KR20090037895A - 직렬 광자 증폭기 - Google Patents

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브라이언 더블류. 배어드
데이비드 엠. 헤멘웨이
씨오아위안 펭
웬쉥 렌
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

레이저 시스템들의 실시예는 펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스(12) 출력과, 펄스 형태들의 범위를 취하도록 프로그래밍될 수 있는 시간 펄스 프로필을 유리하게 사용한다. 펄스 형태의 레이저는 바라지 않는 비선형 효과의 발생을 방지하기 위해, 피크 전력 제한을 받게 된다. 따라서, 이들 디바이스의 레이저 출력 전력은 다이오드-펌핑된 고체 상태 광자 전력 증폭기(DPSS-PA)(16)에서 계속해서 증폭된다. DPSS-PA는 펄스 형태의 섬유 마스터 발진기 전력 증폭기(14)의 바람직한 낮은 피크 전력 출력을 훨씬 더 높은 피크 전력 레벨들로 증폭하는 것을 제공하고, 따라서 또한 특정된 펄스 반복 주파수에서 펄스당 이용 가능한 에너지를 효율적으로 증가시킨다. 펄스 형태의 섬유 마스터 발진기 전력 증폭기와, 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기의 결합은 직렬 고체 광자 증폭기(10)라고 부른다.

Description

직렬 광자 증폭기{TANDEM PHOTONIC AMPLIFIER}
본 발명은 레이저 처리 시스템, 특히 단위 시간 동안 개수가 증가하는 대상 구조물을 처리할 능력을 가지는 레이저 처리 시스템에 관한 것이다.
Q-스위칭된 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저들이 레이저 처리 시스템들에서 널리 사용된다. 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM: dynamic random access memory)와 유사한 디바이스들의 단일 펄스 처리를 위해 이용된 레이저 처리 시스템들은, Q-스위칭된 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저를 보통 사용한다. 이러한 중요한 업계 응용예에서, 단일 레이저 펄스는 전도성 링크 구조물을 절단하기 위해 보통 이용된다. 또 다른 중요한 업계 응용예에서는, Q-스위칭된 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저들이 이산 및 내장된 성분들의 저항값들의 끝을 자르기 위해 이용된다.
각 단위 시간 동안 개수가 증가하는 링크 구조물을 처리할 능력을 지닌 레이저 처리 시스템들에 관한 수요가 계속됨에 따라, 대안적인 레이저 기술 및 대안적인 레이저 처리 시스템 아키텍처가 필요하게 된다.
본 특허 출원의 양수인이게 양도되는 미국 특허 출원 공개 번호 US-2005- 0067388호는 메모리 칩들이나 다른 집적 회로(IC) 칩들 상의 전도성 링크들의 레이저 처리가 더 나은 처리 품질과 수율을 위해 특별히 맞추어진 강도(intensity) 프로필의 레이저 펄스들을 이용하는 방법들과 레이저 시스템들에 의해 달성되는 레이저 기술을 설명한다.
본 특허 출원의 양수인이게 양도되는 미국 특허 출원 공개 번호 US-2005-0041976호는 하나 이상의 반도체 웨이퍼 상에서 반도체 작업물 구조물을 처리하기 위해, 다수의 레이저 펄스 시간 프로필을 사용할 수 있는 레이저 처리 시스템을 이용하는 방법을 설명한다.
본 명세서에서 설명된 레이저 시스템들의 실시예는 펄스 형태의(pulsed) 광섬유-기반의 레이저 소스 출력을 유리하게 사용한다. 이들 레이저 시스템들은 레이저 빔이 특정 작업물 구조물 쪽으로 펄스를 방출하도록 향하게 될 때 펄스 모양을 선택하는 방법들을 구현한다. 펄스 형태의 섬유 레이저들은, 시뮬레이션된 브릴로우인(Brillouin) 산란 및 스펙트럼 확장(broading)과 같은 바람직하지 않은 비선형 효과들이 발생하는 것을 방지하기 위해, 피크 전력 한계들(peak power limits)을 받게 된다. 효율적인 피크 전력 한계는 이용된 섬유 타입과 설계, 및 스펙트럼 대역폭과 공간 모드 품질과 같은 다양한 파라미터들에 대한 민감도(sensitivity)의 함수로서 변한다. 바람직하지 않은 효과들의 발생 이전의 효율적인 피크 전력은, 통상적으로 약 500W와 약 5KW 사이에 있다.
펄스 형태의 섬유 마스터 발진기 전력 증폭기(MOPA: master oscillator power amplifier)의 유용한 특성들을 이용하고, 높은 피크 전력 출력을 이루기 위해, 이들 디바이스의 레이저 출력 전력은 계속해서 다이오드-펌핑된 고체 상태 광자 전력 증폭기(DPSS-PA: diode-pumped solid state photonic power amplifier)에서 증폭된다. DPSS-PA 설계는 훨씬 더 높은 피크 전력 레벨들로 펄스 형태의 섬유 MOPA의 바람직한 낮은 피크 전력 출력을 증폭하기 위해 제공되고, 이를 통해 또한 특정된 펄스 반복 주파수에서 펄스당 이용 가능한 에너지를 효율적으로 증가시킨다. 펄스 형태의 섬유 MOPA 소스와 DPSS-PA의 결합은 직렬 고체 상태 광자 증폭기라고 부른다.
펄스 형태의 섬유 MOPA의 레이저 출력 전력을 증폭하기 위해 다이오드-펌핑된 고체 상태 증폭기를 사용하는 것은, 비선형 효과들로부터 초래하는 출력 저하(degradation) 없이, 펄스 형태의 섬유 MOPA에 의해 직접적으로 재생 가능한 피크 전력보다 높은 피크 전력의 달성을 가능하게 한다. 게다가, 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저를 사용하는 것은, 펄스 형태의 섬유 MOPA에 의해 발생된 유용한 펄스 출력 특성을 사실상 유지하면서, 동작 펄스 반복 주파수에서 펄스당 더 높은 에너지와 더 높은 피크 전력 생산을 달성한다. 그러한 유용한 특성은 펄스 모양, 펄스 폭, 펄스 진폭 안정성(stability), 및 좁은 스펙트럼 대역폭을 포함한다.
추가 양상 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 진행되는 다음의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 직렬 광자 증폭기의 광학 요소들의 바람직한 배치의 블록도.
도 2는 도 1의 직렬 광자 증폭기의 광학 요소들을 더 상세히 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 직렬 광자 증폭기에 포함된 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기에 관한 대안적인 이득 요소-광학 펌핑 구성을 도시하는 도면.
도 3g는 도 2의 고조파 변환 모듈의 출력들의 예로서, 적외선, 녹색 및 자외선 광 파장들의 의자 모양의 맞춤 펄스 모양 시간 프로필을 나타내는 오실로스코프 자취의 한 세트를 도시하는 도면.
도 4a는 사용된 광학 요소들의 몇몇은 도 2의 직렬 광자 증폭기에서 사용된 것과는 상이하고, 도 2의 직렬 광자 증폭기에서 사용된 것 외에 추가된 대안적인 실시예로서의 직렬 광자 증폭기를 도시하는 도면.
도 4b는 도 2의 동적 레이저 펄스 성형기(DLPS) 단과, 도 3a와 도 3b의 다이오드-펌핑된 고체 상태(DPSS) 증폭기 단들을 이용하는 직렬 광자 증폭기를, 대안적인 실시예로서 도시하는 도면.
도 5a는 도 1의 동적 레이저 펄스 성형기의 대안적인 일 실시예를 도시하는 도면.
도 5b는 펄스-정선된(pulse-picked) 초고속 직렬 광자 증폭기를 형성하기 위해, 도 5a의 동적 레이저 펄스 성형기의 출력을 다수-단 DPSS 증폭기에 결합하는 직렬 광자 증폭기를 대안적인 일 실시예로서 도시하는 도면.
도 6은 바라는 스펙트럼 출력 특성을 만들어내기 위해, 주파수 선택 요소들 을 통합하는 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기에 인가된 펄스 형태의 섬유 출력을 도시하는 도면.
도 7a와 도 7b는 도 2의 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기의 출력에서 만들어낼 수 있는 예시적인 시간 펄스 모양들을 도시하는 도면.
도 8은 도 1의 직렬 광자 증폭기가 이용되는 레이저 처리 시스템을 도시하는 도면.
도 9는 작업 표면 위에 대상 정렬 작업물 형상과 반도체 링크 구조물을 가지는 반도체 웨이퍼를 도시하는 도면.
도 1은 직렬 광자 증폭기(10)의 광학 요소들의 바람직한 배치를 블록도 형태로 도시하고 있다. 직렬 광자 증폭기(10)는 동적 레이저 펄스 성형기(DLPS)(12)를 포함하고, 그러한 DLPS(12)의 출력은 섬유 전력 증폭기(FPA: fiber power amplifier)(14)에 광학적으로 결합되고 그러한 FPA(14)에 의해 증폭된다. FPA(14)의 출력은 다이오드-펌핑된 고체 상태 광자 증폭기(16)에 결합되고 그러한 다이오드-펌핑된 고체 상태 광자 증폭기(16)에 의해 증폭된다. DLPS(12), FPA(14) 또는 둘 다, FPA(14)로부터 다이오드-펌핑된 고체 상태 증폭기(16)의 방출 파장에 효율적으로 결합하는 스펙트럼 출력을 만들어내기 위해, 선택되거나 조정될 수 있는 주파수 안정화된 시드(seed) 발진기나 브래그 섬유 회절 격자(Bragg fiber grating)와 같은 주파수 선택 요소들을 통합한다.
도 2는 직렬 광자 증폭기(10)의 광학 요소들의 바람직한 실시예들을 더 상세히 도시한다. DLPS(12)의 바람직한 실시예에서, 시드 다이오드를 포함하는 레이저 주입 소스(24)는 직렬 증폭기 제어기(28)(도 1)에 의한 명령된 것과 같은 적합한 제 1 레이저 펄스 프로필을 만들어내기 위해, 광학 변조기(26)에 의해 변조되는 연속파(cw: continuous-wave) 출력을 방출한다. 레이저 시드 소스(24)는, 그것의 중심 파장과 스펙트럼 대역폭이 펄스 이득 모듈(30,32)의 이득 스펙트럼과 다이오드-펌핑된 고체 상태 증폭기(16)의 이득 스펙트럼에 효율적으로 결합하도록, 선택된다. 대안적으로, 레이저 주입 소스(24)는 예컨대 펄스 형태의 반도체 레이저나 Q-스위칭된(switched) 고체 상태 레이저에 의해 만들어진 펄스 형태의 출력일 수 있다. 광학 변조기(26)는 전자-광학(electro-optic) 변조기, 음향-광학(acousto-optic) 변조기, 또는 또 다른 적합한 타입의 광학 변조기를 포함할 수 있다. 광학 변조기(26)는 제 1 레이저 펄스 프로필을 발생시킬 목적으로, 하나 이상의 변조기-증폭기 단들로 이루어진다. 도 2는 펄스 변조기(36)와 펄스 이득 모듈(32)을 포함하는 직렬로 배치된 제 2 변조기-증폭기 단과 캐스캐이드(cascade) 관계로 위치되어 있는 펄스 이득 모듈(30)과 펄스 변조기(34)를 포함하는 직렬로 배치된 제 1 변조기-증폭기 단을 도시한다. 제 1 및 제 2 변조기-증폭기 단들은, 펄스당 제 1 에너지로 맞춤 펄스 출력을 발생시키고, 제 1 중심 파장에서 제 1 출력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필을 지닌 제 1 펄스 피크 전력을 발생시키도록 협력한다. 섬유 결합될 수 있는 표준 광학 격리기(40), 즉 벌크(bulk) 광학 격리기가 제 1 단과 제 2 단의 성분들의 입력과 출력에 위치하여, 광학 성분 열(train)에서 전파하는 광의 피드백을 방지한다. 만들어진 맞춤 레이저 펄스 출력은 증폭에 적합하다. 대안적인 실시예에서, 단일 펄스 변조기(30)와 단일 펄스 이득 모듈(32)이 증폭에 적합한 맞춤 레이저 펄스 출력을 만들어내기 위해, 개재하고 있는 광학 격리기(40)와 함께 이용될 수 있다.
직렬 증폭기 제어기(28)는 레이저 펄스 프로필의 범위를 만들어내기 위해, 펄스 변조기(34,36)에 전달하기 위한 명령 신호들의 매트릭스로 프로그래밍될 수 있고, 이러한 레이저 펄스 프로필의 범위는 펄스 이득 변조기(30,32)에 적용될 때, DLPS(12)로부터의 출력으로 바라는 변환된 레이저 펄스 프로필의 생성을 초래한다.
도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, DLPS(12)로부터의 변환된 펄스 출력이 모듈러(modular) 섬유 전력 증폭기(FPA: fiber power amplifier)(14)로 주입된다. FPA 모듈(14)은 DLPS(12)로부터의 출력의 주입을 허용하는 전력 증폭기 결합기를 통합하고, 전력 증폭기 펌프 레이저들로부터 전력 증폭기 이득 섬유로 출력한다. 당업자에게 공지되어 있는 것처럼, 전력 증폭기 결합기들은 섬유의 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 위치할 수 있다. 다수의 추가 전력 증폭기 결합기가 요구된 것처럼 섬유의 길이로 겹쳐 이어질 수 있다.
더 구체적으로, 도 2는 각각 전력 증폭기 결합기(PAC: power amplifier coupler)(52,54) 사이에 놓인 입력 및 출력단을 지닌 전력 증폭기 이득 섬유(PAGF: power amplifier gain fiber)(50)로 이루어진 모듈러 FPA(14)를 도시한다. DLPS(12)의 출력과 전력 증폭기 펌프 레이저(PAPL: power amplifier pump laser)(56,58)의 출력이 PAC(52)의 입력을 분리하기 위해 인가된다. PAGF(50)의 출 력 끝단과 PAPL(62,64)의 출력들이 PAC(54)의 분리된 입력에 인가된다. 모듈러 다이오드-펌핑된 고체 상태 광자 전력 증폭기(DPSS-PA)(16)에 전달하기에 적합한 증폭된 DLPS 출력은 FPA 모듈(14)의 출력을 구성하는 PAC(54)의 출력으로부터 전파한다. 다이오드 펌핑된 FPA 모듈(14)은, 제 1 중심 파장에서 입력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필과 실질적으로 동일한 제 2 출력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필을 지닌, 펄스당 제 2 에너지 및 제 2 펄스 피크 전력에서 맞춤 펄스 출력을 발생시킨다.
PAGF(50)는 바람직하게는 단일-모드 편광 보존 섬유이고, 주파수 선택 구조물을 통합할 수 있다. PAGF(50)의 제 1 실시예는 광학 물질의 하나 이상의 동심 외장(concentric sheath)으로 피복되고 희토류 원소(rare earth) 이온들로 도핑된 실리카 섬유 코어(silica fiber core)를 지닌 도파관 디바이스이다. PAGF(50)의 제 2 실시예는 희토류 원소 이온들로 도핑된 구역들을 가지는 동심 피복 외장을 포함한다. PAGF(50)의 제 3 실시예는 광자 결정 섬유(PCF: photonic crystal fiber)로서, 이 경우 피복 외장 또는 외장들은 공기 구멍의 크게 주기적인 분포를 포함한다. 대안적인 실시예에서, PAGF(50)는 멀티-모드 섬유이다. 당업자라면 사용된 PAPL들의 개수가 이용된 PAGF(50)의 길이와 타입, 및 FPA 모듈(14)로부터의 광학 펄스 출력의 바라는 특성에 의해 결정된다는 것을 알게 된다. PAGF(50)로부터의 출력은 단말 광학 기기에 의해 요구되는 것과 같이 시준되고 편광된다.
FPA 모듈(14)로부터의 출력은 모듈러 DPSS-PA(16)에 결합된다. DPSS-PA 이득 요소(72)로의 전달을 위한 올바른 편광과 빔 전파 파라미터들을 만들어내기 위해, 요구되는 것과 같이 빔 조절(beam conditioning) 요소들이 이용된다. 광학 격리 기(40)가 FPA 모듈(14)의 출력과 모듈러 DPSS-PA(16)로의 입력에서 이용될 수 있다(하지만 도시되지는 않음). DPSS-PA 이득 요소(72)는 바람직하게는 고체 상태 라산트(lasant)이다. 예시적인 일 예로서, PAGF(50)로부터의 1064㎚의 출력에 관해, DPSS-PA 이득 요소(72)는 관련 분야에 공지된 다양한 Nd-도핑된 고체 상태 라산트들, 가장 바람직하게는 Nd:YVO4 또는 Nd:YAG로부터 바람직하게 선택될 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 DPSS-PA(16)의 대안적인 이득 요소-광학 펌핑 구성을 도시한다. {DPSS-PA(16)의 상이한 실시예들은 그것의 대응하는 도면의 소문자 접미사가 후속하는 참조 번호(16)에 의해 식별된다}
도 3a에서, FPA 모듈(14)로부터 전파하는 출력은 반사율이 높은 거울(72)로부터 DPSS-PA(16a)의 이득 요소(74)로 반사된다. 이득 요소(74)는 다이오드 펌프 요소(80)에 의해 이색성(dichroic) 광학 요소(76)를 통해 단부-펌핑된다. 이득 요소(74)로부터 전파하는 펄스 형태의 광은 이색성 광학 요소(76)로부터 반사되어, 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS-PA(16a)를 빠져나간다.
도 3b에서는, FPA 모듈(14)로부터 전파하는 출력이 이색성 광학 요소(821)로부터 반사되고, DPSS-PA(16b)의 이득 요소(74)로 들어간다. 이득 요소(74)는 그것들 각각의 결합된 다이오드 펌프 요소들(841,842)에 의해 이색성 광학 요소들(821,822)을 통해 단부-펌핑된다. (이 실시예의 광학 펌핑 성분들은 또한 도 2에 도시되어 있다). 이득 요소(74)로부터 전파하는 펄스 형태의 광은 이색성 광학 요 소(822)를 반사되고, 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS-PA(16b)를 빠져나간다.
도 3c에서는, FPA 모듈(14)로부터 전파하는 출력이 DPSS-PA(16c)의 이득 요소(74)로 들어간다. 이득 요소(74)는 다이오드 펌프 요소(86)에 의해 측면-펌핑된다. 이득 요소(74)로부터 전파하는 펄스 형태의 광은 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS-PA(16c)를 빠져나간다.
도 3d에서는, DPSS-PA(16c)의 실시예에 대한 제 1 대안예가 DPSS-PA(16d)를 형성하기 위해 각각의 다이오드 펌프 요소들(861,862)에 의해 측면-펌핑된 직렬로 배치된 이득 요소들(741,742)로 구현된다. 이득 요소(742)로부터 전파하는 펄스 형태의 광은 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS-PA(16d)를 빠져나간다.
도 3e에서는, DPSS-PA(16c)의 실시예에 대한 제 2 대안예가 DPSS-PA(16e)를 형성하기 위해 다이오드 펌프 요소들(881,882)에 의해 반대 면들 상에서 펌핑된 이득 요소들(74)로 구현된다. 이득 요소(74)로부터 전파하는 펄스 형태의 광은 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS-PA(16e)를 빠져나간다.
도 3f에서는, 선택된 각도로 FPA 모듈(14)로부터 전파하는 출력이 반사율이 높은 거울(72)로부터 DPSS-PA(16f)의 이득 요소(74)로 반사되어, 이득 요소(74)를 통해 전파하는 펄스 형태의 광이 이색성 광학 요소(76)와 충돌하고 이득 요소(74)를 통한 제 2 통로를 만들게 된다. 이득 요소(74)는 다이오드 펌프 요소(80)에 의해 이색성 광학 요소(76)를 통해 단부-펌핑된다. 이후, 이득 요소(74)로부터 전파하는 2중 통과된(double-passed) 펄스 형태의 광은 직렬 증폭기 출력으로서 DPSS- PA(16f)를 빠져나간다.
당업자라면 반사 요소의 알맞은 배치와, 이득 요소의 크기 선택에 의해, 추가적인 다수-통과 실시예가 구현될 수 있음을 인지하게 된다. 추가적인 다수-통과 실시예는 측면-펌핑(도 3c 내지 도 3e에 도시된 것과 같은)과 다수 이득 요소들(도 3d에 도시된 것과 같은)로 구현된 것들을 포함하게 된다. DPSS-PA 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 및 16f의 각 실시예는 장대, 원통, 평원반 또는 직사각형의 평행 육면체일 수 있는 고체 상태 이득 매체를 포함하고, 제 1 중심 파장에서 입력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필과 사실상 등가인 제 3 출력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필을 지닌 펄스당 제 3 에너지 및 제 3 펄스 피크 전력에서 맞춤 펄스 출력을 발생시킨다.
도 2는 점선으로 도시된 고조파 변환 광학 기기 모듈(90)에 결합된 직렬 증폭기(10)의 출력을, 옵션으로서 도시하고 있다. 고조파 변환 광학 기기 모듈(90)은 입사 입력 펄스를 공지된 고조파 변환 기술을 통해 더 높은 고조파 주파수로 변환하기 위한 비선형 결정들을 통합한다. FPA 모듈(14)로부터의 1064㎚의 출력을 355㎚로 고조파 변환하는 것을 구현하는 제 1 실시예에서는, 고조파 변환 광학 모듈(90)이 제 3 고조파 발생(THG: third harmonic generation) 변환을 위한 타입 Ⅰ 임계적으로 위상 매칭된 LBO(lithium triborate)가 후속하는 제 2 고조파 발생(SHG: second harmonic generation) 변환을 위한 타입 Ⅱ 비-임계적으로 위상-매칭된 LBO 결정을 통합한다. 266㎚로의 고조파 변환을 구현하는 제 2 실시예에서는, THG LBO 결정이 임계적으로 위상-매칭된 BBO(beta-barium borate) 결정으로 대체될 수 있다. 266㎚로의 제 4 고조파 발생(FHG: fourth harmonic generation) 변환을 구현하는 제 3 실시예에서는, CLBO가 대안적으로 이용될 수 있다. 제 4 실시예에서, SHG(532㎚)와 THG(355㎚) 출력들은 BBO일 수 있는 깊은 UV 비선형 결정에서 계속해서 혼합되어, 213㎚에서 제 5 고조파 출력을 만들어낸다.
고조파 변환 모듈(90)은 제 2 중심 파장에서 입력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필의 적절한 특성에 대응하는 제 4 출력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필을 지닌 펄스당 제 4 에너지 및 제 4 펄스 피크 전력에서 맞춤 펄스 출력을 발생시킨다.
도 2의 직렬 광자 증폭기(10)의 바람직한 일 구현예에서, DLPS(12)는, 가장 바람직하게는 1064.4㎚의 중심 파장에서 방출하고, ±0.2㎚의 중심 파장 허용오차를 가지며, 0.3㎚보다 작은 스펙트럼 대역폭을 가져, DLPS(12)의 출력이 Yb-도핑된 PAGF(50), 그리고 계속해서 DPSS-PA(16)에 스펙트럼 면에서 잘 매칭되도록 하는 주파수-안정화된 반도체 레이저 시드 소스(24)를 포함한다. 당업자라면 그러한 정밀한 스펙트럼 매칭이 FPA 모듈(14)의 효율적인 동작을 위해 요구되지는 않지만, DPSS-PA(16)를 포함하는 집적된 직렬 증폭기의 효율적인 동작을 가능하게 한다는 점을 인지하게 된다. 바람직한 일 실시예에서, DLPS(12)와 FPA 모듈(14)은 맞춤 펄스 마스터 발진기 섬유 전력 증폭기의 성분들이고, 그것들의 일 예가 Deladurantaye 등의 미국 특허 출원 공보 번호 US2006/0159138호에서 설명된다. 한 가지 수치상 예에서는, 증폭된 DLPS 출력의 100㎑에서 약 0.6W가 바람직하게는 0.3% 도핑된 Nd:YVO4인 DPSS 이득 요소(74)에 스펙트럼 면에서 잘 매칭된다. DPSS-PA(16)의 바람직한 일 실시예에서, 이득 요소(74)는 3㎜ ×3㎜ ×15㎜의 크기를 가 지고, 단일 DPE 요소(841)에 의해 펌핑된다. 단일 DPE 요소(841)는 808㎚의 반도체 다이오드 레이저 펌프 전력의 약 30W를 이득 요소(74)에 결합시킨다. 증폭된 DLPS 출력은 이득 요소(74)에서 대략 500㎛의 빔 허리 직경을 만들어낸다. 이 예에서, 1064.4㎚의 직렬 증폭기 출력의 100㎑에서 약 6W가 만들어진다. 직렬 광자 증폭기(10)의 1064.4㎚의 출력의 예시적인 펄스 진폭 프로필(90IR)이 도 3g에 도시되어 있다.
대략 150℃에서 동작한 4㎜ ×4㎜ ×20㎜의 타입 Ⅰ비-임계적으로 위상 매칭된 LBO 결정과, 약 30℃에서 동작하는 임계적으로 위상 매칭된 타입 Ⅱ LBO 결정을 포함하는 고조파 변환 광학 기기 모듈(90)로의 직렬 증폭기 출력의 계속되는 결합은 532㎚ 출력의 3W와 355㎚ 출력의 약 0.5W를 만들어 내고, 이 경우 양 결정에서의 빔 허리들은 약 50㎛이다. 고조파 직렬 증폭기 출력의 시간 프로필들은 도 3g에 도시되어 있다.
도 3g는 고조파 변환 모듈(90)의 출력들의 예로서, 각각 적외선(1064.4㎚), 녹색(532㎚), 및 자외선(355㎚)의 광 파장들에 관한 의자-모양의 맞춤 펄스 모양 시간 프로필들(90IR, 90GRN, 및 90UV)을 제시한다. 도 3g는 "의자-등받이(chair-back)"와 "의자-좌석(chair-seat)"의 전반적인 높이(즉, 전력 레벨들)가 더 짧은 파장들에서 더 낮고, 의자-모양의 프로필의 타당한 특성이 각 광 파장에 관해 존재한다는 사실을 도시한다. 이들 3가지 시간 프로필은 입력 맞춤 펄스 모양 시간 프로필의 사실상 충실한 복사물로 여겨진다. 당업자라면 고조파 변환 모듈(90)이 중 간 고조파 파장들을 생성할 수 있다는 사실, 즉 IR 파장→녹색 파장→UV 출력 파장이 되어 "제 2 파장"이라는 용어가 이 상황에서는 UV 파장을 가리킨다는 것을 알게 된다. 고조파 변환 광학 기기 모듈(90)의 요소는 온도-제어된 장착대(mount)에 놓일 수 있고, 이 장착대의 온도는 위상-매칭 온도들을 정밀하게 제어하도록 능동(active) 및 수동(passive) 피드백 루프들 중 하나 또는 둘 다를 사용하여 직렬 증폭기 제어기(28)에 의해 제어되고 설정된다.
도 4a는, 사용된 광학 요소들 일부가 도 2에 도시된 직렬 광자 증폭기(10)에서 사용된 것들과 상이하고 도 2에 도시된 직렬 광자 증폭기(10)에서 사용된 것들에 추가되는 직렬 광자 증폭기(10')를 대안적인 실시예로서 도시한다. 도 4a는 선택적인 제 2 변조된 이득 모듈 단(94)과 캐스캐이드 관계로 놓인 제 1 변조된 이득 모듈 단(92)으로 구성된 DLPS(12')를 도시한다. 제 1 변조된 이득 모듈 단(92)은 각각 도 2의 펄스 변조기(34)와 펄스 이득 모듈(30)에 대응하는 펄스 변조기와 펄스 이득 모듈을 포함하고, 제 2 변조된 이득 모듈 단(94)은 각각 도 2의 펄스 변조기(36)와 펄스 이득 모듈(32)에 대응하는 펄스 변조기와 펄스 이득 모듈을 포함한다. 대안적인 일 구현예는 증폭에 적합한 맞춤 레이저 펄스 출력을 만들어내기 위해, 중재 광학 격리기(40)와 함께, 단일 변조된 이득 모듈(92)을 사용한다. 도 2의 DLPS(12)의 경우에서처럼, 직렬 증폭기 제어기(28)는 레이저 펄스 프로필들의 범위를 만들어내기 위해, 변조된 이득 모듈 단들(92,94)의 펄스 변조기들에 전달하기 위한 명령 신호들의 매트릭스로 프로그래밍될 수 있고, 이러한 레이저 펄스 프로필들의 범위는 변조된 이득 모듈 단들(92,94)에 적용될 때, DLPS(12')로부터의 출력 으로서 바라는 변형된 레이저 펄스 프로필들의 생성을 초래한다.
도 4a는 또한 변조기(98)로의 효율적인 전달을 위해 요구된 빔 속성들을 만들어내기 위해, FPA 모듈(14)로부터의 출력이 빔 조절 광학 기기(96)에 결합되는 것을 도시한다. 변조기(98)는 바람직하게는 음향-광학 기기 타입의 것이지만, 전자-광학 기기 타입의 것일 수도 있다. 변조기(98)로부터의 출력은, 전술한 바와 같은 맞춤 레이저 펄스 출력을 증폭하는 DPSS-PA(16)에 결합된다.
도 4b는, 도 3a에 도시된 DPSS 증폭기(16a)가 도 2에 도시된 직렬 광자 증폭기(10)에서 사용된 FPA(14)로 대체되는 직렬 광자 증폭기(10a)를 대안적인 일 실시예로서 도시한다. 이러한 대체는 DLPS 마스터 발진기와 다수의 DPSS 증폭기 단을 이용하는 직렬 광자 증폭기를 초래하고, 이 경우 DPSS 증폭기(16a,16)는 각각 제 1 및 제 2 단 DPSS 증폭기이다. 제 1 단 DPSS 증폭기(16a)는 통상 약 30의 신호 이득을 만들어낸다. 선택적인 광학 격리기(40)는 DPSS 증폭기(16a,16b)의 출력들에 위치하고, 결합 광학 기기 디바이스(100)는 입력 광을 그것들의 이득 요소들에 집속시키기 위해, DPSS 증폭기(16a,16b)의 입력들에 위치한다.
도 5a는 동적 레이저 펄스 성형기(12)의 대안적인 일 실시예인, 동적 펄스 성형기(12")로 구성된 직렬 광자 증폭기(10")를 도시한다. 특히, 도 5a는 2.2㎛보다 작지만 100㎚보다 큰 파장에서, 500㎰보다 작지만 1fs보다 큰 펄스 폭에서 펄스를 방출하는 초고속 펄스 형태의 섬유 레이저 마스터 발진기(104)로 구현된 동적 레이저 펄스 성형기(12")를 도시한다. 펄스 형태의 섬유 마스터 발진기(104)는 제 1 전력(P1)에서 그리고 제 1 주파수(f1)에서, 2개의 광학 격리기(140) 사이에 위치하는 변조기(106)에 전달하기 위한 출력을 방출한다. 직렬 증폭기 제어기(28)에 의해 변조기(106)에 전달된 제어 신호(108)는 제 2 전력(P1")에서, 그리고 제 2의 더 낮은 주파수(f2)에서 레이저 펄스 성형기(12")에 관한 레이저 출력을 만들어낸다. 레이저 펄스 성형기(12")의 출력은 좁은 스펙트럼 전력 증폭기(110)에 인가된다.
펄스 형태의 섬유 마스터 발진기(104)와 좁은 스펙트럼 섬유 전력 증폭기(110)는 DPSS-PA(16)에 의한 계속해서 이어지는 증폭에 적합한 바람직한 중심 파장과 좁은 스펙트럼 대역폭을 만들어내기 위해, 바람직하게 주파수 선택 요소들을 통합한다. 그러한 주파수 선택 요소들은 브래그 섬유 격자들이나 주파수 안정화된 시드 발진기들을 포함한다. 도 5a에 도시된 것처럼, 직렬 증폭기 제어기(28)는 더 높은 주파수(f1)의 마스터 발진기 출력을 효율적인 증폭을 위해 더 유용한 더 낮은 주파수(f2)로 분할하도록 제어 신호(108)를 변조기(106)로 보낼 수 있다. f1의 전형적인 범위는 20㎒ 내지 200㎒이고, f2의 전형적인 범위는 10㎑ 내지 20㎒이다. 당업자라면 f1과 f2의 관계가 f2=f1/n으로서 주어지고, 여기서 n은 정수 값이라는 것을 알게 된다. 좁은 스펙트럼 섬유 전력 증폭기(110)의 출력은, 광학 격리기(40) 사이에 위치한 결합 광학 모듈(112)을 통해, DPSS-PA(16) 및 광학 격리기(40)와 선택적인 고조파 변환 광학 모듈(90)로 전달된다.
도 5b는, 좁은 스펙트럼 섬유 전력 증폭기(110)가 제거되고, 다단 DPSS 증폭 기(16m)가 도 5a에 도시된 직렬 광자 증폭기(10")의 DPSS 증폭기(16)로 대체되는 직렬 광자 증폭기(10"a)를 대안적인 실시예로서 도시한다. 이 구성은 초고속 동적 레이저 펄스 성형기(12")로부터의 출력이 다단 DPSS 증폭기(16m)에 결합되고, 이러한 다단 DPSS 증폭기(16m)의 출력이 후속하여 고조파 변환 광학 모듈(90)에 인가되는 펄스-정선된(pulse-picked) 초고속 직렬 광자 증폭기를 초래한다. 제 1 실시예에서, 다단 DPSS 증폭기(16m)는 2개의 DPSS-PA(16a) 또는 DPSS-PA(16b)와 같은 2개의 단일 통과의 단부-펌핑된 Nd:YVO4 증폭기를 포함한다. 제 2 실시예에서, 다단 증폭기(16m)는 2개의 DPSS-PA(16f)와 같은 2개의 다수 통과의 단부-펌핑된 Nd:YVO4 증폭기를 포함한다. 당업자라면 대안예에서, 측면-펌핑된(side-pumped) Nd:YVO4 증폭기가 이용될 수 있고, Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4, Nd:GdVO4, Nd:YAP 또는 Nd:LuVO4와 같은 또 다른 고체 상태 이득 매체가 이용될 수 있다는 것을 알게 된다.
도 6은, 펄스 형태의 섬유 증폭기 출력이 바람직한 스펙트럼 출력 특성을 만들어내기 위해 조정되거나 선택된 주파수 안정화된 시드 발진기들이나 브래그 섬유 격자들과 같은 주파수 선택 요소들(120)을 통합하는 DPSS-PA(16"')에 인가되는 점에서, 직렬 광자 증폭기(10")와 상이한 직렬 광자 증폭기(10"')를 도시한다. 주파수 잠금(locking) 요소(120)는 그것의 출력 스펙트럼을 DPSS-PA(16"')의 이득 매체의 이득 스펙트럼에 주파수 잠금하는 것을 돕도록 좁은 스펙트럼 섬유 전력 증폭기(110)에 피드백을 제공하기 위해 DPSS-PA(16"')에 통합된다. 피드백의 사용은 DPSS-PA(16"')의 이득 매체를 통해 입력 맞춤 펄스의 다수 통과를 야기한다.
도 7a와 도 7b는 DPSS-PA(16)의 출력에서 만들어질 수 있는 예시적인 시간 펄스 모양들을 도시한다. 바람직한 일 실시예에서, 도 7a와 도 7b에 도시된 시간 펄스 모양들은, 예컨대 FPA(14)와 같은 전력 증폭기로의 펄스 모양 입력의 적절한 변조의 이용을 통해 전술한 타입의 레이저 펄스 성형기에 의해 만들어진다. 변조 방법들은 음향-광학 변조기나 전자-광학 변조기에 의해 전력 증폭기로의 입력의 외부 변조 또는 다이오드 펌프 변조를 포함할 수 있다. 전력 증폭기에 공급된 펌프 전력의 변조는 또한 레이저 서브시스템에 의해 만들어진 시간 펄스 모양을 더 수정하기 위해 이용될 수 있다.
도 8에 도시된 것처럼, 직렬 광자 증폭기(10)는 레이저 처리 시스템(200)을 위한 레이저 소스로서 유리하게 이용될 수 있다. 시스템 제어 컴퓨터(202)는 직렬 증폭기 제어기(28)와 빔 위치 제어기(BPC: beam position controller)(206)가 응답하는 전반적인 시스템 동작 명령들을 내장된 제어 컴퓨터(ECC: embedded control computer)(204)에 제공한다. 직렬 광자 증폭기(10)는 ECC(204)와 BPC(206)와 직접적으로 또는 간접적으로 통신하는 명령 및 데이터 레지스터(208)와 타이머(210)를 포함하는 직렬 증폭기 제어기(28)에 의해 제어된다.
제어기(28)는 내장된 제어 컴퓨터(ECC)(204)로부터 명령들을 수신하고, 빔 위치 제어기(BPC)(206)로부터 신호로 알리며, 펄스 방출(외부 트리거 명령들을 통해)과 펄스 모양 제어를 위해 직렬 광자 증폭기(10)에 명령들을 제공한다. 바람직한 일 실시예에서, 제어기(28)는 ECC(204)로부터 명령들을 수신하고, 그에 응답하여, 변조기 제어기(212)로부터 작업물 형상 위치 데이터에 기초한 BPC(206)와 조정 하여 직렬 광자 증폭기(10)에 외부 트리거 명령들을 보낸다. 변조기 제어기(212)는 직렬 광자 증폭기(10)에 의해 방출된 펄스들의 모양과 방출 횟수를 제어한다. 대안적으로, 직렬 광자 증폭기(10)는 제어기(28) 또는 ECC(204) 또는 둘 다와 통신하는 인터펄스(interpulse) 시간을 지닌 펄스들을 방출한다. 바람직한 일 실시예에서, 방출된 레이저 펄스가 입사하게 되는 작업물 형상의 타입에 따라, 직렬 광자 증폭기(10)가 특정 시간 펄스 프로필을 만들어내도록 ECC(204)에 의해 명령을 받게 된다. 유용한 시간 프로필들의 예시적인 예들이 도 7a와 도 7b에 도시되어 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 웨이퍼 시료(222) 상의 대상 정렬 작업물 형상(220)을 스캐닝하기 위해, 그러한 특징에 손상을 주지 않도록 비교적 훨씬 더 낮은 피크 전력과 펄스당 에너지가 유익할 수 있다. 반도체 메모리 링크 구조물(224)이 더 높은 피크 전력과 더 높은 펄스당 에너지를 사용하여 가장 유리하게 처리될 수 있다.
당업자라면 알게 되는 것처럼, 넓은 범위의 바람직한 피크 전력들, 펄스당 에너지 양들, 및 시간 에너지 프로필들은 반도체 및 다른 타입의 작업물의 레이저 처리에 관해 매력적일 수 있다. 그러므로, 레이저 처리 시스템의 사용자가 웨이퍼나 웨이퍼들 상에서 마주칠 수 있는 작업물의 특정 부류에 관해 시간 프로필이 이용되도록 프로그래밍하는 것을 허용하기 위한 방법 및 장치가 매우 바람직하다.
그러한 방법 및 장치는 시간 프로필, 펄스당 에너지, 및 집속된 빔 전파 속성과 같은 적절한 레이저 처리 파라미터들의 범위의 만족스러운 측정 및 교정을 위한 기구 사용을 포함한다. 도 8에 도시된 것처럼, 시스템 광학 기기(226)는 작업 표면으로부터 반사된 레이저 출력과 입사 레이저 출력을 검출하기 위해 이용될 수 있는 광검출 모듈(228)을 포함하는 것이 바람직하다. 광검출 모듈(228)은 바람직하게, 입사 및 반사된 레이저 출력 신호들과 같은 검출된 광 신호들의 정교한 디지털화를 가능하게 하는 광검출기 회로를 통합하여, 입사 및 반사된 펄스 파형들이 효율적으로 디지털화되는 것을 허용한다. 이 방법과 장치는 입사 및 반사된 레이저 파형들의 만족스러운 측정을 허용하여, 시간 프로필, 시간 프로필 변동, 펄스 진폭 안정성, 펄스 에너지 안정성, 및 펄스당 에너지의 계산 및 교정을 허용한다. 당업자라면 레이저 파장에 있어서 급격하게 변하는 반사도의 대상 영역에 걸쳐 레이저 빔을 스캐닝하는 것이 레이저 빔의 집속된 스폿 크기 속성의 측정 및 계산을 위한 방법을 제공할 수 있다는 것을 인지하게 된다.
도 8에 도시된 바와 같은 직렬 광자 증폭기(10)를 이용하는 레이저 처리 시스템(200)의 바람직한 일 실시예에서, 직렬 증폭기 출력은 레이저 레일(rail) 광학 기기(230)와 시스템 광학 기기(226)에 인가된다. 시스템 광학 기기(226)로부터의 출력은 접힘 거울(fold mirror)(232)에 의해 Z-위치 선정 메커니즘(234) 쪽으로 향하게 되고, 이러한 Z-위치 선정 메커니즘(234)은 작업물 형상{예컨대, 대상 정렬 형상(220)과 메모리 링크 구조물(224)}의 레이저 처리를 위해 대상 시료(222)의 작업 표면(236)으로의 계속되는 전달을 위해, 렌즈 조립체를 통합할 수 있다. BPC(206)는 X-Y 위치 선정 메커니즘(240)이 Z-위치 선정 메커니즘(234)으로부터의 출력이 바라는 대상 특징을 처리할 수 있는 위치로 향하게 하는 X-Y 좌표 위치 선정 신호들을 제공한다. X-Y 위치 선정 메커니즘(240)은 BCP(206)의 레지스터들(242)로부터의 명령 위치 신호들을 수신하고, 위치 차이 값을 결정하며 그러한 위치 차이 값을 타이머들(210)에 보내는 비교기 모듈(246)을 포함하는 BCP(206)의 위치 인코더들(244)에 실제 위치 신호들을 향하게 한다. 타이머들(210)은 직렬 광자 증폭기(10)로부터의 출력을 변조하는 음향-광학 변조기(248)와 레이저 레일 광학 기기(230)에서 동작하도록 적절히 타이밍이 지정된(timed) 트리거 신호를 보냄으로써 응답한다. 당업자라면 직렬 광자 증폭기(10)로부터의 펄스 출력이 고조파 변환 모듈(90)로 향하고, 계속해서 작업물 형상들의 고조파 레이저 처리를 위해 레이저 레일 광학 기기(230)와 시스템 광학 기기(226)에 의해 작업 표면(236)에 전달될 수 있음을 인지하게 된다.
당업자라면 레이저 처리 시스템 요소들의 대안적인 배치들이 이용될 수 있고, 광범위한 작업물이 직렬 광자 증폭기(10)를 이용하는 레이저 처리 시스템에 의해 처리될 수 있음을 인지하게 된다.
본 발명의 기본 원리들로부터 벗어나지 않으면서 전술한 실시예들의 세부 내용에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 분명하게 된다. 그러므로 본 발명의 범주는 다음 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 처리 시스템, 특히 단위 시간 동안 개수가 증가하는 대상 구조물을 처리할 능력을 필요로 하는 레이저 처리 시스템 분야에 이용 가능하다.

Claims (34)

  1. 직렬 광자 증폭기로서,
    직렬 증폭기 제어기,
    상기 직렬 증폭기 제어기에 응답하여, 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 방출하는 동적 레이저 펄스 성형 발생기로서, 상기 레이저 펄스 성형 발생기는 동작 펄스 반복 주파수에서, 제 1 피크 전력, 제 1 펄스 에너지, 및 맞춤 시간(tailored temporal) 펄스 프로필에서의 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 만들어내도록 구성된 펄스 형태의(pulsed) 광섬유-기반의 레이저 소스를 포함하는, 동적 레이저 펄스 성형 발생기,
    상기 레이저 펄스 성형 발생기와 동작 가능하게 연결되고 방출 파장을 가지는 고체 상태의 광자 증폭기, 및
    상기 고체 상태의 광자 증폭기의 방출 파장에 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 효율적으로 결합하여, 상기 고체 상태의 광자 증폭기가, 각각 제 1 피크 전력과 제 2 펄스 에너지보다 큰 제 2 피크 전력과 제 2 펄스 에너지에서 맞춤 펄스 스펙트럼 출력의 맞춤 시간 펄스 프로필의 실질적으로 충실한 복사물을 특징으로 하는 증폭된 레이저 출력을 만들어내는 것을 가능하게 하기 위해 펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스와 고체 상태 광자 증폭기와 동작 가능하게 연결된 주파수 선택 디바이스를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서,
    펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 펄스 형태의 레이저 출력을 만들어내기 위해, 광섬유 전력 증폭기에 광학적으로 결합되는 레이저 발진기를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 하나 이상의 다이오드 레이저를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는, 맞춤 시간 펄스 프로필을 갖는 펄스 형태의 레이저 출력을 제공하는 출력을 가지고 전력 증폭기 이득 섬유를 포함하는 광섬유 전력 증폭기를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 증폭기 이득 섬유는 큰 모드 영역 섬유 타입의 것인, 직렬 광자 증폭기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 증폭기 이득 섬유는 Nd, Yb, Ho, Er, Dy, Pr, Tm, 및 Cr로 이루어 지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 도펀트(dopant)를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 증폭기 이득 섬유는 멀티-모드 섬유 타입의 것인, 직렬 광자 증폭기.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 광섬유 전력 증폭기는 광자 결정 섬유 증폭기 단(stage)을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 광섬유 전력 증폭기는 다수의 광자 결정 섬유 증폭기 단들을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  10. 제 1항에 있어서,
    고체 상태의 광섬유 증폭기는 다이오드-펌핑된(pumped) 고체 상태 전력 증폭기를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 하나 이상의 다이오드 펌프 요소들에 의해 측면-펌핑된(side-pumped) 이득 요소를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 하나 이상의 다이오드 펌프 요소들에 의해 단부-펌핑된(end pumped) 이득 요소를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 각각 하나 이상의 상이한 다이오드-펌핑된 요소들에 의해 측면-펌핑된 다수의 이득 요소를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 각각 하나 이상의 다이오드-펌핑된 요소들에 의해 단부-펌핑된 다수의 이득 요소를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 다수 통과(multiple-pass)의 단부-펌핑된 이득 요소들을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-펌핑된 고체 상태 전력 증폭기는 다수 통과, 측면-펌핑된 이득 요소들을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 형태의 광섬유-기반 레이저 소스는 약 100㎚와 약 2.2㎛ 사이의 파장에서, 약 1fs와 약 500㎰ 사이의 펄스 폭을 가지는 펄스 형태의 레이저 출력을 방출하는 다이오드-펌핑된 섬유 마스터(master) 발진기를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 형태의 광섬유-기반 레이저 소스는 약 100㎚와 약 2.2㎛ 사이의 파장에서, 약 1fs와 약 100㎰ 사이의 펄스 폭을 가지는 펄스 형태의 레이저 출력을 방출하는 섬유 전력 증폭기와 광학적으로 결합된 섬유 레이저 마스터 발진기를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  19. 제 1항에 있어서,
    펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 섬유 레이저 마스터 발진기를 포 함하는, 직렬 광자 증폭기.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 동적 레이저 펄스 성형 발생기는
    펄스 에너지에서 마스터 발진기 맞춤 펄스 출력과, 펄스 피크 전력 및 제 1 중심 파장에서 맞춤 펄스 시간 프로필을 발생시키기 위한, 적어도 하나의 변조기-증폭기 단을 포함하는 마스터 발진기와,
    마스터 발진기 맞춤 펄스 출력에 응답하여, 펄스 에너지, 그리고 제 1 중심 파장에 있고 마스터 발진기 맞춤 펄스 출력의 맞춤 펄스 시간 프로필과 실질적으로 등가인 맞춤 펄스 시간 프로필에서 섬유 전력 증폭기 맞춤 펄스 출력, 펄스 피크 전력을 만들어내는 광학적으로 펌핑된 섬유 전력 증폭기를
    포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 고체 상태의 광자 증폭기는 Nd:YVO4, Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP, Nd:Glass, Nd:LuVO4, 및 Nd:GdVO4로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 고체 상태 이득 매체를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  22. 제 1항에 있어서,
    맞춤 시간 펄스 프로필의 사실상 충실한 반복을 특징으로 하는 증폭된 레이저 출력은 제 1 중심 파장에서 만들어지고, 제 1 중심 파장을 변환하며, 상기 제 1 중심 파장보다 짧은 제 2 중심 파장에서 고조파 변환기 출력을 만들어내기 위해, 고체 상태 광자 증폭기와 광학적으로 결합된 광학 고조파 변환기를 더 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  23. 제 22항에 있어서,
    고조파 변환기 출력의 생성은 증폭된 레이저 출력의 맞춤 펄스 시간 프로필의 반복의 제 2 피크 전력과는 상이한 피크 전력을 초래하는, 직렬 광자 증폭기.
  24. 제 1항에 있어서,
    펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 형성하기 위해, 다이오드-펌핑된 섬유 증폭의 다수 단을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  25. 제 24항에 있어서,
    다이오드-펌핑된 섬유 증폭의 다수 단은 제 1 및 제 2 다이오드-펌핑된 증폭 섬유를 포함하고, 제 1 다이오드-펌핑된 증폭 섬유는 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 형성하기 위해, 제 2 다이오드-펌핑된 증폭 섬유로 결합되는 제 1 출력 펄스 모양을 만들어내는, 직렬 광자 증폭기.
  26. 제 1항에 있어서,
    펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 맞춤 펄스 스펙트럼 출력을 형성하기 위해, 다이오드-펌핑된 고체 상태 증폭의 다수 단과 광학적으로 결합되는, 직렬 광자 증폭기.
  27. 제 1항에 있어서,
    고체 상태 광자 증폭기는 이득 스펙트럼을 가지고, 펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 출력 파장을 가지는 다이오드 레이저와, 이득 스펙트럼을 가지는 섬유 전력 증폭기를 포함하며, 다이오드 레이저의 출력 파장은 섬유 전력 증폭기와 고체 상태 광자 증폭기의 이득 스펙트럼에 가깝게 매칭되는, 직렬 광자 증폭기.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저는 연속파 타입의 것이고, 연속파 다이오드 레이저의 출력을 변조하는 광학 변조기에 광학적으로 결합되는, 직렬 광자 증폭기.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저는 펄스 형태의 타입의 것인, 직렬 광자 증폭기.
  30. 제 1항에 있어서,
    펄스 형태의 광섬유-기반의 레이저 소스는 광자 결정 섬유 타입의 전력 증폭 기 이득 섬유를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  31. 제 1항에 있어서,
    고체 상태의 광자 증폭기는 맞춤 펄스 스펙트럼 출력으로부터 유도된 입력 맞춤 펄스를 수신하고, 이득 매체를 통한 입력 맞춤 펄스의 다수 통과를 야기하기 위해, 주파수 선택성 디바이스에 광학적으로 결합된 이득 매체를 더 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  32. 제 1항에 있어서,
    레이저 처리 시스템의 서브시스템(subsystem)을 포함하고, 상기 서브시스템은
    증폭된 레이저 출력에 대응하는 처리 레이저 출력이 대상 시료(target specimen)의 작업물(workpiece) 형상을 처리하도록 지시하며,
    상기 처리 레이저 출력이 입사하는 빔 위치 선정(positioning) 메커니즘에 명령 위치 선정 신호들을 제공하는 레이저 빔 위치 제어기와,
    바라는 시간 펄스 프로필의 처리 레이저 출력이 대상 시료의 바라는 작업물 형상의 위치로 향하도록, 직렬 광자 증폭기 제어기와 레이저 빔 위치 제어기가 응답하는 동작 명령들을 제공하는 시스템 제어 컴퓨터를
    포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  33. 제 32항에 있어서,
    작업물 형상의 처리는 반도체 작업물 마이크로 기계가공(micromachining)을 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 반도체 작업물 마이크로 기계가공은 반도체 링크 처리를 포함하는, 직렬 광자 증폭기.
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