CN103296572A - 一种采用环形腔结构的气体激光器放大系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体激光器放大系统，包括主振荡腔、功率放大腔、线性压窄模块、输出耦合镜、第一高反镜、第二高反镜、第三高反镜和部分反射镜，主振荡腔产生的种子光从输出耦合镜输出，然后经过第一高反镜反射后直接传播到部分反射镜上，该种子光穿过部分反射镜后再经过第二高反镜的反射进入功率放大腔，再穿过功率放大腔后到达第三高反镜，经其反射后再次穿过功率放大腔到达部分发射镜，其中一部分光透射过形成激光输出，一部分光经过部分反射镜的反射再次到达第二反射镜，被第二反射镜反射回功率放大腔内。本发明采用环形腔结构的气体激光器放大系统结构简单、光路调整难度更低，同时降低了成本。

Description

一种采用环形腔结构的气体激光器放大系统

技术领域

本发明涉及一种采用环形腔结构的气体激光器放大系统，尤其适用于准分子激光器。

背景技术

准分子激光具有短波长和大功率的特点，使其成为目前大规模半导体集成电路光刻的主要光源。随着光刻对光源输出功率和线宽要求的提高，单腔结构的准分子激光器不能同时满足高功率和窄线宽的要求。而双腔结构的主振-振荡放大技术的出现，解决了高输出功率和窄线宽不可兼得的矛盾。其基本思想是利用种子激光器产生小能量且窄线宽的种子光，注入到放大腔进行能量放大，输出大能量脉冲激光，从而得到窄线宽、大功率的优质激光束。

目前常见的解决方案之一就是采用环形腔的MOPRA(Masteroscillator power regenerative amplifier)结构的激光器放大系统。MOPRA结构机型中，采用的是多程功率放大，其显著特点是种子光注入后，在放大腔中停留时间长，且放大腔工作在深度饱和状态，因此效率高、能量大且输出稳定。

图1为传统的采用环形腔MOPRA结构的激光器放大系统的结构示意图。如图1所示，传统的MOPRA结构的激光器放大系统包括主振荡腔MO、功率放大腔PA、线性压窄模块LNM、输出耦合器OC、四角棱镜P1和多个反射镜M1～M5。

主振荡腔MO输出的种子光经由输出耦合器OC输出，经过高反射率的45°反射镜M1、M3及M4，然后穿过部分反射镜M2(该反射镜朝向腔内的表面镀对种子光的部分反射膜，另一表面镀对种子光的增透膜)，再经过一个45°的高反射率反射镜M5后，被传输进入功率放大腔PA，穿过功率放大腔PA内的增益介质后到达四角棱镜P1，在经过四角棱镜P1的反射后再次传播到反射镜M2，其中一部分光透射过部分反射镜M2形成激光，一部分光经过部分反射镜M2的反射再次到达高反射率反射镜M5反射回功率放大腔PA内继续重复上述过程。

该激光器放大系统的光路的功率放大腔PA中采用的四角棱镜P1，其加工难度大，成本非常高，并且由于其对光入射角度要求非常严格，因此光路调整难度很高；并且种子光进入功率放大腔PA之前经过了四个反射镜的反射，采用如此多的光学元件，一方面增加了种子光的反射损耗和光路的调整难度，另一方面增加了激光器的成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是克服现有的采用环形腔MOPRA结构的激光器放大系统成本高、加工难度大的缺点。

(二)技术方案

本发明提出一种气体激光器放大系统，包括主振荡腔、功率放大腔、线性压窄模块、输出耦合镜，所述主振荡腔用于产生种子光，所述线性压窄模块用于线宽压窄和波长调节，所述输出耦合器用于与线性压窄模块构成激光器谐振腔，所述气体激光器放大系统还包括第一高反镜、第二高反镜、第三高反镜和部分反射镜，所述主振荡腔产生的种子光从所述输出耦合镜输出，然后经过第一高反镜反射后直接传播到部分反射镜上，该种子光穿过部分反射镜后再经过第二高反镜的反射进入功率放大腔，再穿过功率放大腔后到达第三高反镜，经其反射后再次穿过功率放大腔到达部分发射镜，其中一部分光透射过形成激光输出，一部分光经过所述部分反射镜的反射再次到达第二反射镜，被第二反射镜反射回功率放大腔内。

根据本发明的一种具体实施方式，所述第一高反镜为45°高反镜。

根据本发明的一种具体实施方式，所述第二高反镜及第三高反镜的内表面都镀有对种子光的高反膜。

根据本发明的一种具体实施方式，部分反射镜的内表面镀有反射率为40％的反射膜。

(三)有益效果

本发明采用环形腔结构的气体激光器放大系统结构简单、光路调整难度更低，同时降低了成本。

附图说明

图1为传统的采用环形腔MOPRA结构的激光器放大系统的结构示意图；

图2为本发明采用的改进的环形腔结构的激光器放大系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图2为本发明采用的改进的环形腔结构的激光器放大系统的结构示意图，与图1的系统相比，本发明对传统方案中的光路进行了改进。

如图2所示，本发明的激光器放大系统包括主振荡腔MO、功率放大腔PA、线性压窄模块LNM、输出耦合器OC、第一高反镜M1、第二高反镜M6、第三高反镜M7和部分反射镜M2。

主振荡腔MO用于产生窄线宽低能量的优质种子光。线性压窄模块LNM用于线宽压窄和波长调节。输出耦合器OC用于提供反馈与线性压窄模块LNM形成激光器谐振腔。功率放大腔PA用于将MO产生的优质种子光进行能量放大从而获得窄线宽大能量的激光输出。

主振荡腔MO的种子光从输出耦合镜OC输出，然后经过第一高反镜M1反射后直接传播到部分反射镜M2上，种子光穿过部分反射镜M2后再经过第二高反镜M6的反射进入功率放大腔PA，种子光穿过功率放大腔PA后到达第三高反镜M7，经其反射后再次穿过功率放大腔PA到达部分发射镜M2，其中一部分光透射过M2形成激光输出，一部分光经过部分反射镜M2的反射再次到达第二反射镜M6，被第二反射镜M6反射回功率放大腔PA内，从而继续重复上述过程。

第一高反镜M1优选为45°高反镜。

第二高反镜M6及第三高反镜M7的内表面都镀有对种子光的高反膜，第三反射镜M6及第四反射镜M7的摆放角度可灵活设置，只要满足从第四反射镜M7反射的光水平通过PA腔即可，因此第二高反镜M6和第三高反镜M7的镀膜角度可视具体光路而定。

部分反射镜M2的内表面镀部分反射膜，优选反射率为40％，以满足给功率放大腔PA提供足够的反馈，同时振荡光又可以部分透过M2获得激光输出。

与传统的方案相比，本发明的光路中的种子光在进入功率放大腔PA前仅经过了两个高反镜的反射，减小了两片高反镜，明显缩短了光路减小了种子光的传输损耗及反射损耗，同时降低了激光器的成本。另一方面，本发明用一个第三高反镜M7代替了传统方案光路中的四角棱镜P1，大大降低的光路的调整难度同时降低了激光器的成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气体激光器放大系统，包括主振荡腔(MO)、功率放大腔(PA)、线性压窄模块(LNM)、输出耦合镜(OC)，所述主振荡腔(MO)用于产生种子光，所述线性压窄模块(LNM)用于线宽压窄和波长调节，所述输出耦合器(OC)用于与线性压窄模块(LNM)构成激光器谐振腔，其特征在于：

所述气体激光器放大系统还包括第一高反镜(M1)、第二高反镜(M6)、第三高反镜(M7)和部分反射镜(M2)，

所述主振荡腔(MO)产生的种子光从所述输出耦合镜(OC)输出，然后经过第一高反镜(M1)反射后直接传播到部分反射镜(M2)上，该种子光穿过部分反射镜(M2)后再经过第二高反镜(M6)的反射进入功率放大腔(PA)，再穿过功率放大腔(PA)后到达第三高反镜(M7)，经其反射后再次穿过功率放大腔(PA)到达部分发射镜(M2)，其中一部分光透射过(M2)形成激光输出，一部分光经过所述部分反射镜(M2)的反射再次到达第二反射镜(M6)，被第二反射镜(M6)反射回功率放大腔(PA)内。

2.如权利要求1所述的气体激光器放大系统，其特征在于，所述第一高反镜(M1)为45°高反镜。

3.如权利要求1所述的气体激光器放大系统，其特征在于，所述第二高反镜(M6)及第三高反镜(M7)的内表面都镀有对种子光的高反膜。

4.如权利要求1所述的气体激光器放大系统，其特征在于，所述部分反射镜(M2)的内表面镀有反射率为40％的反射膜。

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