[发明专利]脉冲型气体放电激光器的高精度同步

说明书

技术领域

本发明总地涉及多脉冲型气体放电激光器的脉冲的空间和时间的重叠。本发明尤其涉及来自两个或更多个准分子激光器或氟分子激光器的脉冲的空间和时间的重叠。

背景技术

准分子激光器是传送电磁谱的紫外线(UV)区域中的辐射的脉冲型气体激光器。存在这种激光器的多种应用，例如激光退火，其得益于比从当前可供使用的最高能量的准分子激光器提供的大的脉冲能量。能够通过结合两个或更多个准分子激光器的输出来供给较大的脉冲能量。激光器的输出必须在空间和时间上进行重叠。可利用光学元件的布置来精确地实现空间重叠，并且光学重叠方法在本领域是公知的。

时间重叠较不精确并且取决于众多其它因素中的能够逐脉冲复制脉冲型电源的工作特性的精度。这种特性的变化导致脉冲重叠的精度的时间上的变化。本领域从业者通常将该时间上的变化称为抖动。根据脉冲持续时间以及应用的要求，通常存在在不有损应用的情况下不会被超过的抖动值。

通过实施例的方式，在激光退火应用中，要求结合具有大约600赫兹(Hz)的脉冲重复率和大约30毫微秒(ns)的半最大全宽度(FWHM)的脉冲持续时间的两个准分子激光器的脉冲输出，使脉冲具有复合的时间脉冲形状。复合时间脉冲形状的保持进当脉冲在时间上精确重叠时才是可能的。应用朝向重叠束中时间脉冲形状的变化的容差不能一概而论，而是取决于应用相对于脉冲形状的灵敏度。对于激光退火领域的应用而言，该容差水平对应于几毫微秒的抖动，例如对于30ns的脉冲持续时间小于约6ns。

为了理解影响抖动的因素，考虑准分子激光器的脉冲电路布置的特性是有用的。下文参照图1阐述了一种这样的电路布置的描述，图1是描绘用于将高压脉冲传送到准分子激光器的放电电极的电路的一种典型布置10的电路图。

此处，来自高压电源(HVPS)的高压电力(HV-IN)被供给到端子12。电力被用于将存储电容器C0完全充电到预定电压，该预定电压通常在约1500和2300伏特(V)之间。经由磁隔离器14对电容器进行充电。磁隔离器14包括二极管D2和变压器L6以及其它部件(未示出)，变压器16的一侧连接到开关16，开关16包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和整流器电桥。抑制信号能够根据需要断开或闭合开关16。

磁隔离器16根据开关16是否相应地闭合或断开来按大约50的因子将HVPS和存储电容器之间的阻抗值从低值切换到高值(并且反之亦然)。需要低阻抗值以便以高精度对电容器C0进行充电。需要较高的阻抗值来保护电源免受从激光器放电反射回的能量损坏，否则该能量会引起通过电源的极高且可能有破坏性的峰值电流。此处仅提供了磁隔离器14的充分描述以理解电路10的运行。在转让给本发明的受让人的美国专利6,020,723中提供了磁隔离原理的详细描述，该专利的完整公开通过引用合并于本文中。

当电容器C0的充电完成时，磁隔离器14切换到高阻抗状态。电容器C0的放电由IGBT和二极管(“续流二极管”-FWD)模块IGBT-1控制。在IGBT-1的栅极处接收到脉冲触发电压时，IGBT闭合，并且电容器C0通过磁性辅助件L5、脉冲变压器L4和二极管D1放电。来自变压器L4的合成脉冲被发送到脉冲压缩器18。脉冲在由饱和感应线圈或磁开关L1和电容器C1、饱和感应线圈L2和电容器C2以及饱和感应线圈L3和电容器C3形成的三个阶段中被压缩。经压缩的脉冲从脉冲压缩器18传送到准分子激光器管，所述准分子激光器管包括激光放电电极和其它电抗部件。

复位信号从DC电源(未示出)应用到端子20。该信号使得大约10安培(A)的电流流过L5、L1、L2和L3。该电流有效地驱动这些装置的磁心从脉冲压缩之后其B-H(磁滞)环中的位置回到B-H环的对角处。充分复位是通过脉冲压缩器获得一个脉冲和下一个脉冲之间的可复制过渡时间并且使脉冲之间的抖动最小化的前提。

现在考虑在试图驱动两个准分子激光器时将遇到的问题，每个准分子激光器具有与图1的布置10类似的电路布置，由每个准分子激光器的脉冲压缩器18传送的脉冲之间的低抖动时间的一个必要条件是，每个准分子激光器的存储电容器C0的充电电压必须是尽可能逐脉冲可复制的。这些存储电容器各自经由HSVP在近似1毫秒(ms)内进行充电，HSVP可被视为调节电流源。典型的这种HSVP的高电压的可实现的控制精度(电压调节精度)为电源的最大高电压值(通常为大约2.3千伏(kV)的单位)的大约±0.1％。典型的控制值为大约1.6kV，即，远低于最大值。