I ricercatori hanno sviluppato un laser DUV a stato solido da 60 milliwatt a 193 nm utilizzando cristalli LBO, stabilendo nuovi parametri di riferimento nei valori di efficienza.
Tecnologia laser DUV ad eccimeri ibrida ArF
Nel campo della scienza e della tecnologia, lo sfruttamento di fonti di luce coerenti nella regione dell’ultravioletto profondo (DUV) riveste un immenso significato in varie applicazioni come la litografia, l’ispezione dei difetti, la metrologia e la spettroscopia. Tradizionalmente, i laser ad alta potenza da 193 nanometri (nm) sono stati fondamentali nella litografia, formando parte integrante dei sistemi utilizzati per la modellazione precisa. Tuttavia, le limitazioni di coerenza associate ai laser ad eccimeri ArF convenzionali ne ostacolano l’efficacia in applicazioni che richiedono modelli ad alta risoluzione, come la litografia ad interferenza.
L’integrazione di un seme laser a stato solido da 193 nm con larghezza di linea ridotta al posto dell’oscillatore ArF consente di ottenere una maggiore coerenza insieme a una larghezza di linea ridotta, consentendo così prestazioni migliorate nella litografia con interferenza ad alto rendimento. Questa innovazione non solo aumenta la precisione del modello, ma ne accelera anche la velocità.
L’energia fotonica e la coerenza potenziate del laser ibrido ad eccimeri ArF, inoltre, facilitano la lavorazione diretta di vari materiali, inclusi composti di carbonio e solidi, con un impatto termico minimo. Questa versatilità ne sottolinea il potenziale in diversi campi, dalla litografia alla lavorazione laser.
Progressi nella generazione di laser DUV a stato solido
Per ottimizzare il seeding per un amplificatore ArF, la larghezza di linea del laser seed da 193 nm deve essere meticolosamente controllata, idealmente inferiore a 4 gigahertz (GHz). Questa specifica determina la lunghezza di coerenza cruciale per l’interferenza, un criterio facilmente soddisfatto attraverso le tecnologie laser a stato solido.
Una recente scoperta dei ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze ha fatto avanzare questo campo. Come riportato in Advanced Photonics Nexus, il team ha ottenuto un notevole laser DUV a stato solido da 60 milliwatt (mW) a 193 nm con una larghezza di linea ridotta utilizzando un sofisticato processo di generazione di frequenza somma a due stadi che impiega cristalli LBO. Il processo coinvolge laser a pompa a 258 e 1553 nm, derivati rispettivamente da un laser ibrido Yb e da un laser a fibra drogata con Er. Questa configurazione, che culmina in un cristallo sfuso Yb:YAG da 2 mm x 2 mm x 30 mm per il ridimensionamento della potenza, ha dimostrato risultati impressionanti.
Il laser DUV generato, accompagnato dalla sua controparte da 221 nm, ha mostrato una potenza media di 60 mW, una durata dell’impulso di 4,6 nanosecondi (ns) e una velocità di ripetizione di 6 kilohertz (kHz), con una larghezza di linea di circa 640 megahertz (MHz). Questo ha segnato la massima potenza in uscita sia per i laser da 193 che da 221 nm generati da un cristallo LBO, insieme alla larghezza di linea più stretta riportata per un laser da 193 nm.
Di particolare rilievo è l’eccezionale efficienza di conversione raggiunta: 27% per 221-193 nm e 3% per 258-193 nm, stabilendo nuovi parametri di riferimento nei valori di efficienza. Questa ricerca sottolinea l’immenso potenziale dei cristalli LBO nella generazione di laser DUV a livelli di potenza che vanno da centinaia di milliwatt a watt, aprendo strade per esplorare altre lunghezze d’onda laser DUV.
Conclusioni
Secondo il Prof. Hongwen Xuan, autore corrispondente del lavoro, la ricerca ha dimostrato la fattibilità del pompaggio di cristalli LBO con laser a stato solido. Questo processo permette di generare laser a 193 nm con larghezza di linea ristretta in modo affidabile ed efficiente. Inoltre, ha aperto la strada alla creazione di un sistema laser DUV conveniente e ad alta potenza che utilizza LBO.
Il Prof. Xuan ha sottolineato che questi progressi non solo ampliano i confini della tecnologia laser DUV, ma promettono anche di rivoluzionare una miriade di applicazioni in diversi settori scientifici e industriali.
In aggiunta alle implicazioni scientifiche e industriali, il lavoro ha anche un importante significato per la comunità scientifica in generale. La ricerca ha dimostrato il potenziale della collaborazione internazionale per affrontare sfide scientifiche complesse e per realizzare progressi significativi in tecnologie all’avanguardia.
