پژوهشگران آکادمی علوم چین به بیشترین توان خروجی برای لیزرهای ۱۹۳ و ۲۲۱ نانومتری تشکیل شده با منفعت گیری از کریستال لیتیوم تری بورات(LBO) دست یافته‌اند. این دستاورد عرصه را برای کاربردهای زیاد تر این لیزر در طیف فرابنفش عمیق(DUV) فراهم می‌کند.

به گزارش اس‌ای، لیزرهای حاضر در طیف DUV اکنون کاربردهای بسیاری همانند بازرسی نقص، طیف‌سنجی، لیتوگرافی و مترولوژی در علم و فناوری دارند.

به طور معمول، لیزر آرگون فلوراید(ArF) برای تشکیل لیزرهای پرقدرت ۱۹۳ نانومتری مورد منفعت گیری در کاربردهایی همانند لیتوگرافی منفعت گیری شده است.

از دیگر کاربردهای لیزر DUV می‌توان به تشکیل دستگاه‌های میکروالکترونیک، مدارهای مجتمع مبتنی بر نیمه‌رسانا و دارویی که برای انجام جراحی‌های چشم منفعت گیری می‌شود، اشاره کرد که در این کاربردها زیاد تر به گفتن لیزر اکسایمر(excimer) شناخته می‌شود.

با این حال، این لیزرها کاملاً منسجم نیستند و به این علت نمی توانند در کاربردهای حساس‌تر همانند لیتوگرافی تداخلی که در آن ویژگی‌های ظریف باید در یک آرایه چاپ شوند، منفعت گیری شوند. این چنین کاربردهای ظریف‌تری نیاز به لیزر زیاد منسجم‌تری دارند و فرصتی را برای پژوهشگران تشکیل می‌کند تا یک لیزر اکسایمر هیبریدی بسازند.

لیزر اکسایمر هیبریدی چیست؟

دانشمندان برای دستیابی به انسجام مورد نظر خود، با ایده منفعت گیری از دانه حالت جامد به جای نوسانگر گاز ArF دست و پنجه نرم می‌کنند و آن را به یک لیزر ترکیبی تبدیل می‌کنند.

این طراحی علاوه بر بهبود انسجام، این چنین برای بهبود انرژی فوتون لیزر در نظر گرفته شده است و امکان منفعت گیری از آن را حتی با ترکیبات کربنی با حداقل تاثییر حرارتی فراهم می‌کند.

برای رسیدن به این مقصد، پهنای خط لیزر ۱۹۳ نانومتری باید زیر چهار گیگاهرتز نگه داری شود. در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است که این همان طول پیوستگی است که برای تداخل زیاد مهم است، همانطور که از طریق منفعت گیری از فناوری‌های لیزر حالت جامد حاضر امروز مشاهده می‌شود.

چینی‌ها با لیزر DUV به چه دستاوردی رسیدند؟

پژوهشگران آکادمی علوم چین با منفعت گیری از کریستال‌های LBO به پهنای خط یک لیزر اکسایمر هیبریدی ۱۹۳ نانومتری مورد نظر خود دست یافتند. آنها از فرآیند تشکیل فرکانس دو مرحله‌ای پیچیده برای دستیابی به خروجی لیزر ۶۰ میلی‌وات در تنظیمات خود منفعت گیری کردند.

این سیستم شامل دو لیزر، یکی ۲۵۸ نانومتری و فرد دیگر ۱۵۵۳ نانومتری است. این لیزرها به ترتیب از یک لیزر هیبریدی و یک لیزر Er-doped سرچشمه می‌گیرند و در یک بلور حجیم که خروجی لیزر مورد نظر را اراعه می‌دهد، به اوج خود می‌رسند.

در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است: لیزر DUV تشکیل شده به این ترتیب دارای زمان زمان پالس ۴.۶ نانوثانیه، نرخ تکرار ۶ کیلوهرتزی و پهنای خط تقریباً ۶۴۰ مگاهرتزی است.

مسئله قابل دقت در این پیروزی، توان خروجی ۶۰ میلی‌وات لیزر ۱۹۳ نانومتری و لیزر شبیه ۲۲۱ نانومتری آن است که بیشترین مقدار تشکیل شده با بلورهای LBO است.

منفعت‌وری 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 او گفت: این تحقیق گزارش شده قابلیت پمپاژ LBO با لیزرهای حالت جامد را برای تشکیل قابل مطمعن و موثر لیزر با عرض خط باریک ۱۹۳ نانومتری مشخص می کند و راه جدیدی را برای ساخت یک لیزر مقرون به صرفه و پرقدرت DUV با منفعت گیری از LBO باز می‌کند.

پژوهشگران یقین می باشند که بلورهای LBO می‌توانند برای تشکیل لیزرهای DUV زیاد تر با توان خروجی از چند میلی‌وات تا چند وات مورد منفعت گیری قرار گیرند و راه‌های بیشتری را به روی این طول موج‌ها باز کنند.

یافته‌های این پژوهش در مجله Advanced Photonic Nexus انتشار شده است.