深紫外激光技术的进步

在科学和技术领域，利用深紫外（DUV）区域的相干光源在光刻、缺陷检测、计量和光谱学等各种应用中具有重要意义。传统上，高功率193nm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。

由级联 LBO 晶体产生的 193nm DUV 激光

混合ArF准分子激光技术

引入混合ArF准分子激光器的概念。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激光发生器的进展

要优化ArF放大器的种子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。激光，必须严格控制 193nm种子激光的线宽，最好低于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》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193nm波长实现了窄线宽的60毫瓦（mW）固态DUV激光。该过程涉及波长分别为258nm和1553nm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60mW，脉冲持续时间为4.6纳秒，重复频率为6千赫兹，线宽约为640兆赫兹。值得注意的是，这标志着由LBO晶体产生的193nm和221nm激光的最高输出功率，以及193nm激光的最窄线宽。

特别值得注意的是所取得的出色转换效率：221nm到193nm的转换效率为27%，258nm到 193nm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193nm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。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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