近日女同 a片，来自中国科学院空天信息立异运筹帷幄院和中国科学院大学的运筹帷幄东说念主员打造出一种紧凑型固态纳秒脉冲激光系统，该系统能在 6 kHz 的访佛频率下生成 193 nm 的关系光，将来有望用于芯片光刻规模。

具体来说，运筹帷幄东说念主员自主研发出一种 Yb:YAG 晶体放大器，其所产生的 1030 nm 激光会被分为两部分：一部分通过四次谐波生成 258 nm 激光，另一部分用于泵浦光参量放大器，能够产生 1553 nm 激光。这些光束在级联晶体中的频率搀杂产生了 193 nm 激光，平均功率为 70 mW，线宽小于 880 MHz。

通过在频率搀杂之前向 1553 nm 光束引入螺旋相位板，运筹帷幄东说念主员生成了轨说念角动量光束。

据运筹帷幄东说念主员所知，这是初度从固态激光器中生成 193 nm 轨说念角动量光束的演示。

这么的光束关于激励搀杂氟化氩（ArF，Argon Fluoride）准分子激光器很有价值，并在晶圆加工和颓势检测中具有潜在应用。

ArF 是一种准分子激光，其波长为 193 nm，属于深紫外波段。在半导体制造中，ArF 激光主要用于高分辨率光刻。

另据悉，本次系统的职责带宽小于 880MHz，其光谱纯度性能可与现在商用系统相比好意思。与此同期，本次系统节略占据 1200mm x1800mm 的光学平台，其占大地积还能被进一步减小以便鼎沸工业应用的条件。

据先容，从 1030 nm 激光到 193 nm 激光的相易经由与运筹帷幄东说念主员之前的职责特殊通常。

具体来说，由 969 nm 的 100 W 多模激光二极管（LD，laser diode）泵浦的、基于 2mmx2mmx30mm Yb:YAG 晶体的 1030 nm 激光放大器，能够提供跳跃 14 W 的 1030 nm 脉冲激光，其访佛频率为 6 kHz，脉冲握续时候为 13.1 ns。

需要评释的是，泵浦——是一种使用光将电子从原子或分子中的较拙劣级升高到较高能级的经由。

运筹帷幄中，运筹帷幄东说念主员分别通过在三硼酸锂晶体和六硼酸铯锂中的结合二次谐波产生和四次谐波生成经由，让 1030 nm 激光生成 258 nm 激光。1030 nm 激光还能用作两级光参量放大器的泵浦源，以便提供高功率的 1553 nm 脉冲激光。

与光纤放大器不同的是，运筹帷幄东说念主员使用基于光参量放大器的激光源来生成 1553 nm 的亚瓦级脉冲激光。

经过这一修改，系统变得愈加紧凑，况且不再需要电子阻抑器来同步和频产生中的 1553 nm 和 258 nm 脉冲序列，而是不错使用光学延长线来已毕。（注：和频产生，是一种非线性光学经由。）

由 1553 nm 和 258 nm 激光泵浦的两级和频产生经由，通过使用级联三硼酸锂晶体，不错分别生成 221 nm 激光和 193 nm 激光。

关于 1553 nm 脉冲激光源来说，它包含两部分：一部分是由结合波（CW，continuous-wave）单频散播式反应激光二极管充任种子光源，另一部分是基于周期性极化铌酸锂晶体的两级光参量放大器。

单频散播式反应激光二极督职责于 1553 nm，辐射平均功率为 12 mW。运筹帷幄中，1030 nm 泵浦激光与种子激光通盘被引入 1mmx1mmx40mm 的周期性极化铌酸锂晶体，以便变成光参量放大器的第一阶段。

时刻，放大之后的信号激光通过一种罕见的光学元件——二向色镜，来从光参量放大器的第一阶段和光参量放大器的第二阶段的输出中滤出，成人性爱网时刻伴跟着残余泵浦激光和 3μm 的闲频激光。

随后，运筹帷幄东说念主员通过激光功率探伤仪器，来笃定信号激光的功率，以便分手脉冲信号重量与结合波种子激光。

由于泵浦激光的低占空比和种子激光的弱功率，光参量放大器的泵浦阈值接近 600 mW。（注：占空比是指在一个脉冲周期内，信号处于高电平的时候与扫数脉冲周期时候的比值，频繁用百分比来示意。）

在平均功率约为 700 mW 的泵浦激光下，运筹帷幄东说念主员从光参量放大器的第一阶段获取了跳跃脉冲能量，对应的平均功率为 48 mW。

然后，放大的脉冲信号在光参量放大器的第二阶段中被加以进一步放大，通过使用另一个 5mmx3mmx30mm 的周期性极化铌酸锂晶体，所得到的最大泵浦功率为 3 W。

与此同期，运筹帷幄东说念主员将光参量放大器第二阶段中的泵浦激光功率密度保握在接近 30MW/cm²，以幸免周期性极化铌酸锂的光折变毁伤。（注：光折变毁伤是光折变材料在受到强光照耀时所产生的一种不良光学效应。）

通过此，运筹帷幄东说念主员获取了 1553 nm 的 700 mW 信号激光，对应的效果为 23.3%。

这一效果的普及标明，跟着泵浦功率的加多，输出功率能够得到进一步普及。

运筹帷幄东说念主员发现，放大信号激光的中心波长与种子激光一致，然则光谱会稍许地变宽。

尽管跟着泵浦功率的加多，参量荧光噪声可能会加多，然则信噪比仍然接近 50 dB。

为了准确测量 1553 nm 激光在光参量放大器经由中的线宽演变，运筹帷幄东说念主员使用了分辨率约为 1 MHz、解放光谱范围为 1.5 GHz 的扫描插手仪。

在光参量放大器的第一阶段和光参量放大器的第二阶段，结合波激光的驱动线宽分别从 180 MHz 展宽到 370 MHz 和 580 MHz。

由于光参量放大器经由的参量相易阈值，信号激光比泵浦激光有着更陡的脉冲前沿，握续时候由 13.1ns 镌汰至 9ns。

基于此，运筹帷幄东说念主员获取了基于光参量放大器的 1553 nm 脉冲激光，平均功率为 700 mW，脉冲握续时候为 9 ns，并能用于生成 193 nm 激光的泵浦源。

为了进一步推广 193 nm 激光的应用，运筹帷幄东说念主员初度通过本质演示了 1553 nm 涡旋光束，通过在光参量放大器后引入螺旋相位板，将 1553 nm 脉冲激光的基本高斯款式相易为佩戴轨说念角动量的拉盖尔-高斯（LG，Laguerre–Gaussian）款式。

时刻，直径为 25 mm 的螺旋相位板被装置在直径为 25.4 mm 的透镜适配器中。

尽管螺旋相位板两头莫得涂抹抗反射涂层，但其透射率大于 90%。

随后，所佩戴的轨说念角动量通过和频产生经由转化至 221 nm 激光和 193 nm 激光。

为了考据涡旋光束的生成，运筹帷幄东说念主员使用热释电相机分别记载了 1553 nm 激光、221 nm 激光和 193 nm 激光在不同款式下的光束综合。

在插入螺旋相位板之前，1553 nm 激光、221 nm 激光和 193 nm 激光齐发扬出高斯款式综合。（高斯款式综合，指的是一种常见的光束款式，其光强散播呈现出高斯函数的状貌，具有特定的剖面特征。）

插入螺旋相位板之后，1553 nm 激光款式得到相易，并发扬出环形强度散播趋势，而这恰是拉盖尔-高斯款式的发扬。（注：拉盖尔 - 高斯款式（Laguerre - Gaussian mode）是激光光束的一种迫切款式。）

在笃定其拓扑电荷的时候，运筹帷幄东说念主员发现只需引入一个圆柱透镜，就能获取拉盖尔-高斯款式的衍射图案，即所谓的厄米-高斯（HG，Hermite–Gauss）款式。（注：在光学规模，厄米 - 高斯款式是一种迫切的光束款式。）

为了最大礼貌地减少 Gouy 相移关于厄米-高斯款式的影响，193 nm 激光束启航点由焦距为 200 毫米的氟化钙透镜聚焦。（注：Gouy 相移，是一种在光学规模中与高斯光束传播关联的罕见相位变化现象。）

由于圆柱透镜的焦距较短，因此它被扬弃在氟化钙透镜的焦点隔壁。

圆柱透镜将环形光束相易为中间有破绽的两个亮点，这标明生成了拓扑电荷为 1 的涡旋光束，这一收尾与螺旋相位板的 2π 相移一致。（注：2π 相移意味着一个波相干于另一个波完成了一整圈的轮回。）

由于涡旋光束与高斯款式之间的强度散播有着彰着互异，因此 258 nm 激光的光束必须被放大以便能够隐敝 1553 nm 激光，确保在和频产生 1 和和频产生 2 中已毕更好的轨说念角动量传递。

关联词，与上述全高斯款式本质比较，258 nm 激光的功率密度较弱，这大大贬抑了和频产生的相易效果，以至于运筹帷幄东说念主员仅获取了 30 mW 的 221 nm 激光和 3 mW 的 193 nm 激光。

凭证非线性经由中的轨说念角动量守恒定律，和频产生生成的激光的拓扑电荷，就是泵浦激光的拓扑电荷之和。

因此，1553 nm 激光的拓扑电荷为 1，258 nm 激光为高斯款式是以其拓扑电荷为 0，221 nm 激光的拓扑电荷为 1。

时刻，193 nm 涡旋光束的衍射图案被分红三个亮点，中间有两个暗破绽，而强度散播仍然保握环形。

与 1553 nm 的基本涡旋光束比较，由于非线性晶体的相位失配和走离效应，在和频产生经由中 221 nm 激光和 193 nm 激光的涡旋光束综合，不成幸免地会发生畸变。

与此同期，级勾通构还会加多轨说念角动量相易的复杂性，致使可能会导致款式退化。（款式退化，是指光波导华夏本存在的特定款式的特色发生劣化或者偏离理念念情状的现象。）

运筹帷幄东说念主员以为，通过使用更短的晶体、或使用沉寂的和频产生经由，大致不错普及佩戴轨说念角动量款式的质地。

探求到 1553 nm 激光由 1030 nm 激光加以泵浦和放大，而从 1030 nm 激光到 193 nm 激光的合座相易效果节略为 0.55%。因此，尽管当前的相易效果较低，然则通过加多 1030 nm 的泵浦功率，193 nm 激光的功率瞻望将跳跃数百毫瓦致使可能达到瓦级。

此外，使器具有更高非线性总计的非线性晶体，将能权臣普及已毕这一野心的可行性。

与此同期，通过插入螺旋相位板，不错将高斯款式相易为拉盖尔-高斯款式，从而能够生成佩戴轨说念角动量的 1553 nm 涡旋光束。

通过蜕变螺旋相位板的相移，很容易就能蜕变拓扑电荷的阶数。此前有运筹帷幄报说念，佩戴轨说念角动量的光束不错在单晶光纤和氮气等离子体中放大，这标明 193 nm 涡旋光束也不错在准分子激光器中放大。

基于此，运筹帷幄东说念主员瞻望应用其高功率输出以及特有的涡旋光束特色，193 nm 激光将能被用于各式新应用之中。

参考而已：

https://mp.weixin.qq.com/s/aq3FoFvAtKMBcR4fE_et_A

https://laser.ofweek.com/2024-01/ART-8300-2400-30621974.html

https://www.spiedigitallibrary.org/journals/advanced-photonics-nexus/volume-4/issue-02/026011/Compact-narrow-linewidth-solid-state-193-nm-pulsed-laser-source/10.1117/1.APN.4.2.026011.full?webSyncID=ee69dc16-be41-330d-39a7-e98330455ba7&sessionGUID=61ab207b-8664-8051-4dd7-b2c1411108a8