波长转换器制造技术

为获取波长为２００ｎｍ或以下、重复频率高的激光束，采取下列步骤。通过转换来自激光器的波长１．０６μｍ的激光束的波长，获得波长为５３２ｎｍ的二次谐波，进一步转换该激光束的波长获得波长为２６６ｎｍ的四次谐波，通过采用由转换上述二次谐波获得的波长５３２的激光束，或来自上述激光器的激光束来振荡钛蓝宝石激光器而获得波长约７００ｎｍ的激光束，以及通过在激光器中的非线性晶体上混合上述激光束和波长为２６６ｎｍ的激光束为总和频率来获得波长约１９０ｎｍ的激光束。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波长转换器，用于转换入射激光束的波长和产生特定波长的激光束。通常，激光束具有许多特性，由于其频率高于电波的频率，信息存储能力极佳；由于其波长相等且激光束是同相的，激光束的单色性和指向性极佳；激光束具有常态波束看不到的相干性，并且还由于能极细地聚焦，能量被聚焦于微小区域，因此能局部地和即时地实现高温和高压，而且激光束被用于许多领域，诸如通信、信息、仪表、处理技术以及医学。例如，考虑将来在用于制造半导体器件的分档器中，采用由波长193nm的脉冲振荡的氟化氩激光器。然而，对氟化氩激光器来说，由于难于增加重复频率，所以它只有几千赫多一点并降低了峰值功率。尽管在展宽脉冲宽度方面作了努力，但近期没有实现。因此，要求使用于分档器中的合成石英玻璃的光强和光能密度为一固定的值或更小，以防止由曝光过渡和吸收引起的透射率和热梯度的下降，以及防止由于发生局部光程差而引起的收缩和畸度(aberration)。所以，对诸如脉冲能量的稳定等激光器性能的要求变得极其严格，并且要求提高光致抗蚀剂的敏感度。由于需要辐射固定数目的脉冲以均衡光密度，所以难以提高产量。由于氟化氩激光器使用需要经常更换的毒性气体且构成该激光器的每一高价部件的寿命较短，所以维护成本高。同时，产生波长为194nm的紫外线(连续波)以用作限制汞离子的激光收集器的技术见诸于D.J.Berkeland等人所写的文章(应用光学，p.4159,Vol.36,1997)。该文中描述这样的情况，通过从波长为515nm的氩离子激光器辐射的波长为257nm的二次谐波和来自β-硼酸钡(BBO)(β-BaB2O4)晶体的半导体激光器波长为792nm的经增强的激光束中，产生波长为194nm约2mW的总和频率。在这种情况下，BBO晶体被安排在由以波长257nm的光谐振的外部谐振器和以波长792nm的光谐振的外部谐振器共享的位置上，而且利用通过以布鲁斯特角(Brewster angle)所切割的BBO晶体的色散而引起的折射角差异，把这两个外部谐振器的光路从空间上分开。然而，由于采用氩激光器，用上述已知的技术不能避免上述的缺点，由于采用外部谐振器，装置的尺寸增大，由于在镜面和其他部件附有杂质，反射率和透射率均受损害，以及由于机构的配准不良，输出容易变得不稳定。此外，产生总和频率的唯一方法需要配备同时锁定具有两个波长的外部谐振器的电路以及激励器，严格匹配谐振器光路长度的设备对于将光导入谐振器也是必不可少的。如果替代氟化氩激光器使用来自能产生高重复频率的固态激光器的较高谐振，则将减小合成石英玻璃和其他部件的损坏问题和成本问题，但，由于所得的波长通常与氟化氩激光器所产生的波长不同、因此存在上述固态激光器与前面的氟化氩激光器不兼容的问题。本专利技术的目的在于提供一种波长转换器(特别是激光束发生器)，其特点在于能解决上述缺点，所得到的激光束其重复频率高，波长为200nm或更小，对矿物性材料诸如合成石英玻璃的损害下降，使诸如分档器之类的器件的寿命得以延长，使激光器部件的寿命延长而无需使用毒性气体，由于适用脉冲的高重复频率和稳定性提高分档器和其他产品的产量，实现其整体由固体组成的紫外辐射源，可解决并能充分地提高可靠性、尺寸、维护以及检查和其他问题。另一个目的是提供了以相同的波长评估其中采用此种器件的系统的激光束源。即是说，本专利技术涉及一种波长转换器，该波长转换器设有第一激光器，产生第一波长(具体说介于1和1.1μm之间)的激光束；一波长转换部分，转换来自第一激光器的具有第一波长的激光束的波长，并产生具有小于第一波长的第二波长(具体说介于500和550nm之间)的激光束；一波长转换部分，转换具有第二波长的激光束的波长，并产生具有小于第二波长的第三波长(具体说介于250nm和275nm之间)的激光束；第二激光器，接收波长介于500和550nm之间的激光束，并以小于第一波长而大于第二波长的第四波长(具体说介于650和785nm之间)振荡；以及波长转换部件，通过在第二激光器中混合第三波长的激光束和第四波长的激光束来产生具有小于第三波长的第五波长(具体说介于190和200nm之间)的激光束。根据本专利技术的波长转换器，由于通过转换来自第一激光器的第一波长的激光束的波长获得第二波长的激光束(二次谐波)，通过进一步转换该激光束的波长获得第三波长的激光束(四次谐波)，第二激光器例如采用第二波长的激光束振荡，获得第四波长的激光束，以及通过在第二激光器中混合第四波长的激光束和第三波长的激光束获得第五激光束，因此可以产生下列显著的效果(1)至(4)。也可用另一个光源来激励第二激光器。(1)能获得重复频率高的第五波长(具体说200nm或以下)的激光束，因此减小对诸如合成石英玻璃等矿物性材料的损坏，延长诸如分档器等器件的寿命。(2)由于能用红外固态激光器作为第一激光器，不需要在氟化氩激光器中用到的那种毒性气体，且能延长激光器部件的寿命。(3)由于在第二激光器中(即在其内部谐振器中)混合第三波长的激光束和第四波长的激光束，因此能兼得脉冲或平均功率的高重复频率和稳定性、并提高分档器等的产量。(4)在产生总和频率时只有一个波长自动地谐振而不使用外部谐振器，因此不总是需要在外部谐振器情况下所需的锁定和激励器，而且即使采用控制波长的激励器，也不总需要严格地匹配谐振器的光路长度以引导光束进入谐振器的设备。因此，可以实现其整体由固体组成的紫外辐射源，可以解决并充分地提高可靠性、尺寸、维护、检查和其他的问题。图1为示出等效于本专利技术第一实施例的激光束发生器的主要部分的示意图；图2为示出用作激光束发生器的钛蓝宝石的吸收和发射特性的光谱图；图3为示出等效于本专利技术第二实施例的激光束发生器的主要部分的示意图；图4为说明由LBO晶体产生二次谐波的例图；图5为说明以布鲁斯特角切割的BBO晶体上总和频率混合的例图；图6比较各种固态激光器材料及各自特性。(摘自测量方法丛书V.37“固态激光器”第62页，Kobayashi编，日本光谱学会出版中心出版，1997)在根据本专利技术的波长转换器中，使具有第三波长的光脉冲或波(它是从第一激光器输出的激光束的四次谐波)和具有第四波长的光脉冲或波(从第二激光器获得)在非线性光学晶体中保持空间和时间上的充分重叠，此非线性光学晶体等效于通过混合上述光脉冲或波为总和频率而产生第五波长的激光束的波长转换部件。或者也可用反馈电路，使得具有第三波长的光脉冲或波(它是自第一激光器输出的激光束的四次谐波)和具有第五波长的光脉冲或波(从第二激光器获得)在非线性光学晶体中保持空间上和时间上的充分重叠，此非线性光学晶体等效于通过混合上述光脉冲或波为总和频率而产生第五波长的激光束的波长转换部件，而且在脉冲的情况下，利用由第三波长的光脉冲和第四波长的光脉冲之间的光程差引起的延时或Q-切换的激光器的触发延时。上述第一激光器也可以是Q-切换的激光器，诸如对之施加注入晶种(seeding)的Q-切换的激光器。此外，第一激光器是Q-切换的激光器而第二激光器也可由连续波激励。第二激光器振荡连续波，或第一激光器和第二激光器均为连续波(CW)激光器，例如第一激光器和第二激光器也可均是由单一频率振荡的CW激光器。对采用其中注入输出可变的注入激光器(主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长转换器，其特征在于包括：第一激光器，产生第一波长的激光束；波长转换部分，转换来自所述第一激光器的所述第一波长的激光束的波长并产生小于所述第一波长的第二波长的激光束；波长转换部分，转换所述第二波长的激光束的波长并产生小于所 述第二波长的第三波长的激光束；第二激光器，其上入射波长为５００和５５０ｎｍ之间的激光束，且该第二激光器以小于所述第一波长而大于所述第二波长的第四波长振荡；以及波长转换部件，在所述第二激光器中混合所述第三波长的激光束和所述第四波长的激 光束成为总和频率，并产生波长小于所述第三波长的第五波长的激光束。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：增田久，久保田重夫，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]