[发明专利]一种一体化气体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种一体化气体激光器，尤其适用于需要安装布儒斯特窗的准分子气体激光器。

背景技术

准分子激光器具有短波长和大功率的特点，使其成为目前大规模半导体集成电路光刻的主要光源。作为光刻光源要求准分子激光器具有很高的偏振度，一般要求大于95％。因此准分子激光器的腔体两端都装有一个布儒斯特窗，从而达到输出光具有高偏振特性的目的。准分子激光器的布儒斯特窗除了有选择输出光偏振的目的外，还有密封激光器腔体的作用。因此布儒斯特窗的一侧与腔体内的工作气体接触，而另一侧则暴露于空气之中。以ArF准分子激光器为例，其布儒斯特窗的材料为CaF₂，并且对其纯度的要求极高，以防止产生色心现象导致输出光能量下降及稳定性降低。而该材料暴露于空气之中，空气中的水蒸气很容易使之潮解并且空气中的粉尘极易粘附其表面，当有激光通过时，就会造成激光透过率大幅衰减，并且严重破坏材料的表面，使激光器无法正常工作。因此暴露于空气中的布儒斯特窗的使用寿命会大幅缩短。

由于高纯度CaF₂材料的成本非常高，所以提高其使用寿命就成为降低准分子激光器使用成本的关键。另外准分子激光处于紫外波段，空气对其有很强的吸收，尤其是布儒斯特窗与激光器的输出耦合镜及全反射镜之间的空气吸收损耗属于腔内损耗，会大幅降低激光器的输出能量。此外，激光器的输出耦合镜与全反射镜的材料也为高纯度的CaF₂，因此如果暴露于空气中也会大幅衰减其使用寿命。

图1为一个典型的准分子激光器的结构示意图。图中，1为激光器的腔体，由于其为气体激光器，因此腔体内充有一定气压及相应配比的工作气体。2、3分别为准分子激光器的阴极和阳极，常用的准分子激光器一般采用放电激励的方式，当几万伏的高压加到准分子激光器的电极上时，电极间的工作气体就会被电离而放电，从而作为激光器的增益介质为通过该区域的激光提供增益。4为准分子激光器的输出耦合镜，6为准分子激光器的全反射镜，7为输出耦合镜4与全反射镜6的支架，全反射镜6和输出耦合镜4作为谐振腔的腔镜为谐振腔提供反馈。5为准分子激光器的布儒斯特窗，腔体的两端各设置一个，通过这两个布儒斯特窗的选偏作用，可以使输出光的偏振度大于95％。

如图1所示，布儒斯特窗5的外表面、输出耦合镜4及全反射镜6都是暴露在空气中的。如前所述提高布儒斯特窗5使用寿命就成为降低准分子激光器使用成本的关键。另外准分子激光处于紫外波段，空气对其有很强的吸收，尤其是图1所示的布儒斯特窗5与激光器的输出耦合镜4及全反射镜6之间是空气环境，空气的吸收损耗属于腔内损耗，会大幅降低激光器的输出能量。另外图1所示的激光器腔体1、输出耦合镜4及全反射镜6是三个独立的个体。其中任何一个个体的位置发生微小的改变都会导致激光器的谐振光路偏离其最佳的状态，从而导致激光器输出光能量下降及光束质量变差。如果激光器腔体1相对位置或者相对高度发生改变，那么输出耦合镜4及全反射镜6的位置及高度就要重新进行调整，从而给激光器的实用性带来麻烦。输出耦合镜4及全反射镜6的支架7是通过磁性底座吸在放置腔体1的平台上，而产品化的激光器平台一般采用铝材料，因为铝材料质量轻且成本低。但是磁性底座无法吸附在铝材料上，因此会给输出耦合镜4及全反射镜6的支架7的固定带来麻烦。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在消除空气中的水蒸气对高纯度CaF₂材料制成的光学元件的潮解，同时避免空气中的粉尘粘附于高纯度CaF₂材料的表面造成透过率下降及表面损伤。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种一体化气体激光器，包括作为放电腔的腔体、位于放电腔的两端并作为放电腔激光输出窗口的两个布儒斯特窗，以及位于放电腔两端的外侧，用于接收从所述布儒斯特窗出射的激光的输出耦合镜和全反射镜，所述气体激光器的腔体的两端的外侧分别具有一个腔镜调节装置，该两个腔镜调节装置分别用于固定和保持输出耦合镜和全反射镜，并分别将所述两个布儒斯特窗中的一个包裹在内；并且所述腔镜调节装置与所述腔体密封连接，以使所述输出耦合镜与腔体之间，以及所述全反射镜与腔体之间均形成密闭空间。

根据本发明的优选实施方式，所述腔镜调节装置通过波纹管的法兰与所述腔体连接。