一种低噪声高效率深紫外连续激光器制造技术

本发明专利技术提供一种高输出耦合效率连续激光系统，包括：连续激光产生装置，电光调制器装置，模式匹配装置，第一输入耦合镜，第二高反射率腔镜，第一凹面反射镜装置，倍频晶体，双色镜，第二凹面反射镜。本发明专利技术的高耦合效率的腔内倍频167nm连续激光产生，具有腔内损耗低，腔内基频功率增强倍数高，非线性转化效率高，输出耦合效率高的特点，结构简单，可靠性高。

A Low Noise and High Efficiency Deep Ultraviolet Continuous Laser

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声高效率深紫外连续激光器
本专利技术属于连续激光
，涉及一种深紫外连续激光产生系统，尤其涉及一种高输出耦合效率的腔内倍频产生167nm连续激光的系统。
技术介绍
深紫外波段激光，尤其是200nm以下的深紫外激光器在光刻光谱学、半导体光刻、微加工检测以及高分辨率光电发射光谱等方面都有重要应用。具体而言，能量分辨的角分辨光电子能谱仪(ARPES)利用高能量的光子撞击物质，电子由光电效应产生。通过分析光子的能量和角度分布，获得关于样品的电子能带结构信息。光子能量越高，可测量的布里渊区域越大，因此波长越短的深紫外光源广受关注。连续深紫外光源相对于脉冲深紫外光源，还具有能避免在测量点附近产生寄生电荷载流子的优点。此外，深紫外光源在光钟的精密测量光谱学也有重要应用。单频的167.079nm激光源可用于诱导27Al+中的1S0→1P1跃迁，实现直接激光多普勒冷却，以及直接检测27Al+的量子态离子。深紫外激光器的其他重要应用存在于半导体计量领域。在用于光掩模的照明系统中，临界尺寸和焦深都线性地取决于激发波长。通常准分子激光器广泛应用于这些任务中，但是准分子激光在脉冲状态下工作，典型脉冲持续时间为10ns，重复频率为100Hz。但是很多深紫外的工作更倾向于连续固态激光或者半导体二极管激光，该类激光不仅有望窄化线宽提高相干性，也能改善功率密度，还能提高可靠性和易用性。然而，直接输出的固态和半导体连续光很难达到紫外波段，通过非线性频率转换方法，光源的波段很长一段时间内因为缺乏合适的非线性晶体而被限制在200nm以上。随着氟代硼铍酸钾晶体(KBBF)的出现，使得150nm-200nm波段的激光出现成为可能。基于该KBBF晶体，目前已有诸多飞秒、皮秒、纳秒深紫外光源报道，这类光源均是基于高能量、高峰值功率的飞秒、皮秒、纳秒激光单次通过KBBF倍频晶体，然而此种方法并不适用于连续激光的倍频。因基频光聚焦功率密度较低，非线性晶体在深紫外波段转换效率也比较低，深紫外连续倍频激光难以通过直接倍频产生。共振增强腔由于腔内损耗极小，使得腔内基频功率得到数十倍增强，从而增加腔内非线性晶体的转换效率。然而针对167nm的共振增强腔倍频，输出镜既需要尽可能减小针对基频光的损耗，同时又要高效率的导出倍频167nm激光。目前由于镀膜技术及镀膜材料的限制，在能保证335nm反射率高于99％的情况下，167nm的透射率仅仅不到50％，无法实现高效率的输出。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种连续激光系统及其应用。在阐述本
技术实现思路
之前，定义本文中所使用的术语如下：术语“PDH”是指：Pound-Drever-Hall。术语“KBBF晶体”是指：氟代硼铍酸钾晶体。术语“RBBF晶体”是指：氟硼铍酸铷晶体。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种连续激光系统，所述连续激光系统包括：连续激光产生装置，用于输出连续基频激光；电光调制器装置，用于调制连续基频光的频率和相位，产生调制边带；模式匹配装置，用于调整基频激光的光斑束腰位置及束腰大小；第一输入耦合镜，用于将基频光耦合进倍频增强腔，其反射率优选为80％-99.9999％；第二高反射率腔镜，用于折叠腔镜，同时用于装载压电陶瓷，以锁定腔长；第一凹面反射镜，用于将基频光聚焦到倍频晶体上；第二凹面反射镜，用于准直基频光；倍频晶体，用于产生非线性效应，将基频光转化为倍频光；和双色镜，用于透过基频光，同时反射倍频连续激光，将倍频激光高效率的耦合输出；优选地，所述连续激光系统为腔内倍频产生165～170nm、进一步优选为167～168nm、最优选为167.75nm的连续激光的系统。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述连续激光产生装置输出窄线宽激光，所述输出激光波长范围为334-336nm，优选为335nm；所述输出激光的线宽小于1兆赫兹；所述输出激光的功率大于1瓦；和/或所述连续激光产生装置的功率为100mw～10W优选地，所述连续激光产生装置为1342nm固态高功率窄线宽单频连续光激光器经过两级腔内倍频后得到。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述电光调制器装置包括电光晶体和高压驱动器，其用于调制基频连续光的频率和相位；优选地，所述电光晶体选自以下一种或多种：铌酸锂(LiNbO3)晶体、磷酸二氢钾(KDP)晶体；优选为铌酸锂(LiNbO3)晶体。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述模式匹配装置包括一个或多个针对基频光镀高透膜的凹透镜和凸透镜；优选地，所述模式匹配装置调整所述基频激光的光斑束腰半径为200μm～4mm，优选为500μm～2mm，最优选为1.5mm。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述第一输入耦合镜为针对基频光波段镀高反射率膜系的平面反射镜；所述第二高反射率腔镜为针对基频光波段镀高反射率膜系的平面反射镜；所述第一凹面反射镜为针对基频光波段镀高反射率膜系的凹面反射镜，其曲率半径优选为50mm～300mm；和/或所述第二凹面反射镜为针对基频光波段镀高反射率膜系的凹面反射镜，其曲率半径为50mm～300mm；优选地，所述第一输入耦合镜、所述第二高反射率腔镜、所述第一凹面反射镜、所述倍频晶体、所述双色镜和所述第二凹面反射镜形成环形共振腔。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述双色镜为针对基频光波段镀高透射率大于99％优选大于99.5％的膜系，同时所述双色镜针对倍频光波段镀高反射率大于85％优选大于90％的膜系的平面双色镜。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述倍频晶体选自以下一种或多种：KBBF晶体、氟硼铍酸铷(RBBF)晶体；优选为KBBF晶体。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述倍频晶体为布儒斯特角设计。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，所述连续激光系统进一步包括：压电陶瓷，用于作为制动器控制腔长；和/或PDH锁定电路，用于获取误差信号，并产生反馈信号，锁定腔长和基频光波长。根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，根据本专利技术第一方面的连续激光系统，其中，本专利技术的第二方面提供了一种深紫外激光器，所述深紫外激光器包括如第一方面所述的连续激光系统。因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种高输出耦合效率的腔内倍频产生167nm连续激光的系统，包括：高功率335nm连续激光产生装置，用于输出窄线宽335nm单频连续基频激光；电光调制器装置，用于调制335nm连续基频光的频率和相位，产生调制边带，方便后续的腔长锁定。模式匹配装置，用于调整基频激光的光斑束腰位置及束腰大小。第一输入耦合镜，用于将基频光耦合进倍频增强腔。第二高反射率腔镜，用于折叠腔镜，同时用于装载压电陶瓷，以锁定腔长；第一凹面反射镜，用于将基频光聚焦到倍频晶体上；第二凹面反射镜，用于准直基频光；倍频晶体，用于产生非线性效应，将335nm基频光转化为167nm倍频光。双色镜，用于透过335nm基频光，同时反射倍频167nm连续激光，将167nm倍频激光高效率的耦合输出。压电陶瓷，用于作为制动器控制腔长。PDH锁定电路，用于获取误差信号，并产生反馈信号，锁定腔长和基频光波长。根据本专利技术的高输出耦合效率腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续激光系统，其特征在于，所述连续激光系统包括：连续激光产生装置，用于输出连续基频激光；电光调制器装置，用于调制连续基频光的频率和相位，产生调制边带；模式匹配装置，用于调整基频激光的光斑束腰位置及束腰大小；第一输入耦合镜，用于将基频光耦合进倍频增强腔，其反射率优选为80％‑99.9999％；第二高反射率腔镜，用于折叠腔镜，同时用于装载压电陶瓷，以锁定腔长；第一凹面反射镜，用于将基频光聚焦到倍频晶体上；第二凹面反射镜，用于准直基频光；倍频晶体，用于产生非线性效应，将基频光转化为倍频光；和双色镜，用于透过基频光，同时反射倍频连续激光，将倍频激光高效率的耦合输出；优选地，所述连续激光系统为腔内倍频产生165～170nm、进一步优选为167～168nm、最优选为167.75nm的连续激光的系统。

【技术特征摘要】
1.一种连续激光系统，其特征在于，所述连续激光系统包括：连续激光产生装置，用于输出连续基频激光；电光调制器装置，用于调制连续基频光的频率和相位，产生调制边带；模式匹配装置，用于调整基频激光的光斑束腰位置及束腰大小；第一输入耦合镜，用于将基频光耦合进倍频增强腔，其反射率优选为80％-99.9999％；第二高反射率腔镜，用于折叠腔镜，同时用于装载压电陶瓷，以锁定腔长；第一凹面反射镜，用于将基频光聚焦到倍频晶体上；第二凹面反射镜，用于准直基频光；倍频晶体，用于产生非线性效应，将基频光转化为倍频光；和双色镜，用于透过基频光，同时反射倍频连续激光，将倍频激光高效率的耦合输出；优选地，所述连续激光系统为腔内倍频产生165～170nm、进一步优选为167～168nm、最优选为167.75nm的连续激光的系统。2.根据权利要求1所述的连续激光系统，其特征在于，所述连续激光产生装置输出窄线宽激光，所述输出激光波长范围为334-336nm，优选为335nm；所述输出激光的线宽小于1兆赫兹；所述输出激光的功率大于1瓦；和/或所述连续激光产生装置的功率为100mw～10W；优选地，所述连续激光产生装置为1342nm固态高功率窄线宽单频连续光激光器经过两级腔内倍频后得到。3.根据权利要求1或2所述的连续激光系统，其特征在于，所述电光调制器装置包括电光晶体和高压驱动器，其用于调制基频连续光的频率和相位；优选地，所述电光晶体选自以下一种或多种：铌酸锂晶体和磷酸二氢钾晶体；优选为铌酸锂晶体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的连续激光系统，其特征在于，所述模式匹配装置包括一个或多个针对基频光镀高透膜的凹透镜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子越，韩海年，邵晓东，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11