قوی‌ترین لیزر فرابنفش ساخته شد

به گزارش دنده6:پژوهشگران آکادمی علوم چین به بالاترین توان خروجی برای لیزرهای 193 و 221 نانومتری تولید شده با استفاده از کریستال لیتیوم تری بورات(LBO) دست یافته‌اند. این دستاورد زمینه را برای کاربردهای بیشتر این لیزر در طیف فرابنفش عمیق(DUV) فراهم می‌کند.

به نقل از اس‌ای، لیزرهای موجود در طیف DUV در حال حاضر کاربردهای زیادی مانند بازرسی نقص، طیف‌سنجی، لیتوگرافی و مترولوژی در علم و فناوری دارند.

به طور معمول، لیزر آرگون فلوراید(ArF) برای تولید لیزرهای پرقدرت 193 نانومتری مورد استفاده در کاربردهایی مانند لیتوگرافی استفاده شده است.

از دیگر کاربردهای لیزر DUV می‌توان به تولید دستگاه‌های میکروالکترونیک، مدارهای مجتمع مبتنی بر نیمه‌رسانا و دارویی که برای انجام جراحی‌های چشم استفاده می‌شود، اشاره کرد که در این کاربردها بیشتر به عنوان لیزر اکسایمر(excimer) شناخته می‌شود.

با این حال، این لیزرها کاملاً منسجم نیستند و بنابراین نمی‌توانند در کاربردهای حساس‌تر مانند لیتوگرافی تداخلی که در آن ویژگی‌های ظریف باید در یک آرایه چاپ شوند، استفاده شوند. چنین کاربردهای ظریف‌تری نیاز به لیزر بسیار منسجم‌تری دارند و فرصتی را برای پژوهشگران ایجاد می‌کند تا یک لیزر اکسایمر هیبریدی بسازند.

لیزر اکسایمر هیبریدی چیست؟

دانشمندان برای دستیابی به انسجام مورد نظر خود، با ایده استفاده از دانه حالت جامد به جای نوسانگر گاز ArF دست و پنجه نرم می‌کنند و آن را به یک لیزر ترکیبی تبدیل می‌کنند.

این طراحی علاوه بر بهبود انسجام، همچنین برای بهبود انرژی فوتون لیزر در نظر گرفته شده است و امکان استفاده از آن را حتی با ترکیبات کربنی با حداقل تاثیر حرارتی فراهم می‌کند.

برای رسیدن به این هدف، پهنای خط لیزر 193 نانومتری باید زیر چهار گیگاهرتز حفظ شود. در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است که این همان طول پیوستگی است که برای تداخل بسیار مهم است، همانطور که از طریق استفاده از فناوری‌های لیزر حالت جامد موجود امروز مشاهده می‌شود.

چینی‌ها با لیزر DUV به چه دستاوردی رسیدند؟

پژوهشگران آکادمی علوم چین با استفاده از کریستال‌های LBO به پهنای خط یک لیزر اکسایمر هیبریدی 193 نانومتری مورد نظر خود دست یافتند. آنها از فرآیند تولید فرکانس دو مرحله‌ای پیچیده برای دستیابی به خروجی لیزر 60 میلی‌وات در تنظیمات خود استفاده کردند.

این سیستم شامل دو لیزر، یکی 258 نانومتری و دیگری 1553 نانومتری است. این لیزرها به ترتیب از یک لیزر هیبریدی و یک لیزر Er-doped سرچشمه می‌گیرند و در یک بلور حجیم که خروجی لیزر مورد نظر را ارائه می‌دهد، به اوج خود می‌رسند.

در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است: لیزر DUV تولید شده به این ترتیب دارای مدت زمان پالس 4.6 نانوثانیه، نرخ تکرار 6 کیلوهرتزی و پهنای خط تقریباً 640 مگاهرتزی است.

نکته قابل توجه در این موفقیت، توان خروجی 60 میلی‌وات لیزر 193 نانومتری و لیزر مشابه 221 نانومتری آن است که بالاترین میزان تولید شده با بلورهای LBO است.

بهره‌وری 27 درصدی برای تبدیل 221 به 193 نانومتر و بازده 3 درصدی برای تبدیل 258 به 193 نانومتر نیز معیارهای جدیدی را رقم زده است.

پروفسور هانگ‌ون ژوان از آکادمی علوم چین گفت: این تحقیق گزارش شده قابلیت پمپاژ LBO با لیزرهای حالت جامد را برای تولید قابل اعتماد و موثر لیزر با عرض خط باریک 193 نانومتری نشان می‌دهد و راه جدیدی را برای ساخت یک لیزر مقرون به صرفه و پرقدرت DUV با استفاده از LBO باز می‌کند.

پژوهشگران مطمئن هستند که بلورهای LBO می‌توانند برای تولید لیزرهای DUV بیشتر با توان خروجی از چند میلی‌وات تا چند وات مورد استفاده قرار گیرند و راه‌های بیشتری را به روی این طول موج‌ها باز کنند.

یافته‌های این پژوهش در مجله Advanced Photonic Nexus منتشر شده است.