قدرتمندترین لیزر فرابنفش از چه چیزی ساخته شده است؟

به گزارش مجله خبری نگار،پژوهشگران آکادمی علوم چین به بالاترین توان خروجی برای لیزر‌های ۱۹۳ و ۲۲۱ نانومتری تولید شده با استفاده از کریستال لیتیوم تری بورات (LBO) دست یافته‌اند. این دستاورد زمینه را برای کاربرد‌های بیشتر این لیزر در طیف فرابنفش عمیق (DUV) فراهم می‌کند.

به نقل از اس‌ای، لیزر‌های موجود در طیف DUV در حال حاضر کاربرد‌های زیادی مانند بازرسی نقص، طیف‌سنجی، لیتوگرافی و مترولوژی در علم و فناوری دارند.

به طور معمول، لیزر آرگون فلوراید (ArF) برای تولید لیزر‌های پرقدرت ۱۹۳ نانومتری مورد استفاده در کاربرد‌هایی مانند لیتوگرافی استفاده شده است.

از دیگر کاربرد‌های لیزر DUV می‌توان به تولید دستگاه‌های میکروالکترونیک، مدار‌های مجتمع مبتنی بر نیمه‌رسانا و دارویی که برای انجام جراحی‌های چشم استفاده می‌شود، اشاره کرد که در این کاربرد‌ها بیشتر به عنوان لیزر اکسایمر (excimer) شناخته می‌شود.

با این حال، این لیزر‌ها کاملاً منسجم نیستند و بنابراین نمی‌توانند در کاربرد‌های حساس‌تر مانند لیتوگرافی تداخلی که در آن ویژگی‌های ظریف باید در یک آرایه چاپ شوند، استفاده شوند. چنین کاربرد‌های ظریف‌تری نیاز به لیزر بسیار منسجم‌تری دارند و فرصتی را برای پژوهشگران ایجاد می‌کند تا یک لیزر اکسایمر هیبریدی بسازند.

لیزر اکسایمر هیبریدی چیست؟
دانشمندان برای دستیابی به انسجام مورد نظر خود، با ایده استفاده 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، همچنین برای بهبود انرژی فوتون لیزر در نظر گرفته شده است و امکان استفاده از آن را حتی با ترکیبات کربنی با حداقل تأثیر حرارتی فراهم می‌کند.

برای رسیدن به این هدف، پهنای خط لیزر ۱۹۳ نانومتری باید زیر چهار گیگاهرتز حفظ شود. در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است که این همان طول پیوستگی است که برای تداخل بسیار مهم است، همانطور که از طریق استفاده از فناوری‌های لیزر حالت جامد موجود امروز مشاهده می‌شود.

چینی‌ها با لیزر DUV به چه دستاوردی رسیدند؟
پژوهشگران آکادمی علوم چین با استفاده از کریستال‌های LBO به پهنای خط یک لیزر اکسایمر هیبریدی ۱۹۳ نانومتری مورد نظر خود دست یافتند. آن‌ها از فرآیند تولید فرکانس دو مرحله‌ای پیچیده برای دستیابی به خروجی لیزر ۶۰ میلی‌وات در تنظیمات خود استفاده کردند.

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

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

نکته قابل توجه در این موفقیت، توان خروجی ۶۰ میلی‌وات لیزر ۱۹۳ نانومتری و لیزر مشابه ۲۲۱ نانومتری آن است که بالاترین میزان تولید شده با بلور‌های LBO است.

بهره‌وری 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 گزارش شده قابلیت پمپاژ LBO با لیزر‌های حالت جامد را برای تولید قابل اعتماد و مؤثر لیزر با عرض خط باریک ۱۹۳ نانومتری نشان می‌دهد و راه جدیدی را برای ساخت یک لیزر مقرون به صرفه و پرقدرت DUV با استفاده از LBO باز می‌کند.

پژوهشگران مطمئن هستند که بلور‌های LBO می‌توانند برای تولید لیزر‌های DUV بیشتر با توان خروجی از چند میلی‌وات تا چند وات مورد استفاده قرار گیرند و راه‌های بیشتری را به روی این طول موج‌ها باز کنند.

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