DE102015211426A1 - Verstärkeranordnung - Google Patents

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Sven-Silvius Schad
Alexander Killi
Christian Stolzenburg
Dominik Bauer
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung (1), umfassend: einen optischen Verstärker (2) zur Verstärkung von Laserstrahlung (3), einen ersten Retroreflektor (7a) und einen zweiten Retroreflektor (7b), wobei der Verstärker (2) in einem Strahlweg (6) der Laserstrahlung (3) zwischen dem ersten Retroreflektor (7a) und dem zweiten Retroreflektor (7b) angeordnet ist, wobei im Strahlweg (6) zwischen dem ersten Retroreflektor (7a) und dem Verstärker (3) ein Polarisations-Strahlteiler (8) angeordnet ist, der Laserstrahlung (3) mit einem ersten Polarisationszustand (s) entlang des Strahlwegs (6) zwischen den beiden Retroreflektoren (7a, 7b) passieren lässt und der Laserstrahlung (3) mit einem zweiten Polarisationszustand (p) aus dem Strahlweg (6) zwischen den beiden Retroreflektoren (7a, 7b) auskoppelt, und wobei im Strahlweg (6) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem zweiten Retroreflektor (7b) eine Phasenschiebe-Einrichtung (9) zur Erzeugung einer festen Phasenverschiebung (λ/4) zur Umwandlung von Laserstrahlung (3) mit dem ersten Polarisationszustand (s) in Laserstrahlung (3) mit dem zweiten Polarisationszustand (p) und umgekehrt angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine weitere Verstärkeranordnung (1), eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung und eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer solchen bzw. der weiteren Verstärkeranordnung (1) und ein Betriebsverfahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung, eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen Verstärkeranordnung, eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer solchen Verstärkeranordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Verstärkeranordnung.
  • Aus der US 8,508,844 B2 ist eine hybride Faser-MOPA(„Master-Oszillator-Power-Amplifier”)-Anordnung bekannt geworden, welche mehrere in Reihe geschaltete Faser-Verstärker-Stufen mit einer abschließenden Leistungsverstärker-Stufe in Form eines Multipass-Verstärkers aufweist. Der Master-Oszillator ist ausgebildet, einen gepulsten Laserstrahl zu erzeugen. Bei dem Multipass-Verstärker handelt es sich um einen Verstärker mit einem dünnen, scheibenförmigen Verstärkermedium, welches eine Leistungsverstärkung der von den Faser-Verstärker-Stufen vorverstärkten Laserstrahlung vornimmt. Der Multipass-Verstärker weist eine optische Anordnung auf, welche einen mehrfachen Einfall der gepulsten Laserstrahlung auf das scheibenförmige Verstärkermedium erzeugt.
  • In der US 8,995,052 B1 ist ein mehrstufiger Festkörper-MOPA beschrieben, der einen modengekoppelten Laser zur Erzeugung einer Pulsfolge aufweist. Die Pulse werden einem schnellen elektro-optischen Shutter zugeführt, der polarisationsdrehende Elemente, Polarisations-Strahlteiler und eine Pockelszelle aufweist, die wahlweise mit Hochfrequenz-Pulsen mit fest vorgegebenen kurzen oder langen Pulsdauern betrieben werden kann. Dem elektro-optischen Shutter ist ein Multipass-Verstärker nachgeschaltet. Der elektro-optische Shutter selektiert jeden N-ten Puls der Pulsfolge und führt die selektierten Pulse dem Multipass-Verstärker zu. Der Multipass-Verstärker schickt verstärkte Seed-Pulse zu dem elektro-optischen Shutter zurück und der Shutter verwirft oder transmittiert die verstärkten Pulse in Abhängigkeit davon, ob die Dauer der Hochfrequenz-Pulse kurz oder lang ist. Die transmittierten verstärkten Pulse werden einem weiteren optischen Verstärker zugeführt.
  • Der Artikel „Regenerative thin disk amplifier with combined gain spectra producing 500 μJ sub 200 fs pulses" von U. Buenting et al., Optics Express, Vol. 17, No. 10, 2009, pp. 8046–8050, beschreibt einen regenerativen Verstärker mit einem Multipass-Scheibenlaserverstärker, dem Seed-Pulse eines Yb-dotierten Faser-Oszillators zugeführt werden. Der Faser-Oszillator wird mit Hilfe von drei Faraday-Isolatoren vor Rückkopplungen geschützt.
  • In dem Artikel „1.1 kW average output power from a thin-disk multipass amplifier for ultrashort laser pulses" von Jan-Philipp Negel et al., Optics Letters, Vol. 38, No. 24, 2013, pp. 5442–5445 ist eine Verstärkeranordnung beschrieben, der einen Multipass-Verstärker mit einer Laserscheibe aufweist, die mehrfach durchlaufen wird. Die Verstärkeranordnung weist zusätzlich einen Retroreflektor und eine λ/4-Platte auf, um einen doppelten Durchlauf der Laserstrahlung durch den Multipass-Verstärker zu realisieren.
  • Eine Treiberlaseranordnung für eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung ist beispielsweise aus der US 2009/0095925 A1 bekannt geworden. Die dort beschriebene Treiberlaseranordnung weist eine Strahlquelle zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung und einen oder mehrere optische Verstärker zur Verstärkung der gepulsten Laserstrahlung auf. Die Strahlquelle der Treiberlaseranordnung dient zur Erzeugung von so genannten Seed-Pulsen, die in dem bzw. in den optischen Verstärkern auf hohe Laserleistungen von mehreren kW, ggf. von 10 kW oder darüber verstärkt werden. Die von der Treiberlaseranordnung verstärkte Laserstrahlung wird über eine Strahlführungseinrichtung einer Fokussiereinrichtung zugeführt, welche die Laserstrahlung bzw. den Laserstrahl in einem Zielbereich fokussiert. In dem Zielbereich wird ein Target-Material bereitgestellt, welches bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen Plasma-Zustand übergeht und hierbei EUV-Strahlung emittiert.
  • Aus der WO 2015/082004 A1 ist eine Verstärkeranordnung bekannt geworden, die beispielsweise für eine solche Treiberlaseranordnung verwendet werden kann und die einen optischen Verstärker zur Verstärkung von gepulster Laserstrahlung sowie ein reflektierendes Element aufweist, an dem ein Anteil der aus dem optischen Verstärker austretenden Laserstrahlung zum optischen Verstärker zurück reflektiert wird. Die Verstärkeranordnung weist einen im Strahlweg der Laserstrahlung angeordneten optischen Isolator auf, der eine Polarisator-Einrichtung zur Unterdrückung einer Polarisationskomponente der Laserstrahlung und eine zwischen der Polarisator-Einrichtung und dem reflektierenden Element angeordnete Phasenschiebe-Einrichtung aufweist. Zumindest die Polarisator-Einrichtung des optischen Isolators ist an einem Ort positioniert, an dem die Laserstrahlung eine Laserleistung von mehr als 500 W aufweist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verstärkeranordnungen bereitzustellen, welche eine erhöhte Gesamtverstärkung und/oder eine verbesserte Isolation gegen Rückreflexe ermöglichen, beispielsweise für die Lasermaterialbearbeitung oder für die Erzeugung von EUV-Strahlung. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen Verstärkeranordnung sowie eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer solchen Verstärkeranordnung bereitzustellen.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch eine Verstärkeranordnung gelöst, die folgendes umfasst: einen optischen Verstärker zur Verstärkung von gepulster Laserstrahlung, einen ersten Retroreflektor und einen zweiten Retroreflektor, wobei der Verstärker in einem Strahlweg der Laserstrahlung zwischen dem ersten Retroreflektor und dem zweiten Retroreflektor angeordnet ist, wobei im Strahlweg zwischen dem ersten Retroreflektor und dem Verstärker ein Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist, der Laserstrahlung mit einem ersten Polarisationszustand entlang des Strahlwegs zwischen den beiden Retroreflektoren passieren lässt und der Laserstrahlung mit einem zweiten Polarisationszustand aus dem Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren auskoppelt, und wobei im Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem zweiten Retroreflektor, bevorzugt zwischen dem Verstärker und dem zweiten Retroreflektor, eine Phasenschiebe-Einrichtung zur Erzeugung einer festen Phasenverschiebung angeordnet ist, um Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand in Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand umzuwandeln und umgekehrt, wenn die Laserstrahlung vom Polarisations-Strahlteiler zu dem zweiten Retroreflektor und zurück propagiert.
  • Insbesondere bei optischen Verstärkern, die Lasermedien in Form von Laserscheiben aufweisen, ist es für die Erzeugung von hohen Laserleistungen vorteilhaft, wenn diese von der zu verstärkenden Laserstrahlung mehrfach durchlaufen werden, da der Strahlweg, den die Laserstrahlung in der Laserscheibe zurücklegt, vergleichsweise gering ist. Bei der hier beschriebenen Verstärkeranordnung wird der optische Verstärker zwischen zwei Retroreflektoren (typischer Weise in Form von zwei Endspiegeln) angeordnet. Durch die vorgegebene Phasenverschiebung der Phasenschiebe-Einrichtung, die bei doppeltem Durchlauf eine Drehung des (linearen) Polarisationszustands der über den Polarisations-Strahlteiler in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren eingekoppelten Laserstrahlung erzeugt, kann der Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem zweiten Retroreflektor, in dem der optische Verstärker angeordnet ist, vier Mal durchlaufen werden, bevor die verstärkte Laserstrahlung den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren über den Polarisations-Strahlteiler verlässt. Auf diese Weise kann die Anzahl der Durchgänge der Laserstrahlung durch den optischen Verstärker gegenüber den weiter oben beschriebenen Verstärkeranordnungen erhöht werden. Hieraus resultiert eine erhöhte Gesamtverstärkung bzw. bei gleicher Gesamtverstärkung kann die Leistung einer Seed-Lasereinrichtung reduziert werden, welche die gepulste, zu verstärkende Laserstrahlung erzeugt.
  • Die Phasenschiebe-Einrichtung ist typischer Weise zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von λ/4 bei der Propagation der Laserstrahlung von dem Polarisations-Strahlteiler zu dem zweiten Retroreflektor ausgebildet, wobei auch eine ggf. erfolgende Polarisationsdrehung des Verstärkers bzw. des Verstärkermediums sowie ggf. weiterer im Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem zweiten Retroreflektor berücksichtigt sind. Trifft linear polarisierte Laserstrahlung auf eine λ/4-Phasenschiebeeinrichtung mit einem ersten oder zweiten (linearen) Polarisationszustand auf die Phasenschiebe-Einrichtung, wird die Laserstrahlung in zirkular polarisierte Laserstrahlung umgewandelt. Die zirkular polarisierte Laserstrahlung, welche die Phasenschiebe-Einrichtung durchlaufen hat, wird an dem zweiten Retroreflektor zurück reflektiert und durchläuft die Phasenschiebe-Einrichtung ein zweites Mal, wobei die zirkular polarisierte Laserstrahlung in linear polarisierte Laserstrahlung mit einem zweiten, zum ersten senkrechten Polarisationszustand umgewandelt werden kann, wenn die Phasenschiebeeinrichtung, z. B. in Form einer λ/4-Platte, richtig orientiert ist. Soll der optische Verstärker mit linear polarisierter Laserstrahlung betrieben werden, ist es günstig, die Phasenschiebe-Einrichtung zwischen dem optischen Verstärker und dem zweiten Retroreflektor anzuordnen. Es versteht sich, dass die Phasenschiebe-Einrichtung nicht zwingend als ein einzelnes optisches Bauelement ausgebildet sein muss, sondern ggf. die Phasenverschiebung von λ/4 bzw. von insgesamt λ/2 (bei doppeltem Durchlauf) auf zwei oder mehr optische Bauelemente aufgeteilt werden kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn zusätzlich zur Phasenschiebeeinrichtung noch weitere optische Elemente im Strahlengang zwischen den beiden Retroreflektoren angeordnet sind, die ebenfalls eine (feste) Phasenverschiebung der Laserstrahlung bewirken, beispielsweise scheibenförmige laseraktive Medien zur Verstärkung der Laserstrahlung etc. Nachfolgend wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass keine polarisationsbeeinflussenden optischen Elemente im Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem zweiten Retroreflektor angeordnet sind, so dass der Polarisations-Strahlteiler als ein einziges Bauelement realisiert werden kann, das eine feste Phasenverschiebung von λ/4 bzw. von insgesamt λ/2 (bei doppeltem Durchlauf) erzeugt.
  • Bei dem Polarisations-Strahlteiler handelt es sich typischer Weise um einen Polarisations-Strahlteiler, der eine Strahlteilerfläche z. B. in Form einer Beschichtung aufweist, an der Laserstrahlung mit einem ersten (linearen) Polarisationszustand reflektiert wird und an der Laserstrahlung mit einem zweiten (linearen) Polarisationszustand, der senkrecht zum ersten (linearen) Polarisationszustand ausgerichtet ist, transmittiert wird, oder umgekehrt. Bei dem weiter oben beschriebenen ersten Polarisationszustand kann es sich um einen Polarisationszustand handeln, bei dem der Feldstärkevektor der Laserstrahlung senkrecht zu einer Einfalls-Ebene verläuft, welche die Strahleinfallsrichtung und die Flächennormale der Oberfläche des Polarisations-Strahlteilers enthält (s-Polarisation). Bei dem weiter oben beschriebenen zweiten Polarisationszustand handelt es sich in diesem Fall um einen Polarisationszustand, bei welcher der Feldstärkevektor der Laserstrahlung parallel zur Einfalls-Ebene verläuft (p-Polarisation). Alternativ kann es sich bei dem ersten Polarisationszustand um p-Polarisation und bei dem zweiten Polarisationszustand um s-Polarisation handeln.
  • Der Polarisations-Strahlteiler kann die Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand (s oder p) zwischen dem ersten Retroreflektor und dem Verstärker passieren lassen, indem die Laserstrahlung an der Strahlteilerfläche umgelenkt bzw. reflektiert wird, während Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand (p oder s) ausgekoppelt wird, indem diese von der Strahlteilerfläche transmittiert wird, oder umgekehrt. Fertigungstechnisch ist es typischer Weise günstig, wenn die Strahlteilerfläche so ausgelegt wird, dass sie s-polarisierte Laserstrahlung reflektiert und p-polarisierte Laserstrahlung transmittiert.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Verstärkeranordnung zusätzlich eine Seed-Lasereinrichtung zur Erzeugung der gepulsten Laserstrahlung sowie einen optischen Modulator zur Erzeugung einer einstellbaren Phasenverschiebung oder eines einstellbaren Ablenkwinkels der Laserstrahlung auf, der zwischen der Seed-Lasereinrichtung und dem Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist. Der optische Modulator kann in mindestens zwei Betriebszuständen betrieben werden, die sich in der Phasenverschiebung oder im Ablenkwinkel voneinander unterscheiden. Der optische Modulator dient ggf. gemeinsam mit weiteren optischen Bauelementen, z. B. Polarisations-Strahlteilern, dazu, den Strahlweg der von der Seed-Lasereinrichtung erzeugten Laserstrahlung vom Strahlweg der von dem optischen Verstärker verstärkten Laserstrahlung zu trennen bzw. die verstärkte Laserstrahlung aus der Verstärkeranordnung auszukoppeln. Der optische Modulator kann zu diesem Zweck ausgebildet sein, einen Polarisationszustand der Laserstrahlung einzustellen und beispielsweise als elektro-optischer Modulator ausgebildet sein. Der optische Modulator kann aber auch ausgebildet sein, einen einstellbaren Ablenkwinkel der Laserstrahlung zu erzeugen, wie dies beispielsweise bei einem akusto-optischen Modulator der Fall ist. Auch optische Modulatoren, welche die Laserstrahlung auf andere Weise beeinflussen und die es ermöglichen, eine Trennung der Strahlwege zwischen der verstärkten und der zu verstärkenden Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung zu erzeugen, können bei der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung zum Einsatz kommen.
  • Bei einer Weiterbildung ist der Polarisations-Strahlteiler ausgebildet, Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung, die nach dem Durchlaufen des optischen Modulators den zweiten Polarisationszustand aufweist, in den Strahlweg zwischen den Retroreflektoren einzukoppeln und bevorzugt Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung, die nach dem Durchlaufen des optischen Modulators den ersten Polarisationszustand aufweist, zu einer Strahlfalle zu leiten.
  • Durch den optischen Modulator z. B. in Form eines elektro-optischen Modulators kann der Polarisationszustand der von der Seed-Lasereinrichtung erzeugten, gepulsten Laserstrahlung verändert werden, um wahlweise Laserstrahlung in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren einzukoppeln oder zu der Strahlfalle zu leiten. Der optische Modulator kann zu diesem Zweck als Schalter betrieben werden und zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet werden: In einem ersten Betriebszustand erzeugt der optische Modulator typischer Weise eine Phasenverschiebung von λ/2, in einem zweiten Betriebszustand erzeugt der optische Modulator keine Phasenverschiebung. Durch den Betriebszustand des optischen Modulators kann festgelegt werden, ob linear polarisierte Laserstrahlung in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren eingekoppelt oder zu der Strahlfalle geleitet wird.
  • Es versteht sich, dass ggf. die Führung der Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand zu der Strahlfalle an einer weiteren Strahlteilerfläche vorgenommen werden kann, die zwischen dem optischen Modulator und dem Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist. Auch eine Anordnung mit zwei oder mehr Strahlteilerflächen, die im Strahlweg hintereinander angeordnet sind, um eine optische Funktion zu erzeugen, die mit einer einzigen Strahlteilerfläche erzeugt werden kann, wird im Sinne dieser Anmeldung als ein Polarisations-Strahlteiler bezeichnet.
  • Auch bei der Verwendung eines akusto-optischen Modulators ist der Polarisations-Strahlteiler typischer Weise ausgebildet, Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung, die nach dem Durchlaufen des optischen Modulators den zweiten Polarisationszustand aufweist, in den Strahlweg zwischen den Retroreflektoren einzukoppeln. In diesem Fall kann insbesondere bei der Verwendung einer Seed-Lasereinrichtung, welche Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand erzeugt, auf eine Strahlfalle verzichtet werden. Durch eine geeignete zeitliche Umschaltung zwischen den Betriebszuständen des elektro-optischen oder des akusto-optischen Modulators kann verhindert werden, dass zu der Verstärkeranordnung zurück reflektierte Laserstrahlung in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren eingekoppelt und dort unerwünschter Weise verstärkt wird, wie nachfolgend zunächst für den elektro-optischen Modulator näher beschrieben wird.
  • Bei einer Weiterbildung umfasst die Verstärkeranordnung zusätzlich einen weiteren Polarisations-Strahlteiler, wobei der optische Modulator, typischer Weise in Form eines elektro-optischen Modulators, in einem Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist, wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand von der Seed-Lasereinrichtung zu dem optischen Modulator durchlässt und wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand aus dem Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler auskoppelt.
  • Die Laserstrahlung der Seed-Laserquelle wird in diesem Fall über den weiteren Polarisations-Strahlteiler eingekoppelt, wobei eine seitliche Einkopplung vorteilhaft ist. Die Einkoppelrichtung der Laserstrahlung der Seed-Laserquelle stimmt typischer Weise nicht mit der Auskoppelrichtung überein, entlang derer die Laserstrahlung aus dem Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelt wird. Die Einkoppelrichtung der Seed-Laserstrahlung und die Auskoppelrichtung bzw. die Propagationsrichtung der verstärkten Laserstrahlung können insbesondere senkrecht zueinander verlaufen. Sofern der optische Modulator keine Phasenverschiebung der Laserstrahlung erzeugt, gelangt die an dem Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelte Laserstrahlung, die den zweiten Polarisationszustand aufweist, zu dem weiteren Polarisations-Strahlteiler und wird an diesem in Auskoppelrichtung ausgekoppelt.
  • Bei einer weiteren Weiterbildung führt der weitere Polarisations-Strahlteiler (rückreflektierte) Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand, die entgegen gesetzt zu der an dem weiteren Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelten Laserstrahlung propagiert, einer (weiteren) Strahlfalle zu. Bei der entgegengesetzt zur ausgekoppelten Laserstrahlung propagierenden Laserstrahlung handelt es sich typischer Weise um in der Verstärkeranordnung verstärkte Laserstrahlung, die an einem Objekt, beispielsweise an einer Blende oder an einem Werkstück, reflektiert wird, sofern die Verstärkeranordnung in einer Strahlquelle einer Laserbearbeitungsmaschine verwendet wird. Sofern die Verstärkeranordnung in einer EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung verwendet wird, kann es sich bei dem Objekt um ein Target-Material der EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung handeln. Der weitere Polarisations-Strahlteiler weist zu diesem Zweck typischer Weise eine Strahlteilerfläche auf, die s-polarisierte rückreflektierte Laserstrahlung, die entgegen der Propagationsrichtung der ausgekoppelten verstärkten Laserstrahlung verläuft, zu der weiteren Strahlfalle reflektiert und p-polarisierte rückreflektierte Laserstrahlung transmittiert, oder umgekehrt.
  • Bei dieser Weiterbildung kann die Kombination aus Polarisations-Strahlteiler, weiterem Polarisations-Strahlteiler und dazwischen angeordnetem optischen Modulator als optischer Isolator verwendet werden, um den Eintritt von verstärkter, rückreflektierter Laserstrahlung in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren zu verhindern. Die rückreflektierte Laserstrahlung ist typischerweise polarisiert, kann aber auch unpolarisiert sein und daher Strahlungsanteile in zwei zueinander senkrechten Polarisationszuständen aufweisen. Zurückreflektierte unpolarisierte Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand wird von dem weiteren Polarisations-Strahlteiler zu der weiteren Strahlfalle geleitet. Die von dem weiteren Polarisations-Strahlteiler durchgelassene Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand wird von dem optischen Modulator in Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand umgewandelt, sofern der optische Modulator in einem (ersten) Betriebszustand betrieben wird, der eine Phasenverschiebung von λ/2 erzeugt. Die rückreflektierte Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand, die den optischen Modulator durchlaufen hat, wird an dem Polarisations-Strahlteiler zu der Strahlfalle geleitet. Auf diese Weise wird die gesamte rückreflektierte Laserstrahlung zu den Strahlfallen gelenkt, so dass deren unerwünschte Einkopplung in den Strahlweg zwischen den beiden Retroreflektoren vermieden werden kann. Der hier beschriebene optische Isolator ist vorteilhaft, da dieser auch hohen Laserleistungen im kW-Bereich oder ggf. im Multi-kW-Bereich standhält. Es versteht sich, dass der hier beschriebene optische Isolator auch bei einer Verstärkeranordnung eingesetzt werden kann, die keine Phasenschiebe-Einrichtung und keinen ersten Retroreflektor aufweist, so dass der Strahlweg zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem (zweiten) Retroreflektor nur zwei Mal durchlaufen wird. Eine solche Verstärkeranordnung ist weiter unten beschrieben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Phasenschiebe-Einrichtung eine λ/4-Platte. Eine solche Phasenschiebe-Einrichtung besteht typischer Weise aus einem plattenförmigen, doppelbrechenden Material, welches eine Dicke aufweist, die eine Phasenverschiebung der Laserstrahlung um λ/4 bewirkt, wobei λ die Wellenlänge der Laserstrahlung bezeichnet. Es versteht sich, dass die Phasenschiebe-Einrichtung zur Erzeugung einer λ/4-Phasenverschiebung auch auf andere Weise als durch eine Platte aus einem doppelbrechenden Material realisiert werden kann, beispielsweise durch die Verwendung einer reflektiven phasenschiebenden Optik.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist der optische Modulator zwischen einem ersten Betriebszustand zur Zuführung der Laserstrahlung von der Seed-Lasereinrichtung zu dem Polarisations-Strahlteiler und einem zweiten Betriebszustand zur Auskopplung der verstärkten Laserstrahlung aus dem Strahlweg zwischen der Seed-Lasereinrichtung und dem Polarisations-Strahlteiler umschaltbar. Bei dem elektro-optischen Modulator kann das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand auf die weiter oben beschriebene Weise erfolgen. Bei einem akusto-optischen Modulator unterscheidet sich der Ablenkwinkel der Laserstrahlung in den beiden Betriebszuständen, so dass eine Einkoppelrichtung der Laserstrahlung von einer Auskoppelrichtung abweicht. Da bei einem akusto-optischen Modulator eine Ablenkung unter einem von 0° verschiedenen Winkel aufgrund von Beugungseffekten erfolgt, was in der Regel lediglich mit Leistungsverlusten möglich ist, ist es günstig, wenn der akusto-optische Modulator in einem Betriebszustand einen Ablenkwinkel von 0° aufweist, d. h. inaktiv ist. Insbesondere ist es günstig, wenn der akusto-optische Modulator in dem zweiten Betriebszustand, in dem die verstärkte Laserstrahlung ausgekoppelt wird, einen Ablenkwinkel von 0° erzeugt, um den bei der Ablenkung erzeugten absoluten Leistungsverlust zu reduzieren. Bei der Verwendung eines akusto-optischen Modulators kann typischer Weise auf das Vorsehen von weiteren optischen Bauteilen zur Trennung der von der Seed-Lasereinrichtung eingekoppelten und der aus der Verstärkeranordnung ausgekoppelten verstärkten Laserstrahlung verzichtet werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung, umfassend: eine Seed-Lasereinrichtung zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung, einen optischen Verstärker zur Verstärkung der gepulsten Laserstrahlung, der im Strahlengang zwischen einem Retroreflektor und einem Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist, sowie einen optischen Modulator zur Erzeugung einer einstellbaren Phasenverschiebung der Laserstrahlung, wobei der optische Modulator im Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und einem weiteren Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist, wobei der Polarisations-Strahlteiler Laserstrahlung mit einem ersten Polarisationszustand zu einer Strahlfalle lenkt und Laserstrahlung mit einem zweiten Polarisationszustand in den Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem Retroreflektor einkoppelt, wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung mit dem ersten Polarisationszustand zu dem optischen Modulator durchlässt und (verstärkte) Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand aus dem Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler auskoppelt, und wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler ausgebildet ist, Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand, die entgegen gesetzt zu der an dem weiteren Polarisations-Strahlteiler aus dem Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelten Laserstrahlung propagiert, einer weiteren Strahlfalle zuzuführen.
  • Die Verstärkeranordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung unterscheidet sich von der weiter oben beschriebenen Weiterbildung der Verstärkeranordnung gemäß dem ersten Aspekt, bei welcher ein optischer Isolator realisiert ist, lediglich dadurch, dass nur ein Retroreflektor vorhanden ist und dass keine Phasenschiebe-Einrichtung vorhanden ist, so dass der optische Verstärker nur zwei Mal durchlaufen wird. Eine solche Verstärkeranordnung kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn die Gesamtverstärkung bereits ausreichend groß ist, so dass der optische Verstärker nicht mehr als zwei Mal durchlaufen werden muss. Die optische Isolation wird wie bei der oben beschriebenen Verstärkeranordnung unter anderem dadurch möglich, dass die Seed-Lasereinrichtung die gepulste Laserstrahlung in einer Einkoppelrichtung in die weitere Polarisator-Einrichtung einkoppelt, die sich von der Auskoppelrichtung bzw. der Propagationsrichtung der verstärkten Laserstrahlung unterscheidet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der optische Verstärker mindestens einen Multipass-Verstärker. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem Multipass-Verstärker ein Verstärker verstanden, bei dem das laseraktive Medium, typischer Weise ein Festkörper-Medium, mehrfach durchlaufen wird. Um einen solchen mehrfachen Durchlauf zu realisieren, weist der Multipass-Verstärker typischer Weise mindestens einen, in der Regel eine Mehrzahl von Umlenkspiegeln auf, um die Laserstrahlung zu dem laseraktiven Medium zurück zu reflektieren. Ein solcher Multipass-Verstärker kann ggf. auch einen Endspiegel aufweisen, um einen doppelten Durchlauf durch den Multipass-Verstärker zu realisieren.
  • Die Verwendung eines optischen Verstärkers mit mindestens einem Multipass-Verstärker führt typischer Weise zu einem vergleichsweise langen Strahlweg der Laserstrahlung innerhalb des optischen Verstärkers und somit zu einer vergleichsweise langen Laufzeit zwischen der Einkopplung und der Auskopplung der gepulsten Laserstrahlung. Eine solche vergleichsweise lange Laufzeit der Laserstrahlung ist günstig, da der optische Modulator typischer Weise für die Auskopplung der gepulsten Laserstrahlung von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet werden muss und für die Umschaltung des optischen Modulators eine nicht zu vernachlässigende Schaltzeit benötigt wird. Allgemein gilt, dass die Laufzeit der Laserstrahlung in dem optischen Verstärker länger sein sollte als die Summe aus der Pulsdauer eines Pulses der gepulsten Laserstrahlung und der doppelten Schaltzeit des optischen Modulators.
  • Bei einer Weiterbildung weist der Multipass-Verstärker mindestens ein scheibenförmiges laseraktives Medium (eine Laserscheibe) auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist der Laufweg der Laserstrahlung durch eine Laserscheibe als Verstärkermedium kurz, so dass eine Laserscheibe typischer Weise mehrfach durchlaufen wird, um eine ausreichende Verstärkung der Laserstrahlung zu erzeugen. Der mehrfache Durchgang führt zu einer vergleichsweise großen Laufzeit der Laserstrahlung durch den Multipass-Verstärker, die beispielsweise in der Größenordnung von ca. 100 ns bis ca. 1 μs liegen kann. Die Laserstrahlung kann beispielsweise bei einem 32-fachen Durchgang durch die Laserscheiben mehr als ca. 60 m Strahlweg zurücklegen, was einer Laufzeit von ca. 200 ns entspricht, so dass eine ausreichende Zeitspanne für die zweifache Umschaltung des optischen Modulators zur Verfügung steht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist der optische Modulator ein elektro-optischer Modulator, insbesondere eine Pockelszelle, oder ein akusto-optischer Modulator. Die Verwendung eines elektro-optischen Modulators, bevorzugt einer Pockelszelle, hat sich als günstig erwiesen, da diese sehr geringe Schaltzeiten und geringe Leistungsverluste aufweist, was für die vorliegende Anwendung günstig ist, wie weiter oben beschrieben wurde. Der elektro-optische Modulator bzw. die Pockelszelle kann ggf. selbst eine weitere Phasenschiebe-Einrichtung aufweisen, die eine konstante Phasenverschiebung von beispielsweise λ/2 oder λ/4 erzeugt und die z. B. in Form einer Planplatte aus einem doppelbrechenden Material gebildet sein kann. Bei der Verwendung einer λ/2-Platte kann der elektro-optische Modulator in dem ersten Betriebszustand betrieben werden, in dem dieser die Phasenverschiebung von λ/2 erzeugt, ohne dass zu diesem Zweck ein Steuersignal bzw. eine (Hoch-)Spannung an die Pockelszelle angelegt werden muss. Bei der Verwendung einer λ/4-Platte kann der elektro-optische Modulator mit einer kleineren (Hoch-)Spannung betrieben werden, da lediglich eine einstellbare Phasenverschiebung von –λ/4 bzw. +λ/4 erzeugt werden muss. Es versteht sich, dass auch eine andere Aufteilung zwischen der konstanten und der einstellbaren Phasenverschiebung des elektro-optischen Modulators möglich sind, die eine Phasenverschiebung von λ/2 zwischen den beiden Betriebszuständen zur Folge haben. Die Verwendung einer λ/2-Platte in dem elektro-optischen Modulator ist insbesondere für den Fall günstig, dass der erste Betriebszustand des optischen Modulators den Grundzustand darstellt, d. h. wenn der optische Modulator deutlich länger im ersten Betriebszustand betrieben wird als im zweiten Betriebszustand. In dem zweiten Betriebszustand kann der optische Modulator die Wirkung der weiteren Phasenschiebe-Einrichtung kompensieren, d. h. eine der festen Phasenverschiebung entgegen gesetzte, gleich große Phasenverschiebung erzeugen, so dass beim Durchlauf der Laserstrahlung durch den optischen Modulator keine Phasenverschiebung auftritt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verstärkeranordnung zusätzlich mindestens einen weiteren optischen Verstärker zur Verstärkung der aus dem Strahlweg zwischen den Retroreflektoren oder zwischen dem Retroreflektor und dem Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelten verstärkten Laserstrahlung. Bei dem weiteren Verstärker kann es sich ebenfalls um einen Multipass-Verstärker, beispielsweise um einen Scheibenlaser-Verstärker, handeln, dessen scheibenförmiges Lasermedium mehrfach durchlaufen wird. Es ist aber auch möglich, dass der weitere optische Verstärker auf andere Weise ausgebildet ist und beispielsweise ein stabförmiges Lasermedium aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verstärkeranordnung zusätzlich einen weiteren optischen Modulator zur Auswahl von zu verstärkenden Pulsen der gepulsten Laserstrahlung der Seed-Lasereinrichtung. Der weitere optische Modulator, der z. B. als elektro-optischer oder als akusto-optischer Modulator ausgebildet sein kann, ermöglicht es, bei einer Seed-Lasereinrichtung, die Pulse mit einer hohen Repetitionsrate erzeugt, gezielt einzelne Pulse zu selektieren und diese zur Verstärkung dem optischen Verstärker zuzuführen. Die nicht ausgewählten Pulse können beispielsweise einer Strahlfalle zugeführt werden. Erzeugt die Seed-Lasereinrichtung polarisierte Laserstrahlung, ist es vorteilhaft, die Pulse über einen weiteren elektro-optischen Modulator in Kombination mit einem weiteren Polarisations-Strahlteiler auszuwählen bzw. zur Strahlfalle umzulenken. Auch durch einen weiteren optischen Modulator in Form eines akusto-optischen Modulators kann eine Auswahl von Pulsen erfolgen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung, welche eine Verstärkeranordnung aufweist, wie sie weiter oben beschrieben ist. Die Verstärkeranordnung dient in diesem Fall als so genannte Treiberlaseranordung für die EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung, die zusätzlich zu der Verstärkeranordnung typischer Weise eine Strahlführungseinrichtung zur Führung der verstärkten Laserstrahlung zu einer Fokussiereinrichtung aufweist. Die Fokussiereinrichtung fokussiert die verstärkte Laserstrahlung an einem Zielbereich, an dem ein Target-Material eingebracht ist. Das Target-Material geht bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen Plasma-Zustand über und emittiert hierbei EUV-Strahlung, die beispielsweise mittels eines Kollektorspiegels fokussiert werden kann.
  • Die Einkopplung der Seed-Laserstrahlung erfolgt bei der hier beschriebenen Verstärkeranordnung nicht wie bei Treiberlaseranordnungen für EUV-Lichtquellen sonst üblich in den ersten Verstärker einer Verstärkerkette von z. B. zwei oder drei linearen Verstärkern, sondern in den Strahlengang zwischen zwei der Verstärker, wobei die Einkopplung in Rückwärtsrichtung erfolgt, d. h. entgegen der Propagationsrichtung der aus der Verstärkeranordnung austretenden Laserstrahlung. Der bzw. die im Strahlengang vor Einkopplung angeordneten Verstärker werden in diesem Fall aufgrund des bzw. der Retroreflektoren mindestens zwei Mal, ggf. mindestens vier Mal durchlaufen. Der/die weiteren Verstärker, der/die im Strahlweg der Laserstrahlung nach der Einkopplung der Seed-Laserstrahlung ggf. angeordnet ist/sind, werden hingegen lediglich ein einziges Mal durchlaufen, und zwar entlang der Propagationsrichtung der aus der Verstärkeranordnung austretenden bzw. ausgekoppelten Laserstrahlung. Die Position, an der die Seed-Laserstrahlung in die Verstärkerkette eingekoppelt wird, hängt davon ab, welche Gesamtverstärkung mit der Verstärkerkette realisiert werden soll. Die gesamte Verstärkerkette bzw. die Verstärkeranordnung kann entweder im Grundmode-Betrieb oder im Multi-Mode-Betrieb betrieben werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsmaschine welche eine Verstärkeranordnung aufweist, wie sie weiter oben beschrieben ist. Die Laserbearbeitungsmaschine nutzt die Verstärkeranordnung als Strahlquelle und weist typischer Weise eine Strahlführungseinrichtung auf, um die Laserstrahlung von der Verstärkeranordnung zu dem Werkstück zu führen. Die Laserbearbeitungsmaschine umfasst zudem typischer Weise eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung von Aktuatoren zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Laserstrahlung und dem Werkstück, um das Werkstück an einer gewünschten Stelle beispielsweise schneidend oder schweißend zu bearbeiten.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verstärkeranordnung wie weiter oben beschrieben, umfassend: Betreiben des optischen Modulators während eines ersten Zeitraums, in dem keine gepulste Laserstrahlung aus dem Strahlengang zwischen den Retroreflektoren oder aus dem Strahlengang zwischen dem Retroreflektor und dem Polarisations-Strahlteiler ausgekoppelt wird, in einem ersten Betriebszustand, in dem Laserstrahlung mit dem ersten Polarisationszustand in Laserstrahlung mit dem zweiten Polarisationszustand umgewandelt wird, sowie Betreiben des optischen Modulators während eines zweiten Zeitraums, in dem gepulste Laserstrahlung aus dem Strahlengang zwischen den Retroreflektoren oder zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem Retroreflektor ausgekoppelt wird, in einem zweiten Betriebszustand, in dem im Strahlengang zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler ein Polarisationszustand der Laserstrahlung erhalten bleibt, oder umgekehrt.
  • Der optische Modulator, bei dem es sich in diesem Fall typischer Weise um eine elektro-optischen Modulator handelt, wird in dem ersten Betriebszustand betrieben, wenn keine Laserstrahlung aus dem Strahlengang zwischen den beiden Retroreflektoren bzw. zwischen dem Polarisations-Strahlteiler und dem Retroreflektor ausgekoppelt wird. In dem ersten Betriebszustand wird durch den Polarisations-Strahlteiler, den weiteren Polarisations-Strahlteiler und den optischen Modulator ein optischer Isolator gebildet, der den Eintritt von rückreflektierter Laserstrahlung in den optischen Verstärker verhindert (s. o.). Der zweite Betriebszustand des optischen Modulators wird nur verwendet, um die Laserstrahlung aus dem weiteren Polarisations-Strahlteiler auszukoppeln, so dass der zweite Zeitraum typischer Weise nicht wesentlich größer als die Pulsdauer eines ausgekoppelten Pulses der Laserstrahlung ist. Wenn ein jeweiliger Puls der gepulsten Laserstrahlung ausgekoppelt wurde, spätestens aber unmittelbar bevor die zurück reflektierte Laserstrahlung an dem optischen Modulator eintrifft, wird der optische Modulator vom zweiten in den ersten Betriebszustand umgeschaltet, um als optischer Isolator zu wirken.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
  • 1a, b schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Laserbearbeitungsmaschine mit einer Verstärkeranordnung mit einem elektro-optischen Modulator in einem ersten bzw. in einem zweiten Betriebszustand,
  • 2 eine schematische Darstellung einer EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Verstärkeranordnung mit einem elektro-optischen Modulator,
  • 3a, b schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Verstärkeranordnung mit einem akusto-optischen Modulator in einem ersten bzw. in einem zweiten Betriebszustand, und
  • 4a, b schematische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Verstärkeranordnung mit einem akusto-optischen Modulator.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1a, b zeigen einen beispielhaften Aufbau einer Verstärkeranordnung 1, welche in eine Laserbearbeitungsmaschine 30 integriert ist und welche einen optischen Verstärker 2 zur Verstärkung von Laserstrahlung 3 aufweist, die von einer Seed-Lasereinrichtung 4 (auch „Front End” genannt) erzeugt wird. Die Seed-Lasereinrichtung 4 kann beispielsweise zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung mit Leistungen im Bereich von ca. 50 W bis 100 W oder darüber ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann die Seed-Lasereinrichtung 4 gegebenenfalls die Laserstrahlung mehrerer Strahlquellen räumlich, in der Polarisation und/oder in der Wellenlänge überlagern. Die von der Verstärkeranordnung 1 verstärkte Laserstrahlung 3 wird ggf. über einen weiteren (nicht gezeigten) optischen Verstärker einer Strahlführungseinrichtung 31 der Laserbearbeitungsmaschine 30 zugeführt, welche die verstärkte Laserstrahlung 3 auf ein Werkstück W richtet, um dieses z. B. schneidend oder schweißend zu bearbeiten. Auf die Darstellung einer Fokussiereinrichtung für die verstärkte Laserstrahlung 3 sowie auf die Darstellung von Antrieben zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück W und der Laserstrahlung 3 sowie von weiteren Bauteilen der Laserbearbeitungsmaschine 30 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
  • Bei der Verstärkeranordnung 1 ist der optische Verstärker 2 im Strahlweg 6 zwischen einem ersten Retroreflektor 7a und einem zweiten Retroreflektor 7b angeordnet, die jeweils beispielhaft als Planspiegel dargestellt sind. Im Strahlweg 6 zwischen dem ersten Retroreflektor 7a und dem optischen Verstärker 2 ist im gezeigten Beispiel ein Polarisations-Strahlteiler 8 angeordnet und im Strahlweg 6 zwischen dem optischen Verstärker 2 und dem zweiten Retroreflektor 7b ist eine Phasenschiebe-Einrichtung z. B. in Form einer λ/4-Platte 9 angeordnet. Alternativ könnte eine λ/4-Platte 9 auch im Strahlengang 6 zwischen dem Polarisations-Strahlteiler 8 und dem optischen Verstärker 2 angeordnet werden, sofern der optische Verstärker 2 für die Verstärkung von zirkular polarisierter Laserstrahlung 3 ausgelegt ist.
  • Der Polarisations-Strahlteiler 8 weist eine Strahlteilerfläche 8a auf, die beispielsweise in Form einer (dünnen) polarisationsselektiven Beschichtung ausgebildet sein kann. Die Strahlteilerfläche 8a reflektiert Laserstrahlung 3, die einen ersten (linearen) Polarisationszustand s aufweist, der nachfolgend als s-Polarisation bezeichnet wird und bei dem der Feldstärkevektor der Laserstrahlung 3 senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist. Die Strahlteilerfläche 8a des Polarisations-Strahlteilers 8 transmittiert Laserstrahlung 3, die einen zweiten (linearen) Polarisationszustand p aufweist, der nachfolgend als p-Polarisation bezeichnet wird und bei dem der Feldstärkevektor der Laserstrahlung 3 in der Zeichenebene liegt.
  • Analog ist auch eine Strahlteilerfläche 10a eines weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 ausgebildet, welcher zwischen der Seed-Lasereinrichtung 4 und einem optischen Modulator 11 angeordnet ist, der im gezeigten Beispiel als Pockelszelle ausgebildet ist. Die Verstärkeranordnung 1 weist zusätzlich eine Strahlfalle 12 auf, die bezüglich des Polarisations-Strahlteilers 8, genauer gesagt bezüglich dessen Strahlteilerfläche 8a, so angeordnet ist, dass diese s-polarisierte Laserstrahlung 3 auffängt, die den ersten Polarisationszustand s aufweist und den optischen Modulator 11 durchlaufen hat, so dass diese an der Strahlteilerfläche 8a des Polarisations-Strahlteilers 8 reflektiert wird.
  • Die Verstärkeranordnung 1 weist auch eine weitere Strahlfalle 13 auf, die bezüglich der Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 derart angeordnet ist, dass diese Laserstrahlung 3 auffängt, welche von der Seed-Lasereinrichtung 4 ausgeht und die zweite Polarisationsrichtung p aufweist, so dass diese von der Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 transmittiert wird. Der weitere Polarisations-Strahlteiler 10 bzw. dessen Strahlteilerfläche 10a ist unter einem Winkel von beispielsweise 45° zur Propagationsrichtung der Laserstrahlung 3 (im gezeigten Beispiel von rechts nach links) ausgerichtet, die zu der Strahlführungseinrichtung 31 durchgelassen wird und die Verstärkeranordnung 1 verlässt (vgl. 1b). Rückreflektierte Laserstrahlung 3', die den ersten Polarisationszustand s aufweist und die entgegen der Propagationsrichtung der Laserstrahlung 3 (im gezeigten Beispiel von links nach rechts) verläuft, wird von der Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 reflektiert und zu der weiteren Strahlfalle 13 gelenkt. Abhängig von der Beschaffenheit der polarisationsselektiven Beschichtung kann es günstig sein, die Strahlteilerfläche 10a unter einem von 45° abweichenden Winkel zur Propagationsrichtung der Laserstrahlung 3 auszurichten.
  • Nachfolgend wird anhand von 1a, b die zeitliche Abfolge bei der Verstärkung der gepulsten Laserstrahlung 3 in der Verstärkeranordnung 1 beschrieben, wobei 1a die Verstärkeranordnung 1 in einem ersten Betriebszustand B1 des optischen Modulators 11 zeigt, in welcher dieser eine Phasenverschiebung von λ/2 erzeugt, während in 1b der optische Modulator 11 in einem zweiten Betriebszustand B2 dargestellt ist, in dem dieser keine Phasenverschiebung erzeugt.
  • Die gepulste Laserstrahlung 3, die von der Seed-Lasereinrichtung 4 emittiert wird, ist im gezeigten Beispiel unpolarisiert und trifft auf die Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10, an der Laserstrahlung 3 mit dem zweiten Polarisationszustand p zu der weiteren Strahlfalle 13 transmittiert wird. Der Anteil der Laserstrahlung 3 der Seed-Lasereinrichtung 4, welcher den ersten Polarisationszustand s aufweist, wird an der Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 reflektiert und durchläuft den optischen Modulator 11.
  • Wie weiter oben beschrieben wurde, ist der optische Modulator 11 in 1a im ersten Betriebszustand B1, in dem dieser eine Phasenverschiebung der Laserstrahlung 3 um λ/2 bewirkt, so eingestellt, dass die von dem weiteren Polarisations-Strahlteiler 10 reflektierte Laserstrahlung 3, die den ersten Polarisationszustand s aufweist, nach dem Durchlaufen des optischen Modulators 11 den zweiten Polarisationszustand p aufweist. Die Laserstrahlung 3 mit dem zweiten Polarisationszustand p wird von dem Polarisations-Strahlteiler 8 transmittiert und tritt in den Strahlweg 6 zwischen den beiden Retroreflektoren 7a, 7b ein. Der Strahlweg 6 zwischen den Retroreflektoren 7a, 7b, in dem der optische Verstärker 2 angeordnet ist, wird im gezeigten Beispiel insgesamt vier Mal durchlaufen, bevor die Laserstrahlung 3 über den Polarisations-Strahlteiler 8 ausgekoppelt wird, wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.
  • Die von dem Polarisations-Strahlteiler 8 transmittierte, p-polarisierte Laserstrahlung 3 durchläuft den optischen Verstärker 2 ein erstes Mal und trifft auf die geeignet orientierte λ/4-Platte 9, an welcher die p-polarisierte Laserstrahlung 3 in zirkular polarisierte Laserstrahlung 3 umgewandelt wird, die auf den zweiten Retroreflektor 7b trifft und an diesem in sich selbst reflektiert wird, womit der erste Durchlauf durch den optischen Verstärker 2 abgeschlossen ist. Die an dem zweiten Retroreflektor 7b reflektierte Laserstrahlung 3, die in 1a, b ebenfalls mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, durchläuft den Strahlweg 6 durch den optischen Verstärker 2 in umgekehrter Richtung ein zweites Mal. Die Laserstrahlung 3 durchläuft bei dem zweiten Durchlauf zunächst ein zweites Mal die geeignet orientierte λ/4-Platte 9, wodurch der zirkulare Polarisationszustand der Laserstrahlung 3 in den ersten (linearen) Polarisationszustand s übergeführt wird. Die Laserstrahlung 3 trifft nach dem optischen Verstärker 2 auf den Polarisations-Strahlteiler 8, an dessen Strahlteilerfläche 8a sie zu dem ersten Retroreflektor 7a umgelenkt wird. An dem ersten Retroreflektor 7a wird die Laserstrahlung 3 in sich zurück reflektiert und durchläuft den optischen Verstärker 2 bzw. den Strahlweg 6 zwischen den beiden Retroreflektoren 7a, 7b ein drittes Mal.
  • Bei dem dritten Durchlauf wird die von dem ersten Retroreflektor 7a reflektierte Laserstrahlung 3 an dem Polarisations-Strahlteiler 8 zunächst umgelenkt und durchläuft danach den optischen Verstärker 2, bevor diese erneut auf die λ/4-Platte 9 trifft, an welcher der erste Polarisationszustand s der Laserstrahlung 3 in einen zirkularen Polarisationszustand umgewandelt wird. Die an dem zweiten Retroreflektor 7b reflektierte Laserstrahlung 3 durchläuft erneut die λ/4-Platte 9, so dass diese p-polarisiert wird und den optischen Verstärker 2 ein viertes Mal durchläuft. Die auf den Polarisations-Strahlteiler 8 auftreffende Laserstrahlung 3 mit dem zweiten Polarisationszustand p wird von der Strahlteilerfläche 8a transmittiert und aus dem Strahlengang 6 zwischen den beiden Retroreflektoren 7a, 7b ausgekoppelt.
  • Kurz bevor die aus dem Strahlweg 6 ausgekoppelte Laserstrahlung 3 auf den optischen Modulator 11 auftrifft, wird dieser für die Dauer, welche die Laserstrahlung 3 für das Durchlaufen des optischen Modulators 11 benötigt, von dem in 1a gezeigten ersten Betriebszustand B1 in den in 1b gezeigten zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet, in dem dieser keine Phasenverschiebung erzeugt, d. h. der zweite Polarisationszustand p der Laserstrahlung 3 bleibt im Strahlengang 6a zwischen dem Polarisations-Strahlteiler 8 und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler 10 erhalten. Die Laserstrahlung 3, welche den zweiten Polarisationszustand p aufweist, wird von der Strahlteilerfläche 10a des weiteren Polarisations-Strahlteilers 10 in Richtung auf die Strahlführungseinrichtung 31 transmittiert. Die Strahlführungseinrichtung 31 wird nur ein einziges Mal durchlaufen. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Verstärkeranordnung 1 einen oder ggf. mehrere weitere optische Verstärker aufweisen, die im Strahlweg nach dem weiteren Polarisations-Strahlteiler 10 angeordnet sind und von der Laserstrahlung 3 nur ein einziges Mal durchlaufen werden.
  • Aufgrund des vierfachen Durchlaufs der Laserstrahlung durch den optischen Verstärker 2, der zwischen den beiden Retroreflektoren 7a, 7b angeordnet ist, kann trotz der Verwendung einer geringen Seed-Leistung der Seed-Lasereinrichtung 4 eine hohe Gesamtverstärkung der Verstärkeranordnung 1 erreicht werden. Bei der in 1a, b, gezeigten Verstärkeranordnung 1 kann Laserstrahlung 3 (vgl. 1a), die unerwünschter Weise an einem Objekt, beispielsweise an dem Werkstück W, einer Blende oder an einem Target-Material einer EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung (s. u.) zurück reflektiert wird, in den optischen Verstärker 2 zurück reflektiert werden und dort ggf. eine erhebliche, unerwünschte Leistungsextraktion in Rückwärtsrichtung erzeugen.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, wird die Kombination aus dem Polarisations-Strahlteiler 8, dem weiteren Polarisations-Strahlteiler 10 und dem optischen Modulator 11 als optischer Isolator verwendet. Der optische Modulator 11 wird für die Unterdrückung der rückreflektierten Laserstrahlung 3', die in 1a durch eine gepunktete Linie dargestellt ist, in dem ersten Betriebszustand B1 betrieben, in dem der optische Modulator 11 eine Phasenverschiebung von λ/2 erzeugt. Die rückreflektierte Laserstrahlung 3' ist typischer Weise ganz oder teilweise polarisiert, kann aber auch unpolarisiert sein und trifft zunächst auf den weiteren Polarisations-Strahlteiler 10, an dem derjenige Anteil der rückreflektierten Laserstrahlung 3', welcher den ersten Polarisationszustand s aufweist, zu der weiteren Strahlfalle 13 umgelenkt wird. Der Anteil der rückreflektierten Laserstrahlung 3' mit dem zweiten Polarisationszustand p durchläuft den optischen Modulator 11 und wird in rückreflektierte Laserstrahlung 3' mit dem ersten Polarisationszustand s übergeführt, die auf den Polarisations-Strahlteiler 8 trifft und an dessen Strahlteilerfläche 8a zu der Strahlfalle 12 umgelenkt wird.
  • Sofern der optische Modulator 11 sich im ersten Betriebszustand B1 befindet, ermöglicht dieser bzw. die in 1a, b gezeigte Anordnung eine optische Isolation, welche den optischen Verstärker 2 vor rückreflektierter Laserstrahlung 3' schützt. Der optische Modulator 11 wird typischer Weise über einen vergleichsweise großen Zeitraum T1 in dem ersten, in 1a gezeigten Betriebszustand B1 betrieben und nur während der Auskopplung der gepulsten Laserstrahlung 3 aus dem Strahlweg 6 zwischen den Retroreflektoren 7a, 7b in dem zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet. Der Zeitraum T2, in dem der elektro-optische Modulator 11 in dem zweiten Betriebszustand B2 betrieben wird, ist typischer Weise nur geringfügig großer als die Pulsdauer eines verstärkten Laserpulses der Laserstrahlung.
  • Es versteht sich, dass die von der Seed-Lasereinrichtung 4 erzeugten Pulse der gepulsten Laserstrahlung 3 zeitlich so abgestimmt erzeugt werden bzw. die Verstärkeranordnung 1 insgesamt derart ausgelegt wird, dass während der zweiten Zeitdauer T2 keine rückreflektierte Laserstrahlung 3' bei dem optischen Modulator 11 eintrifft. Die zeitliche Synchronisation der Erzeugung der gepulsten Laserstrahlung 3 der Seed-Laserquelle 4 mit der Schaltung des optischen Modulators 11 zwischen den beiden Betriebszuständen B1, B2 kann mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Steuereinrichtung erfolgen. Da der optische Modulator 11 deutlich länger im ersten Betriebszustand B1 als im zweiten Betriebszustand B2 betrieben wird, ist es günstig, wenn der optische Modulator 11, im gezeigten Beispiel die Pockelszelle, eine Phasenschiebe-Einrichtung aufweist, die eine konstante Phasenverschiebung von λ/2 erzeugt. Auf diese Weise ist es lediglich während der Zeitdauer T2 erforderlich, ein Hochspannungs-Signal an die Pockelszelle anzulegen, um mit dieser eine Phasenverschiebung von λ/2 zu erzeugen, so dass der optische Modulator 11 insgesamt keine Auswirkung auf den Polarisationszustand der Laserstrahlung 3 aufweist, was dem zweiten Betriebszustand B2 entspricht. Es versteht sich, dass die Ausrichtung der Strahlteilerflächen 8a, 10a ersten Polarisations-Strahlteilers 8 und des zweiten Polarisations-Strahlteilers 10 zum Strahlweg 6, 6b vom hier beschriebenen Beispiel abweichen können. Auch können die Positionen der Seed-Lasereinrichtung 4 und der Strahlführungseinrichtung 31 im Strahlweg 6a vertauscht werden. In diesem Fall sind die Betriebszustände B1, B2 des elektro-optischen Modulators 11 geeignet anzupassen.
  • 2 zeigt stark schematisch eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung 20, welche eine Verstärkeranordnung 1 aufweist, die sich von der im Zusammenhang mit 1a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 dadurch unterscheidet, dass diese an Stelle von zwei Retroreflektoren 7a, 7b lediglich einen Retroreflektor 7 aufweist, der am Ort des zweiten Retroreflektors 7b der in 1a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 angeordnet ist. Die in 2 gezeigte Verstärkeranordnung 1 unterscheidet sich weiterhin dadurch von der Verstärkeranordnung von 1a, b, dass diese keine λ/4-Platte aufweist, so dass der Strahlweg 6 zwischen dem Polarisations-Strahlteiler 8 und dem Retroreflektor 7 von der Laserstrahlung 3 nur zwei Mal durchlaufen wird. Der Betrieb der Verstärkeranordnung 1 von 3 erfolgt auf die im Zusammenhang mit 1a, b beschriebene Weise.
  • Bei der Verstärkeranordnung 1 von 2 weist der optische Verstärker 2 einen ersten und zweiten Multipass-Verstärker 2a, 2b auf, die jeweils eine Laserscheibe 14 als Verstärkungsmedium bzw. als laseraktives Medium aufweisen, das mit Hilfe von nicht gezeigter Pumpstrahlung gepumpt wird. Die Laserstrahlung 3 wird mit Hilfe von Umlenkspiegeln 15 mehrmals zu der jeweiligen Laserscheibe 14 reflektiert, so dass diese von der Laserstrahlung 3 mehrfach durchlaufen wird, bevor diese den jeweiligen Multipass-Scheibenlaserverstärker 2a, 2b verlässt. Die in 2 gezeigte Verstärkeranordnung 1 weist einen (optionalen) weiteren optischen Verstärker 5 auf, welcher von der in dem optischen Verstärker 2 verstärkten Laserstrahlung 3 nur ein einziges Mal durchlaufen wird. Der weitere optische Verstärker 5 kann ebenfalls als Multipass-Verstärker, beispielsweise als Multipass-Scheibenlaserverstärker, ausgebildet sein. Es versteht sich, dass alternativ zu dem in 2 gezeigten Beispiel der optische Verstärker 2 mehr oder weniger als zwei Verstärkerstufen aufweisen kann, die beispielsweise in Form eines Multipass-Verstärkers 2a, 2b ausgebildet sind. Auch der weitere Verstärker 5 kann eine, zwei oder mehr Verstärkerstufen aufweisen.
  • Die von der Verstärkeranordnung 1 erzeugte und verstärkte Laserstrahlung 3 wird bei der in 2 gezeigten EUV-Strahlungserzeugungseinrichtung 20 über eine nicht näher dargestellte Strahlführungseinrichtung 21 zu einer Fokussiereinrichtung 22 geführt, die transmissiv und/oder reflektiv ausgebildet sein kann. Die Fokussiereinrichtung 22 dient dazu, die von der Seed-Lasereinrichtung 4 erzeugte und von den optischen Verstärkern 2, 5 verstärkte Laserstrahlung 3 an einem Zielbereich zu fokussieren, an dem ein Target-Material 23 eingebracht ist. Das Target-Material 23 geht bei der Bestrahlung mit der gepulsten Laserstrahlung 3 in einen Plasma-Zustand über und emittiert hierbei EUV-Strahlung, die mittels eines Kollektorspiegels 24 fokussiert wird. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel weist der Kollektorspiegel 24 eine Öffnung zum Durchtritt der Laserstrahlung 3 auf. An dem Target-Material 23 wird typischer Weise ein Anteil der verstärkten Laserstrahlung 3 zu der Verstärkeranordnung 1 zurück reflektiert, der auf die weiter oben beschriebene Weise am Eintritt in den optischen Verstärker 2 gehindert werden kann.
  • Die in 2 gezeigte Verstärkeranordnung 1 weist einen weiteren (optionalen) optischen Modulator 16 auf, der zwischen der Seed-Lasereinrichtung 4 und dem zweiten Polarisations-Strahlteiler 10 angeordnet ist. Der weitere optische Modulator 16 kann dazu dienen, einzelne Pulse 17 aus der von der Seed-Lasereinrichtung 4 erzeugten gepulsten Laserstrahlung 3 bzw. der von dieser erzeugten Pulsfolge auszuwählen, um diese in der Verstärkeranordnung 1 zu verstärken. Bei dem weiteren optischen Modulator 16 kann es sich beispielsweise um einen elektro-optischen Modulator oder um einen akusto-optischen Modulator handeln. Die von dem weiteren optischen Modulator 16 nicht zur Verstärkung ausgewählten Pulse werden einer (nicht gezeigten) weiteren Strahlfalle oder (im Fall einer polarisierten Seed-Lasereinrichtung 4) der weiteren Strahlfalle 13 zugeführt.
  • Es versteht sich, dass die in 2 gezeigte Verstärkeranordnung 1 alternativ auf die im Zusammenhang mit 1a, b beschriebene Weise ausgebildet sein kann und vier Mal durchlaufen wird. Auch kann der optische Verstärker 2 bei der in 1a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 wie der in Zusammenhang mit 2 gezeigte optische Verstärker 2 ausgebildet sein und beispielsweise, eine, zwei oder mehr Multipass-Verstärker 2a, 2b aufweisen, die insbesondere als Multipass-Scheibenlaserverstärker ausgebildet sein können. Auch kann die in 1a, b gezeigte Verstärkeranordnung 1 einen oder mehrere weitere optische Verstärker aufweisen, die nur ein einziges Mai durchlaufen werden. Die in 1a, b gezeigte Verstärkeranordnung 1 kann ebenfalls einen weiteren optischen Modulator 16 zur Auswahl von Pulsen 17 der Seed-Lasereinrichtung 4 aufweisen.
  • In 3a, b und in 4a, b sind zwei weitere Beispiele von Verstärkeranordnungen 1 beschrieben, die sich von der in 1a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 im Wesentlichen dadurch unterscheiden, dass diese an Stelle des elektro-optischen Modulators 11 einen akusto-optischen Modulator 11a aufweisen. Der akusto-optische Modulator 11a ist zwischen einem ersten Betriebszustand B1 zur Zuführung der Laserstrahlung 3 von der Seed-Lasereinrichtung 4 zu dem Polarisations-Strahlteiler 8 und einem zweiten Betriebszustand B2 zur Auskopplung der verstärkten Laserstrahlung 3 aus dem Strahlweg 6a zwischen der Seed-Lasereinrichtung 4 und dem Polarisations-Strahlteiler 8 umschaltbar, wobei die ausgekoppelte Laserstrahlung 3 im gezeigten Beispiel einem weiteren optischen Verstärker 5 zugeführt wird. Es versteht sich, dass die ausgekoppelte Laserstrahlung 5 nicht zwingend weiter verstärkt werden muss.
  • Bei dem in 3a, b gezeigten Beispiel erzeugt der akusto-optische Modulator 11a, der beispielsweise in Form einer Bragg-Zelle ausgebildet sein kann, einen ersten Ablenkwinkel θ1 der Laserstrahlung 3 von 0°, d. h. der akusto-optische Modulator 11a ist im ersten Betriebszustand B1 inaktiv und lenkt die Laserstrahlung 3 nicht ab. Da die Seed-Lasereinrichtung 4 bei dem in 1a, b gezeigten Beispiel im Strahlengang 6a in einer Sichtlinie zu dem Polarisations-Strahlteiler 8 angeordnet ist, wird im ersten Betriebszustand B1 die Laserstrahlung 3 dem Polarisations-Strahlteiler 8 zugeführt, tritt in den Strahlengang 6 zwischen den beiden Retroreflektoren 7a, 7b ein und wird verstärkt. Da der weitere optische Verstärker 5 unter einem zweiten Ablenkwinkel θ2 zur Sichtlinie zwischen der Seed-Lasereinrichtung 4 und dem Polarisations-Strahlteiler 8 angeordnet ist, wird an einem Bauteil rückreflektierte Laserstrahlung 3' von dem akusto-optischen Modulator 11a im ersten Betriebszustand B1 nicht zu dem Polarisations-Strahlteiler 8 geführt, sondern verlässt diesen ohne Ablenkung und wird von einer Strahlfalle 12 absorbiert. Der akusto-optische Modulator 11a dient somit im ersten Betriebszustand B1 als optischer Isolator, d. h. zur Vermeidung der Einkopplung von rückreflektierter Laserstrahlung 3' in den optischen Verstärker 2.
  • Die von der Seed-Lasereinrichtung 4 erzeugte Laserstrahlung 3 wird im gezeigten Beispiel mit dem zweiten Polarisationszustand p erzeugt, so dass auf das Vorsehen einer Strahlfalle zur Absorption von Laserstrahlung 3 mit dem ersten Polarisationszustand s an einer dem ersten Retroreflektor 7a gegenüber liegenden Seite des Polarisations-Strahlteilers 8 verzichtet werden kann. Es versteht sich, dass bei der in 3a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 eine Seed-Lasereinrichtung 4 vorgesehen werden kann, die beispielsweise unpolarisierte Laserstrahlung 3 erzeugt. In diesem Fall kann wie in 1a, b und 2 eine (weitere) Strahlfalle vorgesehen werden, um die Laserstrahlung 3 mit der ersten Polarisationsrichtung s zu absorbieren.
  • 3b zeigt den akusto-optischen Modulator 11a in dem zweiten Betriebszustand B2, in dem dieser die verstärkte Laserstrahlung 3 unter einem zweiten Ablenkwinkel θ2 von beispielsweise 1° zu dem weiteren optischen Verstärker 5 ablenkt. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird der zweite Betriebszustand B2 nur während eines vergleichsweise kurzen Zeitraums T2 angenommen, um einen Puls der verstärkten Laserstrahlung 3 aus der Verstärkeranordnung 1 auszukoppeln, während der akusto-optische Modulator 11a vergleichsweise lang im ersten Betriebszustand B1, d. h. inaktiv, betrieben wird.
  • Die in 4a, b gezeigte Verstärkeranordnung 1 unterscheidet sich von der in 3a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Anordnung der Seed-Lasereinrichtung 4 und des weiteren optischen Verstärkers 5 im Strahlengang der Laserstrahlung 3 vertauscht ist. Der akusto-optische Modulator 11a ist in diesem Fall im ersten, in 4a gezeigten Betriebszustand B1 aktiv und lenkt die Laserstrahlung 3 der Seed-Lasereinrichtung 4 unter einem ersten Ablenkwinkel θ1 von beispielsweise ca. 1° ab, so dass die Laserstrahlung 3 zum Polarisations-Strahlteiler 8 geführt wird. Gleichzeitig wird rückreflektierte Laserstrahlung 3' im ersten Betriebszustand B1 unter dem ersten Ablenkwinkel θ1 zu einer weiteren Strahlfalle 13 umgelenkt und von dieser absorbiert.
  • Im zweiten, in 4b gezeigten Betriebszustand B2 ist der akusto-optische Modulator 11a nicht aktiv, d. h. für den zweiten Ablenkwinkel θ2 gilt: θ2 = 0°. Im zweiten Betriebszustand B2 durchläuft die verstärkte Laserstrahlung 3 den akusto-optischen Modulator 11 ohne Ablenkung und wird über den weiteren optischen Verstärker 5 aus der Verstärkeranordnung 1 ausgekoppelt. Bei der in 4a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 ist vorteilhaft, dass der absolute Leistungsverlust im akusto-optischen Modulator 11a kleiner ist als bei der in 3a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1. Bei der in 4a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1 ist jedoch die Isolation gegen rückreflektierte Laserstrahlung 3' typischer Weise geringer als bei der in 3a, b gezeigten Verstärkeranordnung 1, da die rückreflektierte Laserstrahlung 3' von dem akusto-optischen Modulator 11a typischer Weise nicht vollständig zu der weiteren Strahlfalle 13 umgelenkt bzw. gebeugt wird. Die in 4a, b gezeigte Verstärkeranordnung 1 ist daher insbesondere für den Fall vorteilhaft, dass mit wenig rückreflektierter Laserstrahlung 3' zu rechnen ist.
  • Es versteht sich, dass die in 3a, b und 4a, b gezeigten Verstärkeranordnungen 1 nicht zwingend zwei Retroreflektoren 7a, 7b benötigen, sondern ggf. wie in 2 nur einen einzigen Retroreflektor 7 aufweisen können. Die in 3a, b und 4a, b gezeigten Verstärkeranordnungen 1 können ebenfalls in Laserbearbeitungsmaschinen 30, in EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtungen 20 oder bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, die eine hohe Laserleistung erfordern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (16)

  1. Verstärkeranordnung (1), umfassend: einen optischen Verstärker (2) zur Verstärkung von Laserstrahlung (3), einen ersten Retroreflektor (7a) und einen zweiten Retroreflektor (7b), wobei der Verstärker (2) in einem Strahlweg (6) der Laserstrahlung (3) zwischen dem ersten Retroreflektor (7a) und dem zweiten Retroreflektor (7b) angeordnet ist, wobei im Strahlweg (6) zwischen dem ersten Retroreflektor (7a) und dem Verstärker (3) ein Polarisations-Strahlteiler (8) angeordnet ist, der Laserstrahlung (3) mit einem ersten Polarisationszustand (s) entlang des Strahlwegs (6) zwischen den beiden Retroreflektoren (7a, 7b) passieren lässt und der Laserstrahlung (3) mit einem zweiten Polarisationszustand (p) aus dem Strahlweg (6) zwischen den beiden Retroreflektoren (7a, 7b) auskoppelt, und wobei im Strahlweg (6) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem zweiten Retroreflektor (7b) eine Phasenschiebe-Einrichtung (9) zur Erzeugung einer festen Phasenverschiebung (λ/4) zur Umwandlung von Laserstrahlung (3) mit dem ersten Polarisationszustand (s) in Laserstrahlung (3) mit dem zweiten Polarisationszustand (p) und umgekehrt angeordnet ist.
  2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Seed-Lasereinrichtung (4) zur Erzeugung der Laserstrahlung (3), sowie einen optischen Modulator (11, 11a) zur Erzeugung einer einstellbaren Phasenverschiebung (λ/2, 0) der Laserstrahlung (3) oder eines einstellbaren Ablenkwinkels (θ1, θ2) der Laserstrahlung (3), der zwischen der Seed-Lasereinrichtung (4) und dem Polarisations-Strahlteiler (8) angeordnet ist.
  3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2, bei welcher der Polarisations-Strahlteiler (8) ausgebildet ist, Laserstrahlung (3) der Seed-Lasereinrichtung (4), die nach dem Durchlaufen des optischen Modulators (11, 11a) den zweiten Polarisationszustand (p) aufweist, in den Strahlweg (6) zwischen den Retroreflektoren (7a, 7b) einzukoppeln und bevorzugt Laserstrahlung (3) der Seed-Lasereinrichtung (4), die nach dem Durchlaufen des optischen Modulators (11, 11a) den ersten Polarisationszustand (s) aufweist, zu einer Strahlfalle (12) zu leiten.
  4. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2 oder 3, weiter umfassend: einen weiteren Polarisations-Strahlteiler (10), wobei der optische Modulator (11) im Strahlengang (6a) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) angeordnet ist, und wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler (10) ausgebildet ist, Laserstrahlung (3) der Seed-Lasereinrichtung (4) mit dem ersten Polarisationszustand (s) zu dem optischen Modulator (11) durchzulassen und Laserstrahlung (3) mit dem zweiten Polarisationszustand (p) aus dem Strahlengang (6a) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) auszukoppeln.
  5. Verstärkeranordnung nach Anspruch 4, bei welcher der weitere Polarisations-Strahlteiler (10) ausgebildet ist, Laserstrahlung (3') mit dem ersten Polarisationszustand (s), die entgegen gesetzt zu der an dem werteren Polarisations-Strahlteiler (10) ausgekoppelten Laserstrahlung (3) propagiert, einer weiteren Strahlfalle (13) zuzuführen.
  6. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher der optische Modulator (11, 11a) zwischen einem ersten Betriebszustand (B1) zur Zuführung der Laserstrahlung (3) von der Seed-Lasereinrichtung (4) zu dem Polarisations-Strahlteiler (8) und einem zweiten Betriebszustand (B2) zur Auskopplung der verstärkten Laserstrahlung (3) aus dem Strahlweg (6a) zwischen der Seed-Lasereinrichtung (4) und dem Polarisations-Strahlteiler (8) umschaltbar ist.
  7. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Phasenschiebe-Einrichtung eine λ/4-Platte (9) ist.
  8. Verstärkeranordnung (1), umfassend: eine Seed-Lasereinrichtung (4) zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung (3), einen optischen Verstärker (2) zur Verstärkung der gepulsten Laserstrahlung (3), der im Strahlengang (6) zwischen einem Retroreflektor (7) und einem Polarisations-Strahlteiler (8) angeordnet ist, sowie einen optischen Modulator (11) zur Erzeugung einer einstellbaren Phasenverschiebung (λ/2, 0) der Laserstrahlung (3), wobei der optische Modulator (11) im Strahlengang (6a) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und einem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) angeordnet ist, wobei der Polarisations-Strahlteiler (8) Laserstrahlung (3) mit einem ersten Polarisationszustand (s) zu einer Strahlfalle (12) lenkt und Laserstrahlung (3) mit einem zweiten Polarisationszustand (p) in den Strahlengang (6) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem Retroreflektor (7) einkoppelt, wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler (10) Laserstrahlung (3) der Seed-Lasereinrichtung (4) mit dem ersten Polarisationszustand (s) zu dem optischen Modulator (11) durchlässt und Laserstrahlung (3) mit dem zweiten Polarisationszustand (p) aus dem Strahlengang (6a) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) auskoppelt, und wobei der weitere Polarisations-Strahlteiler (10) ausgebildet ist, Laserstrahlung (3) mit dem ersten Polarisationszustand (s), die entgegen gesetzt zu der an dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) aus dem Strahlengang (6a) zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) ausgekoppelten Laserstrahlung (3) propagiert, einer weiteren Strahlfalle (13) zuzuführen.
  9. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Verstärker (2) mindestens einen Multipass-Verstärker (2a, 2b) umfasst.
  10. Verstärkeranordnung nach Anspruch 9, bei welcher der Multipass-Verstärker (2a, 2b) mindestens ein scheibenförmiges laseraktives Medium (14) aufweist.
  11. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der optische Modulator ein elektro-optischer Modulator (11) oder ein akusto-optischer Modulator (11a) ist.
  12. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens einen weiteren optischen Verstärker (5) zur Verstärkung der aus dem Strahlweg (6) zwischen den Retroreflektoren (7a, 7b) oder zwischen dem Retroreflektor (7) und dem Polarisations-Strahlteiler (8) ausgekoppelten, verstärkten Laserstrahlung (3).
  13. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, weiter umfassend: einen weiteren optischen Modulator (16) zur Auswahl von zu verstärkenden Pulsen (17) der gepulsten Laserstrahlung (3) der Seed-Lasereinrichtung (4).
  14. EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung (20), umfassend: eine Verstärkeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Laserbearbeitungsmaschine (30), umfassend: eine Verstärkeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  16. Verfahren zum Betreiben einer Verstärkeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, umfassend: Betreiben des optischen Modulators (11) während eines ersten Zeitraums (T1), in dem keine gepulste Laserstrahlung (3) aus dem Strahlengang (6) zwischen den Retroreflektoren (7a, 7b) oder aus dem Strahlengang (6) zwischen dem Retroreflektor (7) und den Polarisations-Strahlteiler (8) ausgekoppelt wird, in einem ersten Betriebszustand (B1), in dem Laserstrahlung (3) mit dem ersten Polarisationszustand (s) in Laserstrahlung (3) mit dem zweiten Polarisationszustand (p) umgewandelt wird, sowie Betreiben des optischen Modulators (11) während eines zweiten Zeitraums (T2), in dem gepulste Laserstrahlung (3) aus dem Strahlengang (6) zwischen den Retroreflektoren (7a, 7b) oder zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem Retroreflektor (7) ausgekoppelt wird, in einem zweiten Betriebszustand (B2), in dem zwischen dem Polarisations-Strahlteiler (8) und dem weiteren Polarisations-Strahlteiler (10) ein Polarisationszustand (s) der Laserstrahlung (3) erhalten bleibt.
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