混合模式的激光放大装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种混合模式的激光放大装置，包括：N个分频单元、合束单元和放大单元；分频单元包括：激光器、分光镜、第一反射镜、第一延时器、相位波片、第二反射镜和第一偏振合束器；合束单元包括：合束衍射光栅和隔离器；放大单元主要采用激光放大器。本发明专利技术通过对种子光进行分频、多波长合束和混合偏振态的处理，有效提升了激光在放大过程中的放大能力和提取效率，有效提升了高重频、短脉冲激光的输出功率，进而提升了LPP

【技术实现步骤摘要】
混合模式的激光放大装置


[0001]本专利技术涉及极紫外光刻
，具体提供一种混合模式的激光放大装置。

技术介绍

[0002]在极紫外光刻领域，目前最主流最先进的技术是LPP
‑
EUV光刻技术，即激光产生等离子体的极紫外光刻技术，具有转化效率高和功率稳定的优势。而产生满足EUV光刻需求的CO2激光依赖于主振荡功率放大的技术路线，即主振荡器产生功率较低但光束质量较好的种子光，经多级放大器进行功率放大。
[0003]目前增大CO2激光输出功率的方法有如下两种：
[0004]1、提升CO2激光放大器的增益和放大能力。
[0005]2、提升激光在放大器中的提取能力。
[0006]进一步提升放大器的功率水平、增大放大器增益，这一方法存在诸多弊端，如经济成本会大大增加，功率大幅度提升也会出现技术瓶颈。所以在放大器功率不变的情况下提升种子光在放大器内的提取能力成为重要研究方向。目前主流的方法还是增大放大器的功率水平和增益，对如何提升提取效率的相关报道则较少。
[0007]目前功率最高的CO2激光放大器功率可达到万瓦甚至数十万瓦量级，如何提升放大器的增益则是主振荡功率放大体制(MOPA)的CO2激光领域的一个核心难题。
[0008]根据F
‑
N方程，增大对激光的提取效率等效于提升增益和饱和光强，对提升CO2激光输出功率具有积极意义。
[0009]现在的诸多CO2激光放大技术中，为了尽可能提升提取效率，采取了种子光与激光放大器增益匹配的方法，尽可能的利用CO2激光放大器的增益能力，然而在种子光方面所采取的方案则相对单一，种子光一般是线偏振、单波长、固定频率，提取能力相对有限，例如ASML公司的种子光频率为50kHz，还未达到充分利用放大器时域增益能力的极限。

技术实现思路

[0010]本专利技术为解决上述问题，提供了一种混合模式的激光放大装置及方法，主要通过对种子光进行分频、多波长合束和混合偏振态的处理，有效提升了激光在放大过程中的放大能力和提取效率，有效提升了高重频、短脉冲激光的输出功率，进而提升了LPP
‑
EUV光源的功率。
[0011]本专利技术提供的混合模式的激光放大装置，包括：N个分频单元、合束单元和放大单元，其中N为大于1的整数；
[0012]分频单元包括：
[0013]激光器，其用于产生种子光，N个分频单元的激光器产生的N束种子光仅波长不同；
[0014]分光镜，其设置在激光器的出光光路上，用于将种子光分为两束，即第一种子光和第二种子光；
[0015]在第一种子光的光路上依次设置有：第一反射镜、第一延时器、相位波片和第二反
射镜；第一延时器用于将第一种子光进行延时；相位波片用于改变第一种子光的偏振态；
[0016]第一偏振合束器，其用于将第一种子光和第二种子光进行同轴合束，得到合束种子光；
[0017]合束单元包括：
[0018]合束衍射光栅，用于将N束合束种子光合束为传播方向相同的混波种子光；
[0019]隔离器，其设置在混波种子光的光路上，用于抑制小信号噪声光和反向噪声光；
[0020]放大单元包括：
[0021]激光放大器，其用于，为混波种子光提供增益和反转粒子，将其进行放大并输出放大激光。
[0022]优选的，混合模式的激光放大装置还包括合频单元，用于当输出的所述放大激光的频率需要恢复为原频率时，将所述放大激光通过所述合频单元输出为原频率的放大激光。
[0023]优选的，合频单元包括：
[0024]偏振分束器，其用于将放大激光进行偏振分光，形成第一放大种子光和第二放大种子光，此时第一放大种子光和第二放大种子光的频率均恢复为原频率；
[0025]在第一放大种子光的光路上依次设置有：第三反射镜、第二延时器和第四反射镜；第二延时器用于将第一放大种子光进行延时；
[0026]第二偏振合束器，其用于将第一放大种子光和第二放大种子光进行同轴合束，得到原频率放大激光。
[0027]优选的，种子光的重复频率为50～100kHz，脉冲宽度为10～15ns，光束质量因子M2小于1.3。
[0028]优选的，激光器采用电光腔倒空CO2激光器或QCL激光器。
[0029]优选的，分光镜采用镀膜的ZnSe半透半反镜。
[0030]优选的，合束衍射光栅采用透射式光栅或反射式光栅。
[0031]优选的，相位波片采用1/2波片。
[0032]优选的，激光放大器采用板条波导CO2激光放大器、射频快轴流CO2激光放大器或横流CO2激光放大器。
[0033]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
[0034]1、本专利技术通过对种子光进行分频，对多种波长的种子光进行合束和混合偏振态等方式，有效提升了激光在放大过程中的放大能力和提取效率，有效提升了高重频、短脉冲激光的输出功率，提升了LPP
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EUV光源的输出功率。
[0035]2、相较于直接提升放大器增益的方法，本专利技术能降低激光MOPA系统的搭建、运营和维护等成本。
[0036]3、本专利技术具有灵活性强、激光利用率高等优点。
附图说明
[0037]图1是根据本专利技术实施例提供的分频单元的结构示意图；
[0038]图2是根据本专利技术实施例提供的合束单元的结构示意图；
[0039]图3是根据本专利技术实施例提供的放大单元和合频单元的结构示意图。
[0040]其中的附图标记包括：
[0041]分频单元1、激光器11、分光镜12、第一反射镜13、第一延时器14、相位波片15、第二反射镜16、第一偏振合束器17；
[0042]合束单元2、合束衍射光栅21、隔离器22；
[0043]放大单元3；
[0044]合频单元4、偏振分束器41、第三反射镜42、第二延时器43、第四反射镜44、第二偏振合束器45；
[0045]种子光5、第一种子光5
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1、第二种子光5
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2、已延时的s偏振态第一种子光5
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3、已延时的p偏振态第一种子光5
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4、合束种子光5
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5、混波种子光5
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6、放大激光5
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7、第一放大种子光5
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8、第二放大种子光5
‑
9、延时的第一放大种子光5
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10、原频率的放大激光5
‑
11。
具体实施方式
[0046]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0047]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合模式的激光放大装置，其特征在于，包括：N个分频单元、合束单元和放大单元，其中N为大于1的整数；所述分频单元包括：激光器，其用于产生种子光，N个所述分频单元的激光器产生的N束种子光仅波长不同；分光镜，其设置在所述激光器的出光光路上，用于将种子光分为两束，即第一种子光和第二种子光，所述第一种子光和所述第二种子光的偏振态相互正交；在所述第一种子光的光路上依次设置有：第一反射镜、第一延时器、相位波片和第二反射镜；所述第一延时器用于将所述第一种子光进行延时；所述相位波片用于改变所述第一种子光的偏振态；第一偏振合束器，其用于将所述第一种子光和所述第二种子光进行同轴合束，得到合束种子光；所述合束单元包括：合束衍射光栅，用于将N束所述合束种子光合束为传播方向相同的混波种子光；隔离器，其设置在所述混波种子光的光路上，用于抑制小信号噪声光和反向噪声光；所述放大单元包括：激光放大器，其用于为所述混波种子光提供增益和反转粒子，将所述混波种子光进行放大并输出放大激光。2.如权利要求1所述的混合模式的激光放大装置，其特征在于，还包括合频单元，用于当输出的所述放大激光的频率需要恢复为原频率时，将所述放大激光通过所述合频单元输出为原频率的放大激光。3.如权利要求2所述的混合模式的激光放大装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冉冉，潘其坤，郭劲，陈飞，赵崇霄，于德洋，孙俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：