[发明专利]一种光源及其并联式光源与串联式光源

说明书

本发明提供一种光源及其并联式光源与串联式光源，所述光源包括介质、第一激励装置及第二激励装置，其中，第一激励装置用于进行第一次泵浦以使介质中类氦原子的电子从基态泵浦至第一种激发态，第二激励装置用于进行第二次泵浦以使介质中类氦原子的电子从第一种激发态退激至基态。本发明通过两次泵浦过程可以产生波长低至10纳米以下的脉冲相干光，使短波长光源的结构简单紧凑且易于实现，且可以降低成本。此外，除了脉冲相干光源，通过调整第二激励装置的种类，本发明还可实现连续相干光源、脉冲非相干光源以及连续非相干光源的制造。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种光源及其并联式光源与串联式光源。

背景技术

人类自从发现了火，便开始有了利用和发展光源的历史，从火到白炽灯，从白炽灯到荧光灯，从荧光灯再到如今的LED，光源的发展也展示着科技的进步。随着科学的探索，如今我们知道可见光对应的电磁波波长为400-700nm，其他的波段为人眼所不可见，但是在科学研究以及工业应用方面也非常重要。光源也可以根据是否相干分为相干光和非相干光，典型的相干光源为激光器。自从第一台红宝石激光器问世以来,科学家对于激光器的研究从未停止。进入二十一世纪之后，由于微电子工业的发展，产业界急切需要短波长的光刻机。由于激光具有相干性好、光子数密度大、准直性好的特点，所以科学家们希望可以获得短波长的激光用于光刻技术。目前，随着激光技术的发展，高单色性相干光源的波长已经可以达到深紫外波段。深紫外相干光源可以用于微纳米光刻、超高能量分辨率的光电子能谱以及光电子发射显微镜等方面。由于深紫外光的光子能量大于3eV，此波段的光在端面反射时大部分会被吸收，在反射率不够的情况下无法产生光放大，所以利用传统的激光产生方式即通过谐振腔反射进行光放大无法产生深紫外激光，目前大多数都是采用低光子能量的激光打入非线性介质产生倍频的高光子能量激光。利用非线性效应产生的倍频光的功率受到介质效率、基频激光峰值功率、非线性介质在倍频光波段的传输特性等因素影响，因此深紫外激光器往往结构复杂、体积较大、波长有一定的极限，目前成熟的单色深紫外激光器波长可以短到114nm。如果希望光子能量更高，只能通过高峰值功率激光电离气体产生高次谐波的方法来实现，但是这种方法产生的为复色激光，还需要单色器进行单色化，并且其要求种子激光脉冲非常窄，即单位时间内峰值功率非常大，光路较于倍频光路一般更为复杂，效率较低。另一方面，利用电磁场激励介质发光技术目前已经较为成熟，比如汞灯、钠灯、氦灯，人们常用的极紫外光源氦灯，即利用电磁场把氦原子中的电子从1s²基态泵浦到1s2p(¹P₁)态，电子再从1s2p(¹P₁)跃迁至1s²基态辐射出21.2eV的光子，这一过程是把电能转化为光能。但是这一过程中光子的辐射是随机发生、相位混乱的，不具有相干性，不能够形成激光。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光源及其并联式与串联式光源，用于解决现有短波长光源光子产生效率低下、空间体积大、成本高昂、所能产生的光子能量不高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光源，包括：

介质，包括类氦原子、可电离产生类氦原子的物质及具有类氦原子电子结构的物质中的至少一种；

第一激励装置，用于将所述介质中的电子从基态泵浦至第一种激发态；

第二激励装置，用于采用第一波长的光使所述介质中处于所述第一种激发态的电子退激至所述基态以发出第二波长的光，所述第二波长小于所述第一波长。

可选地，在所述第一波长的光的作用下，所述介质中处于所述第一种激发态的电子先被激发至与所述第一种激发态能级不同的第二种激发态，再从所述第二种激发态退激到所述基态；或者在所述第一波长的光的作用下，所述介质中处于所述第一种激发态的电子直接从所述第一种激发态退激到所述基态。

可选地，所述第一种激发态的能级位于所述基态与所述第二种激发态之间，或者所述第一种激发态的能级高于所述第二种激发态的能级。