DE60003408T2 - Kontinuierliches fern-uv-laser-system mit zwei aktiven resonatoren - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Ultraviolett(UV)-Laser. Sie bezieht sich insbesondere auf einen Laser, bei welchem Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 200 und 280 Nanometern (nm), die durch einen ersten aktiven Laserresonator erzeugt wird, in einem optisch nichtlinearen Kristall, der in einem zweiten aktiven Laserresonator angeordnet ist, mit Strahlung gemischt wird, die durch den zweiten Laserresonator erzeugt wird und eine Wellenlänge zwischen etwa 900 und 1080 nm aufweist, wodurch Strahlung mit einer dritten Wellenlänge erzeugt wird, die der Summenfrequenz der ersten und der zweiten Wellenlänge entspricht und eine Wellenlänge zwischen etwa 175 und 215 nm aufweist.
  • Erörterung des Hintergrundes der Erfindung
  • Optische Systeme werden in der optischen Lithographie zur Strukturierung oder dem "Schreiben" auf Fotolack für lithographische Maskierungsvorgänge genutzt. Die Auflösung dieser optischen Systeme ist umgekehrt proportional zu der für die Strukturierung oder das Schreiben verwendeten Wellenlänge. Bei so genannten direktschreibenden Systemen, bei denen mit Fotolack beschichtete Wafer direkt durch einen optisch gelenkten, fokussierten Strahl strukturiert werden, anstatt dass sie belichtet werden, ist die Qualität des Strahls zur Erzielung der höchstmöglichen Auflösung und dementsprechend der kleinstmöglichen Merkmalsgröße genauso wichtig wie die Wellenlänge des Strahls. Kleinere Merkmale führen natürlich zu einer höheren Packungsdichte der Bauteile. Eine besonders nützliche Lichtquelle für direkte Schreibvorgänge ist ein resonatorintern frequenzverdoppelnder Argonionen-Laser mit einer Ausgangswellenlänge von 244 nm. Ein solcher Laser wird in einem Direktschreibsystem, das von der Etec Inc., Hayward, Kalifornien herstellt wird, genutzt. Wegen der anhaltenden Nachfrage nach immer kleineren und schnelleren Halbleiterbauteilen besteht eine analoge Nachfrage nach einem Lasersystem mit einer kürzeren Wellenlänge als die 244 nm bestehender direktschreibender Systeme. Ein solches Lasersystem sollte natürlich eine Strahlqualität aufweisen, die mit derjenigen des existierenden 244 nm-Lasersystems vergleichbar ist, und sollte eine ausreichende Leistung liefern, sodass sich die Expositionszeiten nicht inakzeptabel verlängern.
  • Die beiden Dokumente US-A-5 651 019, EP-A-0 608 866, Risk W. P. et al.: "Diode Laser pumped Blue-Light Source based on Intracavity Sum Frequency Generation"; Applied Physics Letters, US-amerikanisches Institut für Physik, New York, Bd. 54, Nr. 9, 27. Februar 1989, Seiten 789 – 791 und Kean P. N. et al.: Generation of 20 mW of Blue Laser Radiation from a Diode-pumped Sum-Frequency Laser", Applied Physics Letters, US-amerikanisches Institut für Physik, New York, Bd. 63, Nr. 3, 19. Juli 1993, Seiten 302–304 beschreiben ein Lasersystem, das einen ersten und einen zweiten aktiven Laserresonator umfasst, wobei der erste aktive Laserresonator Laserstrahlung bei einer ersten Wellenlänge liefert und der zweite aktive Laserresonator derart vorgesehen ist, dass er eine fundamentale Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge in sich erzeugt und zum Schwingen bringt, wobei der zweite Laserresonator einen optisch nichtlinearen Kristall beinhaltet, wodurch die Strahlung mit der ersten Wellenlänge in dem optisch nichtlinearen Kristall mit der Strahlung der zweiten Wellenlänge, die in dem zweiten Laserresonator schwingt, gemischt wird, wodurch Strahlung mit einer dritten Wellenlänge erzeugt wird, die der Summenfrequenz der ersten und der zweiten Wellenlänge entspricht.
  • Der Erfindungsgegenstand von Anspruch 1 unterscheidet sich von demjenigen aller dieser Dokumente darin, dass der erste und der zweite Laserresonator und der optisch nichtlineare Kristall zusammenwirkend in solcher Weise vorgesehen sind, dass die Strahlung mit der ersten Wellenlänge, die von dem ersten Laserresonator geliefert wird, in einem Winkel zu der Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in den optisch nichtlinearen Kristall eintritt, ohne durch irgendeine andere Komponente des zweiten Laserresonator getreten zu sein, und durch den optisch nichtlinearen Kristall einem gemeinsamen Weg mit der Strahlung der zweiten Wellenlänge folgt, und darin, dass die Strahlung der dritten Wellenlänge von dem optisch nichtlinearen Kristall als Ausgangsstrahlung des Lasersystems geliefert wird, ohne durch irgendeine andere Komponente des zweiten Laserresonators zu treten.
  • Beispielsweise tritt in dem zuvor erwähnten Dokument von Kean P. N. et al. die Strahlung mit der ersten Wellenlänge, die von einer 100 mW-Einstreifen-Laserdiode geliefert wird, in den optisch nichtlinearen Kristall (KTP) ein, nachdem sie durch einen anderen Bestandteil (den Spiegel M3) des zweiten Laserresonators getreten ist, und zwar nicht in einem Winkel zu der Strahlung mit der zweiten Wellenlänge, sondern vielmehr koinzident mit dieser. Ferner wird bei diesem Dokument die Strahlung mit der dritten Wellenlänge (459 nm) von dem optisch nichtlinearen Kristall (KTP) als Ausgangsstrahlung des Lasersystems geliefert, nachdem sie durch einen anderen Bestandteil (den gekrümmten Spiegel M2) des zweiten Laserresonators getreten ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, umfasst ein Lasersystem einen ersten und einen zweiten aktiven Laserresonator. Der erste Laserresonator liefert Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge und der zweite Laserresonator ist derart vorgesehen, dass in diesem Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge erzeugt wird. Der zweite Laserresonator beinhaltet einen optisch nichtlinearen Kristall. Der erste und der zweite Laserresonator und der optisch nichtlineare Kristall sind zusammenwirkend in solcher Weise angeordnet, dass Strahlung mit der ersten Wellenlänge, die von dem ersten Laserresonator geliefert wird, in dem optisch nichtlinearen Kristall mit Strahlung der zweiten Wellenlänge gemischt wird, die in dem zweiten Laserresonator erzeugt wird, wodurch Strahlung mit einer dritten Wellenlänge erzeugt wird, die der Summenfrequenz der ersten und der zweiten Wellenlänge entspricht.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 200 und 280 Nanometern (nm), die von dem ersten aktiven Laserresonator erzeugt wird, in dem optisch nichtlinearen Kristall, der in dem zweiten aktiven Laserresonator angeordnet ist, mit von dem zweiten Laserresonator erzeugter Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 900 und 1080 nm gemischt, wodurch Strahlung mit einer dritten Wellenlänge erzeugt wird, die der Summenfrequenz der ersten und der zweiten Wellenlänge entspricht und eine Wellenlänge zwischen etwa 175 und 215 nm aufweist.
  • In einer anderen Ausführungsform eines Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung wird 1 Watt (W) Strahlung mit 244 nm von einem frequenzverdoppelnden Argonionen-Laser nach dem Stand der Technik geliefert. Fundamentale Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 976 nm wird von einem resonatorexternen, aus der Oberfläche emittierenden Halbleiter-Laserresonator (OPS-Laserresonator) erzeugt. Die Strahlung bei 244 nm wird in einem optisch nichtlinearem Caesium-Lithium-Borat(CLBO)-Kristall mit etwa 500 Watt (W) einer Strahlung bei 976 nm gemischt, die in dem OPS-Laserresonator umläuft, um etwa 100 Milliwatt (mW) Strahlung bei einer Wellenlänge von etwa 195 nm zu liefern.
  • Die Dispersionseigenschaften des CLBO ermöglichen, dass die Strahlung mit 244 nm in den optisch nichtlinearen CLBO-Kristall gelenkt werden kann, ohne durch irgendwelche optischen Komponenten des zweiten Resonators zu treten, wodurch potentielle Absorptionsverluste in diesen Komponenten vermieden werden. Gleicherweise verlassen die durch die Summenfrequenzmischung erzeugte Strahlung bei 195 nm sowie Reststrahlung bei 244 nm den zweiten Resonator, ohne durch irgendwelche optischen Komponenten desselben zu treten.
  • Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasersystems ist der optisch nichtlineare Kristall in dem aktiven zweiten Laserresonator üblicherweise in einem passiven Wanderwellen-Ringresonator angeordnet, der derart vorgesehen ist, dass er die durch den CLBO-Kristall tretende Strahlung bei 244 nm umlaufen lässt und aufbaut, wodurch die Ausgangsleistung der Strahlung mit 195 nm auf etwa 800 mW erhöht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen, welche der Beschreibung angefügt sind und einen Teil derselben darstellen, veranschaulichen schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • 1 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines UV-Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung dar, das einen ersten Laserresonator aufweist, der eine OPS-Struktur enthält, sowie einen optisch nichtlinearen Kristall, der für eine resonatorinterne Frequenzmischung einer fundamentalen Wellenlänge der OPS-Struktur mit UV-Strahlung, die aus einem zweiten Laserresonator in den ersten Laserresonator eingespeist wird, vorgesehen ist.
  • 2 stellt schematisch Details eines bevorzugten Beispiels der OPS-Struktur aus 1 zur Bereitstellung der fundamentalen Strahlung bei etwa 976 nm dar.
  • 3 ist eine grafische Darstellung der Modengröße der fundamentalen Strahlung als Funktion der axialen Position in einer bevorzugten Ausführungsform des Resonators aus 1.
  • Die 4A–B stellen schematisch Details eines CLBO-Kristalls dar, der zur Verwendung als der optisch nichtlineare Kristall aus 1 angeordnet ist.
  • 5 stellt schematisch einen resonatorintern frequenzverdoppelnden Argonionen-Laser nach dem Stand der Technik dar, der für den zweiten Laserresonator aus 1 geeignet ist.
  • 6 stellt schematisch eine andere bevorzugte Ausführungsform eines UV-Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung dar, das dem Lasersystem aus 1 gleicht, aber ferner einen externen Ringresonator enthält, um die eingespeiste UV-Strahlung durch den optisch nichtlinearen Kristall umlaufen zu lassen.
  • 7 ist ein Nomogramm, das schematisch die Wellenlängenbereiche der Summenfrequenzmischung und die entsprechenden Kristallwinkel in dem CLBO darstellt.
  • 8 stellt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines UV-Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung dar, das einen ersten Laserresonator aufweist, der ein Festkörper-Verstärkungsmedium enthält, sowie einen optisch nichtlinearen Kristall, der für die resonatorinterne Frequenzmischung der fundamentalen Wellenlänge eines Festkörper-Verstärkungsmediums mit in den ersten Laserresonator aus einem zweiten Laserresonator eingespeister UV-Strahlung vorgesehen ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, in denen gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. 1 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Lasersystems 20 entsprechend der vorliegenden Erfindung dar. Dieses System, wie es in 1 dargestellt ist, ist für die Summenfrequenzmischung einer Strahlung bei 244 nm mit einer Strahlung bei 976 nm konfiguriert, um eine Strahlung bei 195 nm bereitzustellen.
  • Der Laser 20 weist einen Resonator 22 auf, dessen Längsachse 24 durch einen Klappspiegel 26 abgeklappt ist. Der Resonator 22 ist an seinem einen Ende durch einen Spiegel 28 und an seinem anderen Ende durch einen Spiegelteil (Spiegelstruktur) 30 aus einer optisch gepumpten, oberflächenemittierenden Halbleiter-Laserstruktur (OPS-Struktur) 32 abgeschlossen. Ein Verstärkungsteil (Verstärkungsstruktur) 34 der OPS-Struktur 32 ist somit in dem Resonator in Kontakt mit einem Resonatorspiegel, d. h. der Spiegelstruktur 30, angeordnet. Der Resonator 22 kann als durch den Klappspiegel 26 in zwei Arme 22A und 22B abgeklappt angesehen werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Arm 22A etwa doppelt so lang wie der Arm 22B und ist der praktischen Darstellung halber in 1 verkürzt gezeigt.
  • Die Verstärkungsstruktur 34 der OPS-Struktur 32 ist eine epitaktisch gewachsene, monolithische Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die mehrere aktive Schichten (in 1 nicht gezeigt) enthält, welche durch Pumplicht absorbierende Trennschichten (ebenfalls in 1 nicht gezeigt) im Abstand zueinander angeordnet sind. Es sei hier angemerkt, dass der Ausdruck "durch Pumplicht absorbierende Trennschichten im Abstand zueinander angeordnet" in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung und der anhängenden Ansprüche nicht ausschließt, dass andere Schichten zwischen den QW-Schichten vorhanden sind. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der QW-Schichten können zum Spannungsausgleich, für den Ladungsträgereinschluss und dergleichen eine oder mehrere andere Schichten enthalten sein. Jede solche Anordnung ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung anwendbar. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weisen die QW-Schichten eine Zusammensetzung auf, die derart gewählt ist, dass sie eine fundamentale Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 976 nm liefern.
  • Fahren wir nun unter Bezugnahme auf 1 fort, so ist die OPS-Struktur 32 in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke 36 verbunden. Die Wärmesenke 36 ist vorzugsweise eine aktiv gekühlte Wärmesenke wie etwa ein Mikrokanalkühler. Die OPS-Struktur 32 wird optisch gepumpt, vorzugsweise mittels Pumplicht, das von einem oder mehreren Diodenlaserarrays (nicht gezeigt) geliefert wird. In 1 wird das Pumplicht über zwei optische Fasern (oder Faserbündel) 40 von zwei Diodenlaserarrays geliefert. Das Pumplicht 42 divergiert, wenn es aus einer Faser 40 austritt. In jedem Fall wird das divergierende Pumplicht mittels eines Spiegels 44 durch Fokussierungslinsen 46 und 48 gelenkt, sodass es auf der Verstärkungsstruktur 34 der OPS-Struktur 32 fokussiert wird (nur ein axialer Strahl gezeigt). Es sei angemerkt, dass, obgleich in 1 zwei Pumplicht liefernde Fasern 40 und zugehörige Fokussierungsoptik dargestellt sind, dies nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend angesehen werden sollte. Es ist möglich, nur eine oder mehr als zwei Pumplicht liefernde Fasern und zugehörige Fokussierungsoptik zu verwenden, und es können sogar unterschiedliche Pumplichtquellen mit oder ohne Zuführung über Fasern verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ferner sei angemerkt, dass optische Fasern und Faserbündel nur ein bevorzugtes Mittel zum Transport des Pumplichts von einer Quelle für selbiges darstellen. Andere Formen von allgemein als "Lichtleiter" bezeichneten Mitteln, beispielsweise massive oder hohle Lichtwellenleiter, können verwendet werden, ohne von dem erfinderischen Gedanken und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die Spiegel 26 und 28 und die Spiegelstruktur 30 der OPS-Struktur 32 weisen jeweils einen maximalen Reflexionsgrad bei einer fundamentalen (Emissions-) Wellenlänge auf, hier 976 nm, die charakteristisch für die Zusammensetzung der (aktiven Schichten der) Verstärkungsstruktur 34 der OPS-Struktur 32 ist. Details einer bevorzugten OPS-Struktur zur Bereitstellung dieser fundamentalen Wellenlänge sind später weitergehend erörtert. Das Erregen der Verstärkungsstruktur 34 der OPS-Struktur 32 bewirkt, dass Laserstrahlung mit der fundamentalen Wellenlänge (fundamentale Strahlung) in dem Resonator 22 umläuft. Diese fundamentale Strahlung ist in 1 durch Einfachpfeile F gekennzeichnet.
  • In dem Resonator 22 ist in dessen abgeklapptem Teil 22B in der Nähe des. Spiegels 28, aber im Abstand von diesem, ein optisch nichtlinearer Kristall 50 enthalten, der für die Summenfrequenzmischung der fundamentalen Strahlung F mit der aus einem externen aktiven Laserresonator (in 1 nicht gezeigt) in den optisch nichtlinearen Kristall 50 eingespeisten UV-Strahlung (durch Doppelpfeile S gekennzeichnet) vorgesehen ist. Die Mischung der UV-Strahlung S mit der fundamentalen Strahlung F erzeugt UV-Strahlung (durch Dreifachpfeile SF gekennzeichnet) mit einer kürzeren Wellenlänge als derjenigen der UV-Strahlung S, d. h. mit der Summenfrequenz der Strahlungen F und S1.
  • Ein bevorzugtes Material für den optisch nichtlinearen Kristall 50 stellt Caesium-Lithium-Borat (CLBO) dar. CLBO besitzt vorteilhafte Eigenschaften für ein Lasersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung, die unter anderem gestatten, dass der Kristall in solcher Weise geschnitten und konfiguriert werden kann, dass (wie in 1 gezeigt) die Strahlung S an der Eintrittsfläche 50A des optisch nichtlinearen Kristalls 50 in einem Winkel von etwa 5° zu der fundamentalen Strahlung F (Achse 24) eintreten kann und den Kristall in etwa längs eines gemeinsamen Weges 24C durchqueren kann. Dies beruht auf dem Unterschied der Brechzahl des CLBO für die Wellenlängen S und F. Beim Verlassen der Austrittsfläche 50B des optisch nichtlinearen Kristalls 50 divergiert die Reststrahlung S in dem gleichen Winkel von der Achse 24, und zwar wiederum auf Grund des Brechzahlunterschiedes. Die Strahlung SF divergiert von der Strahlung S in einem Winkel von etwa 1°, und zwar auf Grund eines Brechzahlunterschiedes des CLBO für die Strahlungen SF und S. Diese Divergenz ermöglicht, dass die Strahlung S in den Resonator 22 eintritt und diesen verlässt sowie dass die Strahlung SF den Resonator 22 verlässt, ohne durch irgendeine optische Komponente des Resonators 22 zu treten. Dies vereinfacht die Gestaltung und Herstellung von Schichten für die Spiegel 26 und 28 als auch die Vermeidung von Leistungsverlusten, welche für die Strahlungen S und SF auftreten könnten, wenn diese optische Schichten durchqueren müssten, die dazu entworfen wurden, die fundamentale Strahlung F effizient zu reflektieren. Bei der vorliegenden Anordnung reicht die Divergenz der Strahlungen S und SF aus, um ein reflektierendes Stoppelement 53 oder dergleichen außerhalb des Resonators 22 anzuordnen, um die Strahlungen S und SF zu trennen. Weitere Details eines geeignet konfigurierten CLBO-Kristalls werden später weitergehend dargelegt.
  • Obgleich CLBO als besonders vorteilhaft für ein Lasersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung angesehen wird, ist die Verwendung irgendeines anderen optisch nichtlinearen Kristalls, beispielsweise von Beta-Bariumborat (BBO), nicht ausgeschlossen. Dabei ist jedoch eine gewisse Reduzierung der Leistungsfähigkeit zu erwarten.
  • Die abgeklappte Resonatoranordnung des Resonators 22 ist unter anderem dazu entworfen, die Bildung eines Resonanzstrahls in dem Resonator 22 mit optimalen Eigenschaften an der OPS-Struktur 32 zur Erzeugung einer maximalen fundamentalen Leistung in einer einzigen axialen Mode zu gestatten, während er an dem optisch nichtlinearen Kristall 50 optimale Eigenschaften für eine optimale Summenfrequenzmischung aufweist. Bei einer Ausführungsform weist die Fleckgröße des Pumplichts an der OPS-Struktur 32 vorzugsweise eine Gaußsche Form mit vorzugsweise einem Radius 1/e2 von etwa 220 Mikrometern (μm) auf. Um die Überlappung zu maximieren und eine optimale Leistungsauskopplung in der fundamentalen Transversalmode zu erhalten, weist die fundamentale Resonanzstrahlung an der OPS-Struktur 32 vorzugsweise eine analoge Größe von 220 μm (1/e2 Radius) auf. Eine bevorzugte Fleckgröße der fundamentalen Strahlung in dem optisch nichtlinearen Kristall 50 liegt für eine optimale Summenfrequenzmischung vorzugsweise in der Größenordnung von 50 μm (1/e2 Radius).
  • In einem resonatorintern eine Summenfrequenz erzeugenden Lasersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein wellenlängenselektives Element wie etwa ein Doppelbrechungsfilter oder ein Etalon in dem Resonator 22 integriert, um den Resonator zu zwingen, exakt mit der fundamentalen Wellenlänge zu schwingen. In dem Laser 20 ist ein solches wellenlängenselektives Element in Form eines Doppelbrechungsfilters 52 dargestellt, das in dem Brewster-Winkel (hier 57,1°) zu der Achse 24 des Resonators 22 angeordnet ist. Es sei hier betont, dass der Zweck dieses wellenlängenselektiven Elements nicht in der Selektion der axialen Mode besteht, da diese durch eine Kombination der einzigartigen Eigenschaften der OPS-Struktur 32 in Kombination mit deren Anordnung in dem Resonator 22 erzielt wird. Vielmehr wird das Doppelbrechungsfilter 52 verwendet, um die Verstärkungsbandbreite der Verstärkungsstruktur 34 der OPS-Struktur 32 effektiv spektral auf eine Bandbreite einzuengen, die schmaler als ein spektraler Akzeptanzbereich ist, in welchem der optisch nichtlineare Kristall 50 wirksam ist. Dies verhindert, dass der Laser 20 auf Wellenlängen schwingt, bei denen der optisch nichtlineare Kristall unwirksam ist.
  • Bei einem Beispiel eines Lasers 20 entsprechend der Anordnung aus 1 weist die OPS-Struktur 32 (siehe 2) eine Verstärkungsstruktur 34 auf, die fünfzehn QW- oder aktive Schichten der Zusammensetzung In0,18Ga0,82As mit einer Dicke von etwa 75,0 ?ngström (?) umfasst, wobei 1 ? = 10–10 m ist, welche eine nominelle fundamentale (Emissions-) Wellenlänge von 976 nm liefert. Zwischen den QW-Schichten befinden sich Pumplicht absorbierende (Trenn-) Schichten mit einer Zusammensetzung GaAs0,978P0,022 mit einer Dicke von 1217 ?. Zwischen den QW-Schichten und den Trennschichten befindet sich eine Spannungsausgleichsschicht aus GaAs mit einer Dicke von etwa 50 ?. Die Spiegelstruktur 30 umfasst 27 Paare oder Perioden von abwechselnden Schichten aus GaAs mit einer Brechzahl von etwa 3,51 und AlAs0,96P0,04 mit einer Brechzahl von etwa 2,94 und einer optischen Dicke von einer Viertel Wellenlänge bei der fundamentalen Wellenlänge. Die Verstärkungsstruktur 34 weist außerdem eine Ladungsträger-Einschlussschicht aus Ga0,51In0,49P mit einer Dicke von 1588 ? zwischen der letzten Trennschicht und der Spiegelstruktur 30 auf. Am entgegengesetzten Ende der Verstärkungsstruktur 34 ist ebenfalls eine Ladungsträger-Einschlussschicht aus Ga0,51In0,49P mit einer Dicke von 1588 ? vorgesehen.
  • Die OPS-Struktur 32 wird epitaktisch auf einem n-leitenden GaAs-Wafer (Substrat) gewachsen, wobei die Verstärkungsstruktur 34 zuerst, beginnend mit der Ladungsträger-Einschlussschicht, gewachsen wird. Die Spiegelstruktur 30 wird epitaktisch auf der Verstärkungsstruktur gewachsen. Nachdem die OPS-Struktur gewachsen ist, wird der Wafer weggeätzt. Die zuerst gewachsene Einschlussschicht dient als eine Ätzstoppschicht, wenn das Substrat durch Ätzen entfernt wird. Der Wafer und die auf diesem gewachsenen Strukturen werden in mehrere OPS-Strukturen 32 in Form von quadratischen "Chips" von etwa 2,0 nm × 2,0 nm zerschnitten.
  • Eine OPS-Struktur (ein Chip) wird zuerst an einen Mikrokanalkühler (Kühler 36) gebondet. Ein bevorzugter Mikrokanalkühler ist das Modell SA-2, das von der Saddleback Aerospace Corporation, Los Alamitos, Kalifornien zu beziehen ist. Vor dem Bonden der OPS-Struktur an den Mikrokanalkühler wird eine relativ dünne (etwa 0,3 mm dicke) Schicht aus synthetischem Diamant, vorzugsweise eine einkristalline Diamantschicht, auf den Mikrokanalkühler gebondet. Ein bevorzugtes Bondverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf dem Diamant eine Metallisierung vorzusehen, die eine Titanschicht umfasst, welche von einer (äußersten) Platinschicht überdeckt ist. Das Bonden erfolgt dann unter Verwendung von Indium-Lot.
  • Nachdem die OPS-Struktur auf die Diamantschicht/den Mikrokanalkühler gebondet ist, wird das GaAs-Substrat durch Ätzen entfernt. Vorzugsweise wird auf der derart freigelegten Verstärkungsstruktur 34 eine Antireflexionsbeschichtung abgeschieden, um den Eintritt des Pumplichts in die Verstärkungsstruktur zu verbessern.
  • Was das optische Pumpen der OPS-Struktur 32 betrifft, so liefert jede Faser 40 eine Strahlung mit 795 nm aus dem Diodenarray-Pack, beispielsweise einem Diodenlaserarray-Pack FAP-30C-800-B, der bei der Coherent Semiconductor Group aus Santa Clara, Kalifornien zu beziehen ist. Die Spiegel 44 sind dielektrisch beschichtete Spiegel mit einem Reflexionsgrad von mehr als 99,9 % bei 795 nm und einem Einfallswinkel von 28°. Die Linsen 46 sind zusammengefügte Doublets mit einer Brennweite von 40,0 mm und einem Durchmesser von 18,0 mm. Die Linsen 48 sind zusammengefügte Doublets mit einer Brennweite von 21,0 mm und einem Durchmesser von 14,0 mm. Diese Linsen sind bei Melles Griot, Irvine, Kalifornien zu beziehen. Das Pumplicht wird durch die Spiegel und Linsen in einen Bereich der OPS-Struktur fokussiert. Pumplicht von insgesamt 34 W weist in dem gepumpten Bereich ein im Wesentlichen Gaußsches Intensitätsprofil mit einem Radius von etwa 260 μm an den Stellen 1/e2 auf. Die das Pumplicht liefernden, beispielhaft angeführten Diodenlaserarray-Packs benötigen jeweils eine elektrische Eingangsleistung von 50,0 W, um 20,0 W Pumpstrahlung zu erzeugen, die in die Transportfasern 40 eingekoppelt wird.
  • Das Doppelbrechungsfilter 52 ist eine Quarzplatte mit einer Dicke von 3,08 mm und ist, wie in 1 dargestellt ist, in 57,1 Grad zu der Achse 24 ausgerichtet, wobei die optische Achse des Quarzes in der Ebene der Platte liegt. Ein solches Filter ist als Teil Nr. BF254-6T von der VLOC Company, Port Richey, Florida zu beziehen. Diese Ausrichtung des Doppelbrechungsfilters 52 sorgt dafür, dass die fundamentale Strahlung F parallel zu de r. Ebene aus 1 polarisiert ist, wie durch den Pfeil P1 dargestellt ist.
  • Das Doppelbrechungsfilter 52 weist schmale Durchlasspeaks auf, die etwa 35 nm auseinander liegen, und zwar jeweils mit einer Halbwertsbreite (FWHM) der Transmission von etwa 3 nm. Maximale Selektivität wird erzielt, indem die optische Achse des Quarzes in einem Winkel von etwa 45 Grad zu einer Achse gehalten wird, die durch die Schnittlinie der vertikalen Ebene mit der Ebene der Platte definiert ist. Die Wellenlänge der Durchlasspeaks kann verschoben werden, indem die Platte leicht um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu deren Flächen steht, sodass eine Abstimmung des Filters erreicht wird. Der berechnete Abstimmbetrag, der experimentell bestätigt wurde, beträgt etwa 5,6 nm pro Grad der Drehung.
  • 3 stellt graphisch die Fleckgröße-(Fleckradius oder Strahlhöhe) als eine Funktion der axialen Position in dem beispielhaften Resonator dar, wobei die Spiegel 26 und 28 konkave Spiegel mit Krümmungsradien von 100 nm bzw. 50 nm sind. Die Spiegel 26 und 30 liegen axial in einem Abstand von 202 mm auseinander. Die Spiegel 26 und 28 liegen axial in einem Abstand von 100 mm auseinander. Dementsprechend weist der Resonator 22 eine axiale Gesamtlänge von 302 mm, d. h. etwa 0,3 Meter (m), auf. Es ist zu sehen, dass die Wirkung der konkaven Spiegel 26 und 28 darin besteht, den Strahl auf einen Radius von etwa 50 Mikrometer (μm) in dem optisch nichtlinearen Kristall 50 zu fokussieren.
  • Nehmen wir nun Bezug auf die 4A und 4B, so ist der optisch nichtlineare Kristall 50 in diesem Beispiel ein CLBO-Kristall mit einer Länge L von 10,0 mm und einem Querschnitt (W1 und W2) von 3,5 mm × 3,5 mm. Der Kristall ist für eine Mischung der Strahlung von 976 nm gemäß Typ 1 geschnitten. Der fundamentale Strahl breitet sich in 6,7° zu der kristallographischen X-Y-Ebene aus. Die kristallographische Z-Achse liegt in einem Winkel α von 83,3° zu der Ausbreitungsrichtung. Die fundamentale Strahlung F und die eingespeiste ultraviolette Strahlung S sind parallel zu der X-Y-Ebene polarisiert, wie durch die Pfeile P1 und P2 dargestellt ist. Die Summenfrequenz-Strahlung SF ist senkrecht zu der X-Y-Ebene polarisiert, wie durch den Pfeil P3 dargestellt ist.
  • Die Flächen 50A und 50B des optisch nichtlinearen Kristalls 50 sind in einem Winkel β von 39,9° zu der Senkrechten zu der Ausbreitungsrichtung in dem optisch nichtlinearen Kristall 50 poliert. Die fundamentale Strahlung trifft auf die Fläche 50A in einem Winkel γ von 56,1° auf, welches der Brewster-Winkel für die fundamentale Wellenlänge ist. Bei dem vorstehenden, unter Bezugnahme auf 3 beispielhaft angeführten Resonator ist die Eintrittsfläche 50A des optisch nichtlinearen Kristalls 50 axial etwa 55 mm von dem Klappspiegel 26 beabstandet.
  • Nehmen wir nun Bezug auf 5, so stellt ein bevorzugter Laser 60 zur Bereitstellung von UV-Strahlung S mit 244 nm einen FREDTM-Laser dar, der von der Coherent Laser Group, Santa Clara, Kalifornien zu beziehen ist. Der Laser 60 ist ein resonatorintern frequenzverdoppelnder Argonionen-Laser mit einem Resonator 62, der durch Endspiegel 59 und 61 abgeschlossen ist, durch Klappspiegel 64 und 65 abgeklappt ist und eine Argonplasmaröhre 66 enthält. Details der Pumpanordnungen für die Plasmaröhre 66 sind der einfacheren Beschreibung halber weggelassen. Ein Prisma 70 ist integriert, um zwischen den fundamentalen Argonionen-Wellenlängen 514,5 nm und 488,0 nm auszuwählen, die hier insgesamt durch Pfeile F1 dargestellt sind. Ein räumliches Filter 72 ist für die Modenauswahl vorgesehen. Die Spiegel 64 und 61 konzentrieren die fundamentale Strahlung F1 in einem temperaturregulierten Beta-Bariumborat(BBO)-Kristall, der für die Frequenzverdopplung der fundamentalen Strahlung vorgesehen ist, wodurch frequenzverdoppelte Strahlung S erzeugt wird. S hat eine Wellenlänge von 244 nm, wenn die fundamentale Wellenlänge 488 nm durch das Prisma 70 ausgewählt wird. Eine Zylinderlinse 76 ist zur Korrektur der Elliptizität des durch den BBO-Kristall erzeugten frequenzverdoppelten Strahls vorgesehen.
  • Der vorstehend spezifizierte beispielhafte OPS-Laserresonator 22 ist in der Lage, resonatorintern eine fundamentale (976 nm) Strahlung (F) einer Leistung von 500 W oder mehr für die Summenfrequenzmischung zu erzeugen. Numerische Modelle zeigen, dass die Mischung von 1 Watt einer Strahlung bei 244 nm mit 500 W einer Strahlung bei 976 nm in einem CLBO-Kristall, der in dem Resonator wie vorstehend definiert und vorstehend beschrieben geschnitten und angeordnet ist, eine Summenfrequenzstrahlung SF mit einer Leistung von etwa 100 mW in einer einzigen longitudinalen (axialen) Mode und einer einzigen Transversalmode mit einer Strahldivergenz von etwa dem 1,2-fachen der Beugungsgrenze (M2 = 1,2) ergeben wird. Die Größe M2 ist ein numerisches Maß, welches ein Verhältnis der Divergenz des Strahls zu der Divergenz eines beugungsbegrenzten Strahls der gleichen Größe darstellt. Als ein qualitativ hochwertiger Strahl kann ein Strahl mit einem M2 von etwa 2,0 oder weniger angesehen werden. Die hohe Strahlqualität, die bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem möglich ist, macht dieses für Anwendungen geeignet, bei welchen die Laserausgangsstrahlung für das direkte Schreiben mit hoher Auflösung auf einen sehr kleinen Fleck fokussiert werden muss. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einmodenbetrieb beschränkt, eine etwas höhere Ausgangsleistung kann auf Kosten einer gewissen Reduzierung der Strahlqualität in einem Mehrmodenbetrieb erzielt werden.
  • Nehmen wir nun Bezug auf 6, so ist in dieser eine weitere bevorzugte Ausführungsform 80 eines Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Lasersystem 80 enthält den Resonator 22 aus 1, der einen optisch nichtlinearen Kristall 50 beinhaltet, der wie zuvor beschrieben angeordnet ist. Der Laser 80 enthält zusätzlich einen Wanderwellen-Ringresonator 82, der durch das reflektierende Stoppelement 53 sowie die Spiegel 84, 86 und 88 gebildet ist. Der Ringresonator 82 kann insofern als ein passiver Resonator definiert werden, als er kein Verstärkungsmedium zum Liefern einer optischen Verstärkung enthält. Der Resonator 22 aus 1 und der Resonator 62 aus 5 können als aktive Resonatoren definiert werden.
  • Der Zweck des Ringresonators 82 besteht darin, die Strahlung S, die sich in dem optisch nichtlinearen Kristall 50 mit der fundamentalen Strahlung F mischt, zu verstärken. Das Stoppelement 53 sowie die Spiegel 84 und 86 besitzen ein maximales Reflexionsvermögen für die Strahlung S. Der Spiegel 86 ist für die Strahlung S teilweise durchlässig, beispielsweise zu etwa 1 % durchlässig. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, dass die Strahlung S von dem externen Resonator in einer einzigen axialen Mode (einzigen Frequenz) geliefert wird.
  • Der Spiegel 84 wird durch ein piezoelektrisches Stellglied 90 oder dergleichen angetrieben, um den Ringresonator 82 in einem Resonanzzustand für die Strahlung S zu halten, indem die Weglänge für die Strahlung S in dem Ringresonator aktiv angepasst wird. Der Betrieb des Stellglieds 90 wird durch eine elektronische Antriebs- und Steuerschaltung (Steuerung) 92 gesteuert. Ein bevorzugtes Steuerschema zur Steuerung des piezoelektrischen Stellglieds 90 ist das Pound-Drever-Halteschema. Dieses Steuerschema ist detailliert in der Veröffentlichung "Laser Phase and Frequency Stabilization using an Optical Resonator", Applied Phys. B, Bd. 31, S. 97–105, 1983 beschrieben. Eine kurze Beschreibung der wichtigen Elemente des Steuerschemas wird nachstehend unter weiterer Bezugnahme auf 6 gegeben.
  • Ein Photodetektor 94 ist derart angeordnet, dass er jegliche von dem Spiegel reflektierte Strahlung S empfängt. Wenn sich der Resonator 82 in einem Resonanzzustand für die Strahlung S befindet, wird von dem Spiegel 86 entlang des Weges 98 keine Strahlung S reflektiert. Ein Phasenmodulator 96 ist im Weg der Strahlung S angeordnet, bevor diese über den Spiegel 86 in den Resonator 82 eingespeist wird. Der Phasenmodulator ist in solcher Weise angeordnet und wird in solcher Weise auf einer vorgegebenen Frequenz, beispielsweise 20 Megahertz (MHz) betrieben, dass das Spektrum der den Phasenmodulator verlassenden Strahlung eine Trägerkomponente mit der Frequenz der Strahlung S und zwei Seitenbandfrequenzen, eine auf einer höheren Frequenz und eine auf einer niedrigeren Frequenz als der Trägerkomponentenfrequenz, aufweist. Die Seitenbandfrequenzen weisen entgegengesetzte Phasen auf.
  • Wenn die Trägerfrequenz und die Seitenbandfrequenzen auf den Photodetektor 94 auftreffen, liefert der Photodetektor ein Signal an die Steuerung 92. Das an die Steuerung 92 gelieferte Signal enthält eine Komponente auf 40 MHz,' die durch Überlagerung der Seitenbandfrequenzen miteinander erzeugt wird, und zwei Komponenten auf 20 MHz mit entgegengesetzter Phase, die durch Überlagerung der Seitenbandfrequenzen mit der Trägerfrequenz erzeugt werden. Die Steuerung 92 ist derart vorgesehen, dass sie elektronisch das Signal von dem Photodetektor 94 filtert, um die 40 MHz-Komponente aus diesen zu entfernen. Die Summe der verbleibenden 20 MHz-Komponenten liefert ein Fehlersignal zum Steuerungsantrieb des piezoelektrischen Stellglieds. Die Größe des Signals repräsentiert die Differenz in der Weglänge für die Strahlung S in dem Resonator zu der für den Resonanzzustand erforderlichen Weglänge. Das Vorzeichen des Signals liefert eine Angabe dazu, ob die Weglänge zu lang oder zu kurz ist. Das Signal geht von negativ zu positiv steil durch Null, wobei Null den Wert des Signals darstellt, wenn sich der Resonator 82 im Resonanzzustand befindet.
  • Wenn der Resonator 82 durch das piezoelektrische Stellglied 90 optimal auf Resonanz angepasst ist, bewirkt er, dass sich eine über den Spiegel 88 in diesen eingespeiste Strahlung S von 1 W in dem Resonator 82 auf etwa 8,0 W aufbaut. Dadurch kann die Ausgangsleistung der Strahlung SF auf etwa 800 mW erhöht werden, unter Voraussetzung der zuvor diskutierten 500 W umlaufender Strahlung bei 976 nm, und 1 W Strahlung bei 244 nm, die in den Resonator 82 eingespeist wird.
  • Obgleich die Lasersysteme entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Erzeugung einer Strahlung mit 195 nm durch Summenfrequenzmischung von Strahlung mit 976 nm und mit 244 nm beschrieben worden sind, sind die erfindungsgemäßen Laser nicht auf die Mischung dieser speziellen Wellenlängen oder auf die Mischung von Wellenlängen, die harmonisch in Beziehung stehen, beschränkt. Beispielshalber stellt 7 einen Bereich von Wellenlängen F und S dar, die in einem CLBO-Kristall in den zuvor beschriebenen Lasersystemen gemischt werden können, um UV-Strahlung (SF) in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 175 nm und 215 nm zu erzeugen. Die Strahlung S kann nicht nur von dem frequenzverdoppelnden Argonionen-Laser abgeleitet werden, der vorstehend beispielhaft angeführt worden ist, sondern auch von anderen Lasertypen wie etwa den allgemein bekannten frequenzvervierfachenden oder frequenzverfünffachenden Nd:YAG-Lasern. Gleicherweise braucht die fundamentale Strahlung F nicht nur durch einen zuvor beispielhaft angeführten fundamentalen OPS-Laserresonator erzeugt werden, sondern kann auch durch einen geeignet. konfigurierten Resonator erzeugt werden, der ein Festkörper-Verstärkungsmedium wie etwa Nd:YAG oder Nd:YVO4 enthält.
  • In 7 geben die flach geneigten Linien FS die Punkte der Summenfrequenzwellenlängen in einem kartesischen Koordinatensystem mit der Strahlung S als der Ordinate und der Strahlung F als der Abszisse an. Die steiler geneigten Linien α stellen die Punkte der Kristall-Schnittwinkel (α in 4A) für Kombinationen der Strahlungen S, F und SF dar. Beispielsweise liegt der Punkt U bei F = 976 und S = 244 entsprechend dem zuvor beschriebenen Beispiel an dem Punkt von FS = 195 nm und zwischen den Punkten α = 82° und 84°. Es ist außerdem zu sehen, dass Strahlung mit 195 nm durch Überlagerungen von Strahlung S mit einer Wellenlänge zwischen etwa 239 nm und 245 nm mit fundamentaler Strahlung F zwischen 959 nm und 1070 nm bei einem entsprechenden Kristall-Schnittwinkel zwischen 74° und 90° bereitgestellt werden kann.
  • Die Punkte V und W liefern Strahlung bei 203 und 208 nm durch Mischung der Wellenlängen S von 257 nm (die zweite Harmonische von Argon 514,5 nm) bzw. 266 (die vierte Harmonische von Nd:YAG 1064 nm) mit der Strahlung bei 976 nm des zuvor beschriebenen OPS-Laserresonators 22. Die Punkte X, Y und Z stellen die Summenfrequenz-Wellenlängen und entsprechenden Kristallschnittwinkel für die Mischung der fundamentalen Nd:YAG-Strahlung von 1064 nm mit Wellenlängen von 244 nm, 257 nm bzw. 266 nm dar. Der Punkt Q gibt an, dass eine Strahlung von 178 nm erzeugt werden kann, indem die fünfte Harmonische von 1064 nm Nd:YAG (213 nm) mit der fundamentalen Strahlung von 1064 nm bei einem Kristall-Schnittwinkel von etwa 85 Grad gemischt wird.
  • Obgleich Ausführungsformen von UV-Lasersystemen entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Verwendung von OPS-Lasern zur Erzeugung der Strahlung längerer Wellenlängen beschrieben worden sind, sollte dies nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend angesehen werden. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 7 erörtert, kann die fundamentale Strahlung in anderen Lasertypen erzeugt werden, beispielsweise in diodengepumpten Festkörperlasern (DPSS). In 8 ist beispielshalber eine Ausführungsform 100 eines Lasersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem ein DPSS-Laserresonator 102 die fundamentale Strahlung mit langer Wellenlänge liefert. Der Laser 100 gleicht größtenteils dem Laser 20 aus 1, mit Ausnahme des fundamentalen Resonators.
  • Der Resonator 102 enthält ein Festkörper- Verstärkungsmedium 104. Das Verstärkungsmedium 104 ist vorzugsweise Nd:YAG oder Nd:YVO4. Die Bevorzugung dieser Verstärkungsmedien sollte jedoch nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend betrachtet werden. Ein Endspiegel 106 des Resonators 102 ist sehr nahe dem Verstärkungsmedium 104 angeordnet und kann sogar durch eine optische Schicht vorgesehen sein, die direkt auf einer Fläche des Verstärkungsmediums abgeschieden ist. Wie auch immer er bereitgestellt wird, ist der Spiegel 106 hochgradig reflektierend für die Laserübergangs-Wellenlänge des Verstärkungsmediums und hochgradig durchlässig für die Wellenlänge des Pumplichts 42. Das Pumplicht 42 wird durch eine optische Faser 40 geliefert und mittels einer Linse 108 durch den Spiegel 106 in das Verstärkungsmedium 104 fokussiert.
  • Bei einem Beispiel des Lasers 100 weist der Spiegel 26 einen Krümmungsradius von 188 mm auf und ist 537 mm von dem Spiegel 106 entfernt angeordnet. Der Spiegel 28 weist einen Krümmungsradius von 90 mm auf und ist 215 mm von dem Spiegel 26 entfernt angeordnet. Der optisch nichtlineare Kristall 50 ist mit seiner Fläche 50A in einem Abstand von 115 mm von dem Spiegel 26 angeordnet. Das Verstärkungsmedium 104 ist ein Nd:YVO4-Kristall mit einer Länge von 7,0 mm und einem Querschnitt von 4,0 mm × 4,0 mm. Das Pumpen des Verstärkungsmediums mit 20 W einer Strahlung bei 809 nm kann 200 W Strahlung bei 1064 nm liefern, die in dem Resonator 102 umläuft.
  • Obgleich ein Nd:YAG- oder ein Nd:YVO4-DPSS-Laserresonator wie etwa der Resonator 102 des Lasers 100 eine umlaufende fundamentale Strahlung mit einer Leistung erzeugen kann, die mit derjenigen der durch den Resonator 22 aus 1 erzeugten Strahlung vergleichbar ist, ist er (im Zusammenhang mit der Bereitstellung einer brauchbaren Leistung) effektiv auf die Erzeugung einiger diskreter fundamentaler Wellenlängen bei Wellenlängen von etwa 1052 nm oder länger beschränkt. Ein Vorteil der Verwendung eines OPS-Lasers zur Erzeugung fundamentaler Strahlung in einem Lasersystem entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Verstärkungsstruktur einer OPS-Struktur derart vorgesehen werden kann (durch geeignete Wahl der Zusammensetzung der aktiven Schichten), dass fundamentale Strahlung in einem breiten Bereich von Wellenlängen innerhalb des bevorzugten Bereichs von etwa 900 bis 1080 nm, was den CLBO-Anordnungen aus 7 entspricht, bereitgestellt werden kann. Die OPS-Struktur aus 2 ist ein Beispiel einer solchen Verstärkungsstruktur und stellt ein Beispiel einer allgemeinen Struktur dar, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen wird und aktive Schichten mit der allgemeinen Zusammensetzung InxGa1-xAs sowie Trennschichten mit der allgemeinen Zusammensetzung GaAsyP1-y aufweist, wobei 0,0 < x < 1,0 und 0,0 < y < 1,0 ist. Bei dieser allgemeinen Struktur kann x derart gewählt werden, dass eine Emission bei im Wesentlichen jeder Wellenlänge zwischen etwa 900 und 1050 nm geliefert wird, und y wird derart gewählt, dass das Pumplicht einer geeigneten Wellenlänge optimal absorbiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Vorstehenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform und anderer Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung nur durch die hier anhängenden Ansprüche beschränkt.

Claims (11)

  1. Lasersystem, umfassend: einen ersten (62) und einen zweiten (22, 102) aktiven Laserresonator, wobei der erste aktive Laserresonator eine Laserstrahlung (S) auf einer ersten Wellenlänge liefert und der zweite aktive Laserresonator derart angeordnet ist, dass er eine fundamentale Laserstrahlung (F) mit einer zweiten Wellenlänge in diesem erzeugt und zum Schwingen bringt, wobei der zweite Laserresonator einen optisch nichtlinearen Kristall (50) beinhaltet; wobei der erste und der zweite Laserresonator und der optisch nichtlineare Kristall zusammenwirkend in solcher Weise angeordnet sind, dass die Strahlung mit der ersten Wellenlänge, die von dem ersten Laserresonator geliefert wird, in einem Winkel zu der Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in den optisch nichtlinearen Kristall eintritt, ohne durch irgendeine andere Komponente des zweiten Laserresonators getreten zu sein, und durch den optisch nichtlinearen Kristall einem gemeinsamen Weg (24C) mit der Strahlung der zweiten Wellenlänge folgt, wodurch die Strahlung der ersten Wellenlänge in dem optisch nichtlinearen Kristall mit der Strahlung der zweiten Wellenlänge, die in dem zweiten Laserresonator schwingt, gemischt wird, wodurch Strahlung mit einer dritten Wellenlänge (SF) erzeugt wird, die der Summenfrequenz der ersten und der zweiten Wellenlänge entspricht; und wobei die Strahlung der dritten Wellenlänge von dem optisch nichtlinearen Kristall als Ausgangsstrahlung des Lasersystems geliefert wird, ohne durch irgendeine andere Komponente des zweiten Laserresonators zu treten.
  2. Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem die erste Wellenlänge zwischen etwa 200 und 280 Nanometern liegt, die zweite Wellenlänge zwischen etwa 900 und 1080 nm liegt und die dritte Wellenlänge zwischen etwa 175 und 215 nm liegt.
  3. Lasersystem nach Anspruch 2, bei welchem die erste Wellenlänge etwa 244 nm beträgt, die zweite Wellenlänge etwa 976 nm beträgt und die dritte Wellenlänge etwa 195 nm beträgt.
  4. Lasersystem nach Anspruch 2, bei welchem der zweite Laserresonator ein OPS-Laserresonator (22A) ist.
  5. Lasersystem nach Anspruch 2, bei welchem der zweite Laserresonator ein Festkörper-Laserresonator (102) ist.
  6. Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem der optisch nichtlineare Kristall ein CLBO-Kristall ist.
  7. Laser nach Anspruch 1, bei welchem der erste aktive Laserresonator Laserstrahlung auf einer ersten Wellenlänge zwischen etwa 200 und 280 Nanometern liefert und der zweite aktive Laserresonator ein OPS-Laserresonator (22A) ist, der in solcher Weise angeordnet ist, dass er eine fundamentale Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge zwischen etwa 900 und 1050 nm in diesem erzeugt und zum Schwingen bringt und wobei der optisch nichtlineare Kristall ein CLBO-Kristall ist und die dritte Wellenlänge eine Wellenlänge zwischen etwa 175 und 215 nm aufweist.
  8. Lasersystem nach Anspruch 7, bei welchem die Strahlung der zweiten Wellenlänge und die Strahlung der dritten Wellenlänge den optisch nichtlinearen Kristall in einem Winkel von etwa 1 Grad zu der jeweiligen anderen verlassen.
  9. Lasersystem nach Anspruch 7, bei welchem der OPS-Laserresonator eine OPS-Verstärkungsstruktur (34) mit aktiven Schichten einer Zusammensetzung InxGa1-xAs und Trennschichten einer Zusammensetzung GaAsyP1-y aufweist, wobei 0,0 < x < 1,0 und 0,0 < y < 1,0 ist.
  10. Lasersystem nach Anspruch 9, bei welchem die erste Wellenlänge etwa 244 nm beträgt, die zweite Wellenlänge. etwa 976 nm beträgt und die dritte Wellenlänge etwa 195 nm beträgt.
  11. Lasersystem nach Anspruch 10, bei welchem der erste Laserresonator ein frequenzverdoppelter Argonionen-Laserresonator (64) ist.
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