پژوهشگران آکادمی علوم چین موفق شدند بیش‌ترین توان خروجی را برای لیزر‌های ۱۹۳ و ۲۲۱ نانوم‌تری با استفاده از کریستال لیتیوم تری‌بورات (LBO) ثبت کنند. این دستاورد زمینه را برای کاربرد‌های گسترده‌تر لیزر در طیف فرابنفش عمیق (DUV) فراهم آورده است.
کاربرد‌های لیزر در طیف فرابنفش عمیق
لیزر‌های موجود در طیف DUV در حال حاضر کاربرد‌های متعددی در بازرسی نقص، طیف‌سنجی، لیتوگرافی و مترولوژی علم و فناوری دارند. به طور معمول لیزر آرگون فلوراید برای تولید لیزر‌های پرقدرت ۱۹۳ نانوم‌تری در کاربرد‌هایی نظیر لیتوگرافی به کار می‌رود.
از دیگر کاربرد‌های لیزر DUV می‌توان به ساخت دستگاه‌های می‌کروالک‌ترونیک، مدار‌های مجتمع نیمه‌رسانا و تجهیزات جراحی چشم اشاره کرد که در این موارد بیشتر از لیزر اکسایمر استفاده می‌شود.
چالش انسجام در لیزر‌های اکسایمر
با وجود کاربرد‌های گسترده، لیزر‌های اکسایمر به طور کامل منسجم نیستند و به همین دلیل در کاربرد‌های حساس‌تر مانند لیتوگرافی تداخلی که نیاز به چاپ ویژگی‌های ظریف در یک آرایه دارد، قابل استفاده نیستند. این محدودیت فرصت را برای پژوهشگران فراهم آورده تا لیزر اکسایمر هیبریدی بسازند.
لیزر اکسایمر هیبریدی چیست؟
دانشمندان برای دستیابی به انسجام مورد نظر، به جای نوسانگر گازی از دانه حالت جامد استفاده کرده و آن را به یک لیزر ترکیبی تبدیل کرده‌اند. این طراحی علاوه بر بهبود انسجام، برای افزایش انرژی فوتون لیزر تدوین شده و امکان استفاده از آن حتی با ترکیبات کربنی با حداقل اثر حرارتی را فراهم می‌کند.
برای رسیدن به این هدف، پهنای خط لیزر ۱۹۳ نانوم‌تری باید زیر چهار گیگاهرتز نگه داشته شود. پژوهشگران بیان کرده‌اند که این طول پیوستگی برای تداخل بالا از اهمیت بالایی برخوردار است، همان‌طور که از طریق فناوری‌های لیزر حالت جامد موجود امروز مشاهده می‌شود.
دستاورد پژوهشگران چینی با لیزر DUV
پژوهشگران آکادمی علوم چین با بهره‌گیری از کریستال‌های LBO به پهنای خط مورد نظر برای یک لیزر اکسایمر هیبریدی ۱۹۳ نانوم‌تری دست یافتند. آن‌ها از فرآیند تبدیل فرکانس دو مرحله‌ای پیچیده برای دستیابی به خروجی لیزر ۶۰ می‌لی‌وات در تنظیمات خود استفاده کردند.
این سیستم شامل دو لیزر است یکی ۲۵۸ نانوم‌تری و دیگری ۱۵۵۳ نانوم‌تری. این لیزر‌ها به ترتیب از یک لیزر هیبریدی و یک لیزر سرچشمه می‌گیرند و در یک بلور حجیم که خروجی لیزر مورد نظر را ارائه می‌دهد، به اوج خود می‌رسند.
لیزر DUV تولید شده دارای زمان پالس ۴.۶ نانوثانیه، نرخ تکرار ۶ کیلوهرتزی و پهنای خط تقریبا ۶۴۰ مگاهرتزی است. نکته قابل توجه در این پیروزی، توان خروجی ۶۰ می‌لی‌وات لیزر ۱۹۳ نانوم‌تری و لیزر مشابه ۲۲۱ نانوم‌تری است که بیش‌ترین مقدار تولید شده با بلور‌های LBO محسوب می‌شود.
بازده ۲۷ درصدی برای تبدیل ۲۲۱ به ۱۹۳ نانوم‌تر و بازده ۳ درصدی برای تبدیل ۲۵۸ به ۱۹۳ نانوم‌تر نیز معیار‌های جدیدی را رقم زده است.
پروفسور هانگ‌ون ژوان از آکادمی علوم چین گفت این تحقیق قابلیت پمپاژ LBO با لیزر‌های حالت جامد را برای تولید قابل اعتماد و موثر لیزر با عرض خط باریک ۱۹۳ نانوم‌تری مشخص می‌کند و راه جدیدی را برای ساخت یک لیزر مقرون‌به‌صرفه و پرقدرت DUV با استفاده از LBO باز می‌کند.
پژوهشگران معتقدند که بلور‌های LBO می‌توانند برای تولید لیزر‌های DUV بیشتر با توان خروجی از چند می‌لی‌وات تا چند وات مورد استفاده قرار گیرند و مسیر‌های بیش‌تری را در این طول موج‌ها باز کنند. یافته‌های این پژوهش در مجله منتشر شده است.
