定向棱镜谐振腔准分子激光器

在普通平－平腔XeCl准分子激光器中,用定向棱镜替代平面全反射镜,构成定向棱镜谐振胶准分子激光器。该激光器获得了高抗失调能力和在近场具有相干平顶式的均匀光场、远场具有能量集中的光场分布,压缩了光束发散角,改善和提高了光束质量。提供了一种实用新型的准分子激光器技术。     

定向棱镜腔平顶高斯激光束特性的研究

在XeCl准分子激光器中,采用定向棱镜作为端反射镜与平面输出镜构成激光器谐振腔,获得了近场能量分布均匀、远场能量分布高度集中的相干平顶高斯激光束输出,并具有腔镜高抗失调能力,改善了激光束质量。     

准分子激光光束均匀技术

由于放电结构及谐振腔的限制,准分子激光光斑呈现不均的分布。介绍了各种均匀器的工作原理,从衡量光束均匀性的各项指标出发,评述分析了各种均匀方法的优缺点及适用范围。     

应用于准分子激光的透镜阵列均束器

设计了一套基于积分原理的准分子激光透镜阵列均束系统。通过对 18 块 4 mm×40 mm的柱面透镜叠放,组成9×9级的透镜阵列,将光束分成81束,彼此独立传播,实现了对准分子激光原始光束分束、放大。随后利用收集透镜将每束光叠加在同一位置,得到了在13 mm×13 mm范围内能量均匀度误差小于±5.00的光强分布。克服了原始光斑内部能量分布不够均匀的缺点,达到了准分子激光掩模投影加工的光束质量要求。相比于激光直写的加工方式,提高了加工效率。     

印刷电路板激光投影成像照明系统均匀性分析

针对351 nm波长的XeF准分子激光器,自行设计了用于高精度、高产率、大面积且常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统.根据准分子激光的部分相干平顶高斯光束(PCFGB)理论模型,对微透镜阵列器(MLA)均束的衍射特性进行了理论分析.由PCFGB分布函数、稳定光强输出的衍射角和菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,定量分析衍射效应对MLA均束的影响.理论计算表明,微透镜边缘发生菲涅耳衍射和微透镜产生的多光束干涉都能引起光振幅调制,只不过衍射产生的尖峰更明显地出现在光束边缘.同时,由数值积分得到的PCFGB曲线,发现9×9 MLA均束器既能保证多个微透镜产生光束叠加的均匀性,又最大程度地减少了衍射和多光束干涉效应.通过采取加正六边形光阑的方法,不仅能满足大面积无缝扫描光刻的需要,而且能剪裁由衍射引起的光束边缘尖峰.由ZEMAX光学设计软件模拟其效果,显示其加工窗不大于±2%.     

准分子激光微细加工光路变换研究

准分子激光微细加工技术以其较高的精度,较低成本及较快加工速度在微机械加工领域受到了极大的重视.它利用准分子激光波长短、光子能量高、脉宽窄、脉冲功率密度高的特点,其光子能量甚至高于某些材料的化学键而可以实现冷加工,并且波长短,聚焦光点小,所以加工精度高.但这毕竟不是一种成熟的技术,在很多方面还需要进行进一步的研究. 由于掩模投影成像法的加工为并行加工,加工速度快,加工精度高,可一次成形,为了能够控制加工的精度,必须要求激光光束均匀一致.而由于各种材料都有一定的刻蚀阈值,如果能量利用率过低,就会使准分子激光加工的范围变小.光束辐照强度分布均匀性与光能利用率,这是在光路调整中需要考虑的最为重要的两点. 采用均束器后,准分子激光光束的发散角对均束效果有较大的影响.而真正的光路调整需要综合考虑均束效果、能量利用率.由于光束经过均束器后发散角变大,必须采用场镜压缩发散角.由于准分子激光光束尤其是经过了复眼均束器后的准分子激光束已经远离纯几何光线或高斯光束的传播规律,场镜的尺寸选择不能依据传统的几何光学算法.我们按照发散角原则来对场镜参数进行计算,结合实验测量,最终得到了比较好的结果.(PE7)     

高峰值功率脉冲激光的光纤传能特性

实验研究了光纤传输调Q Nd:YAG高功率脉冲激光特性,包括光纤的传输效率、输出光束特性、输出光斑能量分布以及激光诱导损伤特性.得出的主要结论为:光纤传输高峰值功率激光引起受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的产生是导致传输效率下降的主要原因;光纤输出光束束腰位置为输出端面,发散角略大于入射角,光束质量下降,输出光束截面光斑能量分布"匀化":光纤的端面激光损伤限制了传输激光功率的提高,其主要损伤相貌分为一坑状损伤、熔融损伤和溅射损伤,实验得出光纤端面的激光零损伤概率阈值功率密度为3.85 GW/cm2.     

外腔半导体激光器的空间模式特性分析

通过对宽发光截面半导体激光器(BAL)输出激光空间特性和远场分布的理论分析,并根据激光振荡的自再现原理,导出了反馈注入外腔宽发光截面半导体激光器输出激光的光场分布。计算表明外腔的反馈作用可以看作是频谱面上引入了一个带通滤波器,通过选择特定模式的频谱分量进行反馈注入,从而实现选模和改善输出激光光束质量的目的。完成了相应的外腔反馈注入宽发光截面半导体激光器的实验,获得了单瓣近衍射极限的激光输出,在工作电流为1.18倍阈值电流时,获得远场发散角为0.074°的输出激光,计算得相应的光束衍射倍率因子M2为1.16,和理论计算的结果基本吻合。     

激光光刻大面积扫描投影成像光学系统测试及评价

基于351nm XeF激光大面积投影成像光刻系统,通过对其光学系统包括光学照明系统和折叠投影系统进行光学性能测试。由激光经过柱面透镜、微透镜阵列均束器以及投影折叠物镜之后产生的能量及光束质量变化,将准分子激光光束均匀性评价指标部分运用到光学系统的评价之中,得到光学系统在不同关键位置的能量分布曲线以及平顶因子关系图,表明微透镜阵列均束器虽保证了整个光学系统各处光斑的均匀性,但衍射却造成了能量利用率的降低。同时,通过对印制电路板(PCB)和玻璃(ITO)进行曝光和显影实验,表明该双远心共焦投影光学系统,只要控制使均匀输出的能量符合曝光剂量,就能够满足分辨率的要求。     

准分子激光曝光系统研究

本文基于准分子激光曝光系统的特点，对准分子激光束的整形，光束能量分布“均化”，曝光剂量控制，光学材料选取等关键问题，提出了解决的方法。并介绍了一种高均匀性ＫｒＦ准分子激先曝光系统的研制结果。     

多孔径光束积分激光匀束器理论与设计

分析了多孔径光束积分匀束器的基本原理和设计理论,分别设计了衍射型和成像型微透镜阵列激光匀束器,将高斯光束整形为平顶光束。光线追迹的结果表明,当微透镜阵列的菲涅尔数较大时,两种匀束器都能获得良好的匀束效果,而成像型能比前者提供更好的光束均匀性和边缘坡度。此外,入射光的准直性能会影响匀束效果,当入射光发散角较大,超过微透镜数值孔径时会导致像面光斑出现明显旁瓣,无法实现正常的匀化。     

垂直叠阵半导体激光器输出光束均匀化的研究

本文针对垂直叠阵半导体激光器提出了基于棱镜锥体的光束均匀器件,利用软件ZEMAX仿真了具有正方形和正三角形输出端面的棱镜锥体输出光束特性,研究表明,正三角形输出端面棱镜锥体可以实现均匀的光强分布,并且快慢轴方向上的光束发散角度近似相等。     

两级复眼式准分子激光微加工均束器的设计

介绍了一种两级复眼式均束器的设计。它不仅均匀效果好,传输效率高,输出光束截面尺寸连续可调,而且为掩模投影式准分子激光微加工系统提供了恰当的照明数值孔径,是准分子激光进行微机械、微光学、微电子等微细加工的优良照明系统。     

基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统

为提高屈光手术中准分子激光的能量利用率和光斑均匀性,设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜组成的准分子激光光束整形与匀光系统。借助近轴光学计算发现,通过调节双排透镜阵列的间距可以改变聚焦光斑的尺寸,通过调节透镜阵列与会聚透镜之间的距离可以改变光学系统的整体长度而不影响聚焦光斑的形态。利用光线追迹方法对该系统进行了模拟分析,在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分布的方形聚焦光斑,并给出了聚焦光斑尺寸随双排阵列透镜间距的变化过程。分析了接收面离焦对光斑尺寸和能量分布产生的影响,指出所设计的光束整形与匀光系统可以满足准分子激光屈光手术对激光光斑质量的要求。     

窄线宽准分子激光腔内棱镜扩束器的优化设计

棱镜扩束器(PBE)广泛用在准分子激光腔内光谱压窄系统中,可以有效降低光束发散角和系统内能量密度。为了实现窄线宽激光输出并降低腔内损耗,需要对棱镜扩束器的棱镜个数、单棱镜扩束倍数和棱镜顶角进行优化设计。根据棱镜扩束倍数的理论,数值分析了入射角、顶角和出射角对棱镜扩束倍数的影响,并在实验上很好地验证了扩束倍数与入射角的关系。此外,推导了激光器线宽压窄系统实现一定激光线宽输出所需的总棱镜扩束倍数。优化设计了扩束倍数M为13.3的氟化钙消色散棱镜扩束器,在此基础上,实现了0.915pm的窄线宽ArF激光输出,实验结果与理论设计吻合。     

用于平板显示LTPS制备的ELA光束整形系统

介绍了多晶硅薄膜较非晶硅薄膜在平板显示领域的优势以及准分子激光晶化制备多晶硅膜的结晶过程。介绍了透镜阵列实现匀光的原理。阐述了典型的准分子激光退火线型光束整形系统的扩束、匀光、投影等结构。并介绍了连续横向固化技术在准分子激光制备低温多晶硅领域的应用。讨论了准分子激光退火光学系统的发展现状,指出了其在平板显示行业的重要意义。