第 43 卷 第 2 期
2016 年 2 月
Vol. 43, No. 2
February, 2016
中 国 激 光
CHINESE JOURNAL OF LASERS
0202001-
高效率 ArF 准分子激光复合腔技术研究
范元媛
1,2
周 翊
1,2*
刘广义
1,2
宋兴亮
1,2
单耀莹
1,2
王 倩
1,2
赵江山
1,2
1
中国科学院光电研究院, 北京 100094
2
北京市准分子激光工程技术研究中心, 北京 100094
摘要 短波 长、高光 子能量的 ArF 准分 子激光在集 成电路光 刻、材料 加工、激光医学等领域具有重 要的应用。结合
线宽压窄技术方案设计了 193 nm ArF 准分子激光器复合腔结构,理论分析了复合腔结构能量提升的原理。针对准
分子 激光器的长 腔特性,提出了实现其 复合腔窄带 激光模式锁 定的解决方 案,并进 行了实验验 证。与通常 插入色
散元 件 的单窄带腔 相比,锁定 后的准分子 激光复合腔 在输出线宽 基 本不变的情 况下能量提 高了 4.02 倍,激光效率
大幅提升,能量稳定性也大幅优化。
关键词 激光器; 准分子激光器; 复合腔; 高效率; 窄线宽
中图分类号 TN248 文献标识码 A
doi: 10.3788/CJL201643.0202001
Compound Cavity ArF Excimer Laser with High Efficiency
Fan Yuanyuan
1,2
Zhou Yi
1,2
Liu Guangyi
1,2
Song Xingliang
1,2
Shan Yaoying
1,2
Wang Qian
1,2
Zhao Jiangshan
1,2
1
Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2
Beijing Excimer Laser Technology and Engineering Center, Beijing 100094, China
Abstract ArF excimer lasers characterized by short wavelength and high photon energy have important
applications in the field of integrated circuit lithography, material processing, laser medicine, and so on. Structure
of the compound cavity 193 nm ArF excimer laser is designed based on the linewidth narrowing techniques.
Principles of the compound cavity laser are theoretically analyzed. Based on the characteristics of long cavity length
in excimer laser system, the solutions for achieving effective mode-locking in compound cavity are proposed and
experimentally verified. The laser output with nearly the same linewidth as the narrow-band cavity with dispersive
elements and 4.02 times large energy is obtained. The laser efficiency and the energy stability are greatly improved
as well.
Key words lasers; excimer lasers; compound cavity; high efficiency; narrow line-width
OCIS codes 140.2180; 140.3410; 300.3700; 220.2740
1 引 言
由于准分子激光波长短、光子能量高,且常规材料对位于紫外波段的激光辐射具有较高的吸收率,因此
准分子激光在集成电路光刻、精密 微细 加工 及医 疗等 领域 被广 泛应 用
[1]
。自 1970 年 Basov 等
[2-4]
利用强流电
子束激发液态氙得到 Xe 准分子激光输出以来,深紫外波段准分子激光技术得到了长足发展。
窄线宽、大能量的输出 是准分 子激光 技术发 展的重要目标
[5-7]
。由于自身跃 迁特性 ,自由振 荡的准 分子
激光器输出激光半峰全宽(FWHM)通常在百皮米量级。单谐振腔准分子激光器可通过在谐振腔内或腔外加
收稿日期: 2015-09-07; 收到修改稿日期: 2015-10-12
基金项目: 国家自然科学基金(61405202)、北京市科技专项(Z141104004414069)
作者简介: 范元媛(1984—),女,博士,助理研究员,主要从事准分子激光及固体激光光谱控制等方面的研究。
E-mail: fyy@aoe.ac.cn
*通信联系人。E-mail: zhouyi@aoe.ac.cn
1