Cristal antigo, nova história para melhorar o desempenho do laser ultravioleta profundo
193 nm gerado por cristais LBO em cascata. Crédito:H. Xuan (filial GBA do Instituto de Pesquisa de Informação Aeroespacial, Academia Chinesa de Ciências) No domínio da ciência e da tecnologia, o aproveitamento de fontes de luz coerentes na região ultravioleta profunda (DUV) tem imensa importância em várias aplicações, como litografia, inspeção de defeitos, metrologia e espectroscopia. Tradicionalmente, os lasers de alta potência de 193 nanômetros (nm) têm sido fundamentais na litografia, formando parte integrante dos sistemas usados para padronização precisa. No entanto, as limitações de coerência associadas aos excimer lasers ArF convencionais dificultam a sua eficácia em aplicações que requerem padrões de alta resolução, como a litografia de interferência.
Digite o conceito de "laser excimer ArF híbrido". A integração de uma semente de laser de 193 nm de estado sólido com largura de linha estreita no lugar do oscilador ArF alcança coerência aprimorada ao lado de largura de linha estreita, permitindo assim melhor desempenho em litografia de interferência de alto rendimento. Esta inovação não só aumenta a precisão do padrão, mas também acelera a velocidade da litografia.
Além disso, a elevada energia e coerência dos fótons do excimer laser híbrido ArF facilitam o processamento direto de vários materiais, incluindo compostos de carbono e sólidos, com impacto térmico mínimo. Essa versatilidade ressalta seu potencial em diversos campos, desde litografia até usinagem a laser.
Para otimizar a propagação para um amplificador ArF, a largura de linha do laser de sementeira de 193 nm deve ser meticulosamente controlada, idealmente abaixo de 4 gigahertz (GHz). Esta especificação determina o comprimento de coerência crucial para a interferência, um critério prontamente atendido através de tecnologias de laser de estado sólido.
Um avanço recente de investigadores da Academia Chinesa de Ciências impulsiona este campo. Conforme relatado em Advanced Photonics Nexus , eles alcançaram um notável laser DUV de estado sólido de 60 miliwatts (mW) a 193 nm com uma largura de linha estreita usando um sofisticado processo de geração de frequência de soma de dois estágios empregando cristais LBO. O processo envolve lasers de bomba em 258 e 1553 nm, derivados de um laser híbrido Yb e um laser de fibra dopado com Er, respectivamente. Esta configuração, culminando em um cristal Yb:YAG de 2 mm × 2 mm × 30 mm para escalonamento de potência, demonstra resultados impressionantes.
O laser DUV gerado, acompanhado por seu equivalente de 221 nm, exibe uma potência média de 60 mW, uma duração de pulso de 4,6 nanossegundos (ns) e uma taxa de repetição de 6 quilohertz (kHz), com uma largura de linha de aproximadamente 640 megahertz ( megahertz). Notavelmente, isso marca a maior potência de saída para lasers de 193 e 221 nm gerados por um cristal LBO, juntamente com a largura de linha mais estreita relatada para um laser de 193 nm.
Digno de nota é a excelente eficiência de conversão alcançada:27% para 221 a 193 nm e 3% para 258 a 193 nm, estabelecendo novos padrões em valores de eficiência. Esta pesquisa ressalta o imenso potencial dos cristais LBO na geração de lasers DUV em níveis de potência que variam de centenas de miliwatts a watts, abrindo caminhos para a exploração de outros comprimentos de onda do laser DUV.
De acordo com o professor Hongwen Xuan, autor correspondente do trabalho, a pesquisa relatada demonstra "a viabilidade de bombear LBO com lasers de estado sólido para geração confiável e eficaz de laser de largura de linha estreita a 193 nm, e abre uma nova maneira de fabricar um sistema de laser DUV econômico e de alta potência usando LBO."
Esses avanços não apenas ultrapassam os limites da tecnologia laser DUV, mas também são promissores para revolucionar inúmeras aplicações em domínios científicos e industriais.
