[發明專利]一種輸出長時間穩定的極紫外脈沖光源裝置

在審

• 申請號: 202111160845.3
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114221203A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 黎遙;鐘文彬;徐永兵;何亮;陳笑;陸顯揚;嚴羽;周建
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/034
• 分類號: H01S3/034;H01S3/036;H01S3/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種輸出長時間穩定的極紫外脈沖光源裝置，包括高功率飛秒激光器、差分氣體作用裝置和激光阻斷裝置；其中，高功率飛秒激光器發出飛秒級別的超短脈沖激光，經過平面反射鏡和激光聚焦鏡，聚焦于差分氣體作用裝置內；反應氣體經過壓力控制后連續注入到長度可調的氣體盒子內并與激光相互作用產生高次諧波，輻射出EUV光；氣體盒子被安裝在差分腔室中，與外真空腔形成差分，有效維持了真空腔內的真空度；反應產生的EUV光和未轉換的入射激光進入激光阻斷裝置，入射激光被衰減阻斷，得到純凈的EUV光。

技術領域

本發明涉及一種輸出長時間穩定的極紫外脈沖光源裝置。屬于強場激光物理與阿秒激光技術領域。

背景技術

極紫外光源被廣泛應用于極紫外顯微術、光刻、超快光電能譜、相干衍射成像等領域。獲得極紫外光源的常用方法有同步輻射、激光(放電)等離子體、晶體倍頻和高次諧波。其中高次諧波由高能量飛秒脈沖激光與氣體介質(He,Ne,Ar,Kr等惰性氣體)相互作用產生。在此過程中，氣體原子的電子在強激光場的作用下發生隧穿電離，準自由的電子在激光電場下發生振蕩并從中獲得額外動能，當電子再次回到原子核附近并復合時，會輻射出光子以釋放多余能量。由此產生的高次諧波極紫外光源的脈寬極窄(一般在幾飛秒以下)，并具有良好的方向性、優異的時間和空間相干性，被廣泛應用于阿秒時間分辨、亞原子尺度空間分辨的物理學研究中。

在高次諧波極紫外光源產生裝置中，氣體盒子方案是常用的氣體注入方式之一。氣體盒子一般是指直徑為幾mm的金屬薄壁導管，氣體以一定背壓從金屬導管頂部連續注入，內部氣壓基本維持穩定。在高次諧波產生過程中，激光光束擊穿氣體盒子后形成百微米量級的穿孔，激光通過穿孔與盒子內氣體相互作用產生極紫外(EUV)射線。由于激光與氣體盒子直接接觸，長時間工作后穿孔會逐漸變大，盒子內氣體泄漏到真空腔內，既影響了高次諧波極紫外光源輸出的穩定性又降低了高次諧波轉化效率。此外，在極紫外光源應用系統中，通常使用金屬鍍膜光學元件或多層膜光學元件以高效率地反射EUV光。高次諧波產生后，未轉換的入射激光和EUV光共線傳播，高能量的入射激光會對光學元件的膜層造成損傷，尤其是當激光重復頻率和單脈沖能量提升后，激光的平均功率顯著增強，加劇了對膜層的損傷，會大為縮短光學元件的使用壽命。

因此，實現光源系統輸出的長時間穩定及緩解高平均功率激光對極紫外光學元件的損傷是極紫外脈沖光源產生裝置亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種輸出長時間穩定的極紫外脈沖光源裝置，同時對高平均功率入射激光進行衰減和阻攔，以緩解其對極紫外光學元件的損傷，提高光源應用系統的使用壽命。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種輸出長時間穩定的極紫外脈沖光源裝置，包括：高功率飛秒激光器、差分氣體作用裝置和激光阻斷裝置。

其中，高功率飛秒激光器發出飛秒級別的超短脈沖激光，經過平面反射鏡和激光聚焦鏡等光學元件，聚焦于差分氣體作用裝置內；反應氣體經過壓力控制后連續注入到長度可調的氣體盒子內，氣體盒子被安裝在差分腔室中，與外真空腔形成差分，有效維持了外真空腔內的真空度；激光與盒子內的氣體相互作用產生高次諧波，輻射出 EUV光；反應產生的EUV光和未轉換的入射激光進入激光阻斷裝置，入射激光被衰減阻斷，得到純凈的EUV光，可以有效解決在光源應用系統中入射激光對極紫外光學元件損傷的問題。

所述差分氣體作用裝置包括長度可調的氣體盒子、差分腔室和進氣裝置。氣體盒子固定在差分腔室中，與外真空腔形成差分。背壓一定的氣體通過由減壓閥和進氣管組成的進氣裝置注入到氣體盒子內。

所述氣體盒子分為內外兩層，通過推拉內層可以進行長度調節，調節范圍從 0-15mm。氣體盒子前后端中心開孔(約1-2mm)，作為入射激光及EUV光的通道。