 DUV 激光方面的巨大潜力，为探索其他 DUV 激光波长开辟了道路。

据这项工作的通讯作者Hongwen Xuan教授介绍，报告中的研究证明了“用固体激光器泵浦 LBO 以可靠有效地产生 193 纳米窄线宽激光的可行性，并为利用 LBO 制造高性价比、高功率 DUV 激光系统开辟了一条新途径”。

这些进展不仅推动了 DUV 激光技术的发展，而且有望彻底改变科学和工业领域的无数应用。

审核编辑 黄宇