[发明专利]一种光谱控制装置

说明书

本发明是关于一种应用于主振荡功率放大双腔结构准分子激光器的光谱控制装置,其包括两级线宽压窄模块,其中第一级线宽压窄模块与输出耦合装置作为两个端镜分别设置于激光放电腔的两端,并与输出耦合装置及激光放电腔构成准分子激光器的主振荡谐振腔,形成具有一定输出能量及第一级线宽压窄的激光输出；第二级线宽压窄模块设置于准分子激光器的主振荡谐振腔与能量放大腔之间的传输光路中,对主振荡谐振腔输出的具有一定输出能量及第一级线宽压窄的激光进行线宽调制形成具有第二级线宽压窄的激光输出。本发明可以有效解决现有单一光谱控制装置光谱控制自由度低、光谱调谐难度大、光谱调谐灵活性差、光学元件损伤几率较高等问题。

技术领域

本发明涉及一种光谱控制装置,特别是涉及一种准分子激光器的光谱控制装置。

背景技术

在激光技术的研发过程中，常会涉及到光谱控制的问题，针对激光波长、激光线宽的有效控制可以获得面向不同应用需求的激光光源系统特征指标输出。

以准分子激光系统为例，针对光刻应用，为保证半导体硅片芯片图案刻画的精细度和设计的集成度，考虑光刻节点实现的相关因素，常常需要光刻光源具有较窄的激光线宽输出。

在相关光刻准分子激光光源系统结构中常采用线宽压窄模块来完成系统激光线宽的窄化控制。线宽压窄模块通常采用色散结构针对准分子气体高压放电光辐射过程进行光谱选择，继而在谐振腔约束限制下建立特定光谱的振荡机制，通过激光的往复振荡逐渐形成窄谱带的激光输出。色散结构通常由括束系统结合色散系统实现，借助于光栅等色散元件的高精度色散能力和棱镜等光束括束元件引入的发散角减小特性完成针对激光光谱的剪裁和窄化。激光光谱的形成是粒子能级跃迁过程不同波长辐射的对应能量叠加，因而光谱的窄化控制必然会以其他谱段能量的耗散为代价。

请参阅图1A所示，是现有的单通主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源结构的示意图，现有的主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源主要由激光放电腔1、激光放电腔2、线宽压窄模块3、输出耦合装置4、光路转置模块5和光路转置模块6组成。激光放电腔1是气体高压放电光辐射的场所，线宽压窄模块3负责实现激光光谱控制，激光线宽压窄的功能，输出耦合装置4用于实现最佳耦合输出。其中，激光放电腔1、线宽压窄模块3和输出耦合装置4构成激光往复振荡的谐振场所——主振荡(MO)谐振腔，形成具有一定输出能量的窄线宽激光输出，激光放电腔1是主振荡谐振腔激光增益产生的场所，线宽压窄模块3同时作为主振荡谐振腔的端反射镜参与激光谐振，与输出耦合装置4共同构成主振荡谐振腔的两个端镜，形成光辐射放大激光输出的约束限制空间调制。光束转置模块5和光束转置模块6主要负责主振荡谐振腔与能量放大腔之间的光路转置变换。激光放电腔2是气体高压放电光辐射的场所,主要完成经由主振荡谐振腔传输来激光的能量放大作用，实现整机系统窄线宽、大能量激光7的输出。

请参阅图1B所示，是图1A中线宽压窄模块的典型结构示意图，为保障满足光刻的光源线宽需求(<0.5pm)，线宽压窄模块常采用4个棱镜形成棱镜括束单元a，配合色散光栅b完成线宽压窄的功能。由于激光线宽与棱镜括束倍率及光栅色散相关，更窄的线宽的获得需要更大的光束括束倍率和更高的色散光栅选择，这必然会带来对于更大尺度光栅的需求。

由于光刻需求光谱的窄化(～0.5pm)与激光自由振荡光谱(～500pm)存在近千倍的差异，因此在单一线宽压窄模块的情况下，对于激光线宽的超精细窄化会造成激光能量的大量损失，从而带来较低的主振荡谐振腔激光输出，使光谱窄化输出激光效能低，使得主振荡谐振腔在保障输出目标窄线宽的条件下同步输出的能量较低，在考虑整体光源能量输出指标的情况下这对于能量放大机制的设计实现也提出了更高的要求。