EP4691188A1 - Verfahren und lasersystem zur erzeugung von sekundärstrahlung - Google Patents

Verfahren und lasersystem zur erzeugung von sekundärstrahlung

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Publication number
EP4691188A1
EP4691188A1 EP24716275.3A EP24716275A EP4691188A1 EP 4691188 A1 EP4691188 A1 EP 4691188A1 EP 24716275 A EP24716275 A EP 24716275A EP 4691188 A1 EP4691188 A1 EP 4691188A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pulse
target material
laser
pulses
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24716275.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Mans
Marc Sailer
Max KAHMANN
Daniel FLAMM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser Ag filed Critical Trumpf Laser Ag
Publication of EP4691188A1 publication Critical patent/EP4691188A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—Production of X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—Production of X-ray radiation generated from plasma involving an energy-carrying beam in the process of plasma generation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
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    • H05G2/0082—Production of X-ray radiation generated from plasma involving an energy-carrying beam in the process of plasma generation the energy-carrying beam being a laser beam
    • H05G2/0088—Production of X-ray radiation generated from plasma involving an energy-carrying beam in the process of plasma generation the energy-carrying beam being a laser beam for preconditioning the plasma generating material
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    • H05G2/0082—Production of X-ray radiation generated from plasma involving an energy-carrying beam in the process of plasma generation the energy-carrying beam being a laser beam
    • H05G2/0084—Control of the laser beam

Definitions

  • the invention relates to a method and a laser system for generating secondary radiation.
  • a method for generating EUV light wherein a droplet of target material is transformed by irradiation with a first pre-pulse laser beam, a seed plasma is generated by irradiating the transformed droplet with a second pre-pulse laser beam and EUV light is generated by heating the seed plasma with a main pulse laser beam.
  • a modular plasma X-ray system comprising a liquid metal flow system enclosed in a low-pressure chamber, wherein the flow system contains a liquid metal and wherein a metal target irradiable by laser pulses is formed at least at one location on the liquid metal, a circulation pump within the liquid metal flow system for circulating the liquid metal, a laser pulse emitter configured to send laser pulses into the chamber via a laser window, focusing optics located between the emitter and the metal target, wherein the focusing optics guide the laser pulses so that they strike the metal target at a target location to form X-ray pulses, and an X-ray window positioned within the chamber and through which the X-ray pulses exit the chamber.
  • an EUV radiation generation device comprising a vacuum chamber in which a target material can be arranged at a target position for generating EUV radiation, and a beam guidance chamber for guiding a laser beam from a driver laser device in the direction of the target position.
  • An intermediate chamber is provided which is mounted between the vacuum chamber and the beam guidance chamber, a gas-tight seal of the intermediate chamber first window for the entry of the laser beam from the beam guidance chamber, as well as a second window that seals the intermediate chamber gas-tight for the exit of the laser beam into the vacuum chamber.
  • the invention is based on the object of providing a method and a laser system as mentioned above, which enable the generation of secondary radiation with increased efficiency.
  • a target material is provided in a target area, the target material in the target area is exposed to a pulse sequence of laser pulses, secondary radiation being generated by interaction of the target material with the pulse sequence, the pulse sequence having a pulse train of at least two pre-pulses and a main pulse following the pulse train, a total energy of the pre-pulses of the pulse train is between 0.2 mJ and 10 mJ and a temporal pulse interval between successive pre-pulses of the pulse train is between 50 ps and 500 ns, a pulse energy of the main pulse is between 2 mJ and 50 mJ and a pulse duration of the main pulse is between 15 fs and 300 fs, and a temporal pulse interval between the pulse train and the main pulse is between 1 ns and 1 ps.
  • the pulse train of pre-pulses By applying the pulse train of pre-pulses to the target material, the nature and/or state of the target material is changed in such a way that the interaction of the main pulse with the target material and in particular its absorption by the target material can take place particularly efficiently.
  • the pre-pulses are used in particular to change a geometric nature and/or geometric structure of a surface of the target material in order to improve the efficiency of the interaction or absorption of the main pulse.
  • the preparation of the target material with the pre-pulses of the pulse train before the arrival of the main pulse thus enables particularly efficient generation of secondary radiation.
  • the interaction of the laser pulses of the pulse sequence with the target material is or includes in particular an at least partial absorption of the laser pulses by the target material.
  • the laser pulses of the pulse sequence are at least partially absorbed by the target material.
  • the fact that the main pulse follows the pulse train of at least two pre-pulses means that the at least two pre-pulses of the pulse train hit the target material before the main pulse.
  • the pre-pulses therefore hit the target material first and then the main pulse.
  • the secondary radiation generated by the method according to the invention is in particular electromagnetic radiation with a quantum energy between 0.5 keV and 100 keV and preferably between 5 keV and 50 keV.
  • the method according to the invention is suitable for generating electromagnetic radiation with a quantum energy in the ranges mentioned.
  • the secondary radiation generated is X-rays.
  • the laser pulses of the pulse sequence have a wavelength between 300 nm and 10 pm.
  • the wavelength is in a range between 330 nm and 350 nm, between 500 nm and 550 nm, between 0.8 pm and 1.2 pm, between 1.5 pm and 2.5 pm, or between 9 pm and 11 pm.
  • all laser pulses of the pulse sequence have the same wavelength.
  • the total energy of the pre-pulses of the pulse train is between 0.5 mJ and 5 mJ and in particular between 0.8 mJ and 1.2 mJ.
  • the pre-pulses of the pulse train can thus be used to change the geometric nature and/or geometric structure of the target material in such a way that the interaction or absorption of the main pulse on the target material occurs with a particularly high level of efficiency.
  • the temporal pulse spacing between successive pre-pulses of the pulse train is between 100 ps and 100 ns and in particular between 200 ps and 0.5 ns.
  • the total time length of the pulse train of pre-pulses is between 1 ns and 10 ps.
  • the application of the pulse train of at least two pre-pulses to the target material causes an indentation to form in the target material.
  • the indentation is positioned in particular on a surface and/or in a spatial region of the target material on which or in which the application of the pulse train of at least two pre-pulses to the target material takes place.
  • the indentation formed on the surface of the target material causes an increased efficiency of the interaction or absorption of the main pulse on the target material in order to generate secondary radiation.
  • the surface forms a boundary surface and/or phase boundary of the target material.
  • the pulse energy of the main pulse is between 5 mJ and 15 mJ and in particular between 8 mJ and 12 mJ. This allows secondary radiation in the form of X-rays, for example, to be generated with particularly high efficiency.
  • the pulse duration of the main pulse is between 25 fs and 50 fs.
  • the target material is exposed to all laser pulses of the pulse sequence at the same location and/or in the same spatial region of the target material. This results in the aforementioned increase in efficiency in the generation of secondary radiation.
  • the spatial region in which the laser pulses of the pulse sequence strike the target material has a maximum spatial extent, in particular maximum diameter, of at least 2.5 pm and/or at most 30 pm and in particular at least 3 pm and/or at most 15 pm.
  • the laser pulses of the pulse sequence approach the target material at a speed that is much greater than the speed of movement and/or flow velocity of the target material within the target area, so that all laser pulses of the pulse sequence hit the target material at approximately the same location and/or in the same spatial area.
  • the target material is exposed to the main pulse in a spatial region and/or in the same spatial region in which an indentation was formed on a surface of the target material by means of the pulse train comprising at least two pre-pulses.
  • the main pulse then strikes the indentation formed on the surface of the target material.
  • an impact position of the respective laser pulses of the pulse sequence on the target material is adjusted so that all laser pulses of the pulse sequence hit the target material at the same location and/or in the same spatial area.
  • a control device can be provided for this purpose.
  • the impact position is adjusted so that the main pulse hits the indentation formed on the surface of the target material, which was formed there by means of the pulse train consisting of at least two pre-pulses.
  • the laser pulses of the pulse sequence are assigned to at least one primary laser beam, wherein the at least one primary laser beam is provided by means of a laser device and is directed at the target area in order to interact with the target material there.
  • the target material is exposed to the laser pulses of the pulse sequence by means of the at least one primary laser beam.
  • a single primary laser beam can be provided to which the laser pulses of the pulse sequence are assigned.
  • the primary laser beam is then formed by coaxial superposition of several laser beams, each of which provides one or more laser pulses of the pulse sequence.
  • the primary laser beams then run at a distance from one another and/or approach the target area from different directions.
  • One or more laser pulses of the pulse sequence are then assigned to the different primary laser beams.
  • the at least one primary laser beam is focused in the target area, with a focus of the primary laser beam being positioned in the target material and/or on the target material and/or in an area of the target material.
  • the highest possible radiation intensity can be provided in the focus, which can be brought into interaction with the target material.
  • the focus of the at least one primary laser beam has in particular a diameter in the range of 2.5 pm to 30 pm and preferably in the range of 3 pm to 15 pm.
  • target material is continuously fed and/or conveyed into the target area. This means that fresh target material is continuously available in the target area, which can be brought into interaction with the pulse sequence to generate secondary radiation. This means that secondary radiation can be continuously generated.
  • the target material is preferably in a liquid state.
  • the target material is or comprises a low-melting metal.
  • the target material is or comprises gallium, indium, tin, zinc, lithium, bismuth or lead, or an alloy which comprises one or more of the materials mentioned.
  • the target material passes through the target area as a material stream and in particular as a liquid material stream.
  • the Target material the target area with a specific flow velocity and/or delivery rate.
  • the material flow can be continuous, e.g. in the form of a jet, or it can have interruptions, e.g. in the form of successive drops.
  • a flow direction of the material flow is oriented in particular parallel to the direction of gravity.
  • the flow direction is oriented transversely or perpendicularly to the direction of movement of the laser pulses of the pulse sequence and/or perpendicularly to the direction of propagation of at least one primary laser beam to which the laser pulses of the pulse sequence are assigned.
  • a flow velocity of the target material in the target area oriented parallel to the flow direction is between 60 m/s and 120 m/s.
  • the pulse sequence of laser pulses is repeatedly provided and introduced into the target area, whereby target material newly introduced into the target area is each time exposed to a newly provided pulse sequence of laser pulses. This allows secondary radiation to be generated continuously.
  • the pulse sequence of laser pulses is provided anew at temporal intervals and in particular at regular temporal intervals.
  • the pulse sequence of laser pulses has a further pre-pulse, which is arranged between the pulse train of at least two pre-pulses and the main pulse, wherein the further pre-pulse has a pulse duration between 200 fs and 5 ps and a pulse energy between 2 pJ and 200 pJ.
  • a pre-pulse is understood to mean a pre-pulse of the first type or with first pulse properties
  • the further pre-pulse is understood to mean a pre-pulse of the second type or with second pulse properties.
  • the fact that the further pre-pulse is arranged between the pulse train of at least two pre-pulses means that the further pre-pulse is positioned between the pre-pulses of the pulse train and the main pulse and therefore hits the target material between the pre-pulses of the pulse train and the main pulse. The pre-pulses therefore hit the target material first, then the further pre-pulse and then the main pulse.
  • the pulse sequence has several further pre-pulses or a pulse train consisting of several further pre-pulses, wherein the further pre-pulses or the pulse train are positioned between the pulse train consisting of at least two pre-pulses and the main pulse.
  • the pulse duration of the further pre-pulse is between 800 fs and 1.5 ps.
  • the pulse energy of the further pre-pulse is between 5 pJ and 100 pJ.
  • the time interval between the further pre-pulse and the main pulse is between 1 ps and 1 ns and in particular between 10 ps and 100 ps.
  • the time interval between the further pre-pulse and the pulse train of pre-pulses is between 0.5 ns and 500 ns and in particular between 20 ns and 200 ns.
  • the application of the further pre-pulse to the target material causes the formation of nanoparticles.
  • the nanoparticles are positioned in the area of a surface and/or in a spatial area of the target material in which the application of the further pre-pulse to the target material takes place.
  • the nanoparticles in the area of the surface of the The nanoparticles formed in the target material result in an increased efficiency of the interaction or absorption of the main pulse by the target material in order to generate secondary radiation.
  • the region in which the nanoparticles are positioned extends from the surface of the target material to a distance of 50 pm from the surface.
  • the nanoparticles are positioned in the spatial region in which an indentation formed by the pulse train as a pre-pulse is formed on the surface of the target material.
  • the laser system mentioned at the outset comprises a laser device which is designed to provide a pulse sequence of laser pulses, wherein the pulse sequence has a pulse train of at least two pre-pulses and a main pulse following the pulse train, a total energy of the pre-pulses of the pulse train is between 0.2 mJ and 10 mJ and a temporal pulse interval between successive pre-pulses of the pulse train is between 50 ps and 500 ns, a pulse energy of the main pulse is between 2 mJ and 50 mJ and a pulse duration of the second laser pulse is between 15 fs and 300 fs and wherein a temporal pulse interval between the pulse train and the main pulse is between 1 ns and 1 ps.
  • the laser system is designed to apply the pulse sequence of laser pulses to a target material in a target area, wherein secondary radiation is generated by interaction of the target material with the pulse sequence.
  • the laser system according to the invention has in particular one or more further features and/or advantages of the method according to the invention. Advantageous embodiments of the laser system have already been explained in connection with the method.
  • the method according to the invention can be carried out in particular by means of the laser system according to the invention.
  • the method according to the invention is carried out by means of the laser system according to the invention.
  • the laser device is used to provide at least one primary laser beam to which the laser pulses of the pulse sequence are assigned, the at least one primary laser beam being directed at the target material located in the target area.
  • the at least one primary laser beam has the laser pulses of the pulse sequence with which the target material is applied.
  • the laser device comprises in particular one or more laser sources for providing the laser pulses of the pulse sequence.
  • a respective laser source is used to provide a primary laser beam with laser pulses of a specific type and/or specific properties.
  • the respective primary laser beams which are provided by different laser beam sources, are superimposed to form a resulting primary laser beam and in particular are superimposed coaxially, wherein the laser pulses of the pulse sequence are assigned to the resulting primary laser beam.
  • the laser system comprises a focusing optics for focusing the at least one primary laser beam into a focus, wherein the focus is positioned in the target area in the target material and/or on the target material and/or in a region of the target material.
  • the laser system has a control device for controlling and/or regulating a beam length of the at least one primary laser beam.
  • the control device is preferably designed to control or regulate a position of the at least one primary laser beam and in particular its focus within the target area and/or an impact position of the primary laser beam on the target material within the target area.
  • the laser system comprises the target area and/or the target material.
  • diameters of laser beams and/or focus diameters are generally defined using the method of second moments according to ISO 11146-3. Pulse durations are defined in particular using the half-width of the deconvolved autocorrelation.
  • the statement "at least approximately” is generally understood to mean a deviation of no more than 10%, i.e. that an actual value deviates from an ideal value by no more than 10%.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a laser system
  • Fig. 2 shows a first example for the generation of secondary radiation, whereby an indentation is created in the target material by means of a pulse train of pre-pulses;
  • Fig. 3 shows another example of the generation of secondary radiation, whereby nanoparticles are generated in the area of the surface of the material by means of a pre-pulse.
  • the laser system 100 comprises a laser device 102, by means of which at least one pulsed primary laser beam 104 is provided during operation of the laser system 100.
  • This primary laser beam 104 is directed onto a target material 106, wherein secondary radiation 108 is generated by interaction of the primary laser beam 104 with the target material 106.
  • the target material 106 is or comprises, for example, gallium, indium, tin, zinc, lithium, bismuth or alloys of these metals.
  • the laser device 102 is designed to provide the pulsed primary laser beam 104 with laser pulses 112 that have different properties and pulse spacing.
  • the laser device 102 comprises, for example, several laser sources 110, each of which generates pulsed laser beams with different properties.
  • the respective pulsed laser beams of these laser sources 110 are coaxially superimposed in the example shown in order to form the pulsed primary laser beam 104 emerging from the laser device 102.
  • the laser device 102 comprises, for example, a first laser source 110a, which provides a first pulsed primary laser beam 104a with laser pulses 112a, a second laser source 110b, which provides a second pulsed primary laser beam 104b with laser pulses 112b, and a third laser source 110c, which provides a third pulsed primary laser beam 104c with laser pulses 112c.
  • the first primary laser beam 104a, second primary laser beam 104b and third primary laser beam 104c emerging from the laser device 102 are coaxially superimposed in the example shown and in particular have the same beam path after emerging from the laser device 102.
  • the primary laser beam 104 is thus formed from the first primary laser beam 104a, second primary laser beam 104b and third primary laser beam 104c or comprises the first primary laser beam 104a, second primary laser beam 104b and third primary laser beam 104c.
  • a respective laser source 110 comprises, for example, a seed laser 114 for generating seed laser pulses and an amplification device 116 which generates the respective laser pulses 112a, 112b, 112c of the primary laser beams 104a, 104b, 104c by amplifying the seed laser pulses (indicated at the laser source 110a in Fig. 1).
  • the amplification device 116 may comprise simple amplifiers, regenerative amplifiers and/or multipass amplifiers.
  • the amplification device 116 may comprise fiber, rod, rod-type fiber, disk, slab, multislab and/or plate amplifiers.
  • laser sources 110 it is also possible, for example, for several or all existing laser sources 110 to be assigned a common amplification device 116. In particular, several or all laser sources 110 then use the same amplification device 116. In this case, for example, the laser pulses generated by different seed lasers 114 of the laser sources 110 are amplified by means of the same amplification device 116 in order to form the respective laser pulses 112a, 112b, 112c of the primary laser beams 104a, 104b, 104c.
  • the laser device 102 is designed to couple out the laser pulses 112 provided by the different laser sources 110 with a defined temporal sequence and/or a defined temporal offset in order to apply the laser pulses 112 to the target material 106 in this temporal sequence or with this defined temporal offset.
  • These laser pulses 112 form a pulse sequence 118 with which the target material 106 is applied to generate secondary radiation 108.
  • the laser radiation associated with the laser pulses 112 has, for example, a wavelength of e.g. 10 pm, 3 pm, 515 nm or 343 nm.
  • the laser device 102 comprises one or more optical modulators 120 and/or optical switches.
  • a modulator 120 is assigned to each of the different laser sources 110 of the laser device 102.
  • laser pulses 112 are selected for coupling out of the laser device 102 and/or time intervals between the coupled-out laser pulses are set by means of the respective modulator 120.
  • the optical modulator 120 can be designed, for example, as an acousto-optical modulator and/or as an electro-optical modulator.
  • the modulators 120 are each arranged after a specific laser beam source 110. It is also possible in principle for the modulators 120 to be integrated into a specific laser beam source 110 and to be arranged there, for example, between the seed laser 114 and the amplifier 116.
  • a specific temporal sequence and/or a specific temporal offset between the coupled-out laser pulses 112 can be realized by a defined path length difference and/or transit time difference, which the individual laser pulses 112 have from the respective laser source 110 until they reach the target material 106.
  • the formation of the path length difference can be realized, for example, via electronic and/or optical delay lines (not shown), wherein a delay line can be inserted into the respective beam path of one or more of the existing primary laser beams 104a, 104b, 104c.
  • Optical delay lines can basically be designed as free beam or fiber-based.
  • the laser system 100 has a target area 122 in which the target material 106 is arranged in order to apply the primary laser beam 104 to it and to bring it into interaction with its laser pulses 112. It is essential that target material 106 is continuously fed into the target area 122 so that fresh target material 106, which in particular has not yet been applied to the primary laser beam 104, is always available for generating secondary radiation 108. This enables continuous generation of secondary radiation 108 during operation of the laser system 100.
  • the pulsed primary laser beam 104 directed at the target material 106 is focused into a focus 123, wherein the focus 123 is arranged in the target area 122 in and/or on the target material 106.
  • a focusing optics 124 can be provided.
  • the target region 122 is understood to be a stationary region of the laser system 100 into which the target material 106 is coupled and/or into which the primary laser beam 104 is introduced in order to interact with the target material 106.
  • the target area 122 is preferably positioned in a fluid-tight and/or gas-tight chamber 126.
  • a negative pressure and/or a vacuum and/or a gas atmosphere with a defined composition is formed in comparison to the environment.
  • a pressure within the chamber is between 10 mbar and 500 mbar.
  • the gas disposed in chamber 126 is or comprises hydrogen and/or helium.
  • the laser system 100 can have a feed device 128.
  • target material 106 can be continuously provided by means of the feed device 128, which passes through the target area 122 at a certain speed and/or conveying rate.
  • the target material 106 is provided by means of the feed device 126 as a liquid material flow which passes through the target area 122.
  • This material flow is preferably in the form of a jet and in particular in the form of a continuous and/or uninterrupted jet.
  • the material flow can also be in the form of successive and/or spaced-apart droplets.
  • the feed device 126 has for example, a nozzle 128, by means of which the target material 106 is dispensed accordingly.
  • the direction of gravity is oriented in the negative y-direction, so that target material 106 delivered by the feed device 126 passes through the target area 122 in the direction of gravity (i.e. in the negative y-direction or from top to bottom).
  • the target material 106 passes through the target area 122 at a speed between 60 m/s and 120 m/s.
  • the liquid material flow of the target material 106 provided by the feed device 126 can be in the form of a film which is formed on a suitable material surface (not shown) and passes through the target area 122.
  • the feed device 126 can comprise, for example, a movable mechanism (not shown), such as a rotating wheel, a rotating drum, a rotating ball or a moving belt, on the surface of which the film is formed.
  • the laser system 100 has a control device 132 for controlling and/or regulating a beam length of the primary laser beam 104.
  • This control device 132 is designed in particular to control or regulate a position of the primary laser beam 104 and in particular its focus 123 within the target area 122 and/or an impact position 134 of the primary laser beam 104 on the target material 106 within the target area 122.
  • the control device 132 comprises a beam deflection device 136. This can, for example, have movable mirror elements, acousto-optical deflectors and/or electro-optical deflectors in order to realize the displacement.
  • control device 132 can have a detection device 138 which is designed to detect a local position of a specific feature, wherein the feature is arranged or formed on or in the region of the target material 106.
  • the feature is a geometric feature formed on the target material 106, such as an indentation (see below).
  • the detection device 138 can comprise a camera in order to detect the feature, for example by means of image recognition.
  • the beam deflection device 136 is then configured to control and/or regulate the displacement of the primary laser beam 104 by means of the beam deflection device 136 on the basis of the information provided by the detection device 138.
  • the detection device 138 is connected to the beam deflection device 136 in a signal-effective manner.
  • the Laser System 100 works as follows:
  • a pulse sequence 118 is provided by means of the laser device 102 and is brought into interaction with target material 106 located in the target area 122 in order to generate secondary radiation 108.
  • Target material 106 is continuously fed into the target area 106 by means of the feed device 128, so that fresh target material 106 is always available there, which passes through the target area 122 in particular in the form of a liquid jet (in the examples shown, the target material 106 passes through the target area 122 parallel to the direction of gravity or in the negative y-direction). It is provided that a specific spatial region of the target material 106 conveyed through the target region 122 is subjected to a defined pulse sequence 118. The target material 106 interacts in this spatial region in particular with all laser pulses 112 of the pulse sequence 118.
  • the laser device 102 emits in particular a further pulse sequence 118, which is then brought into interaction with a further spatial region of subsequently conveyed target material 106, etc. In this way, the process for generating the secondary radiation 106 can be continued continuously.
  • a temporal sequence of laser pulses 112a, 112b striking the target material 106 is shown, which are assigned to a pulse sequence 118a.
  • the target material 106 flows parallel to a flow direction 140 through the target area 122.
  • the primary laser beam 104 having the laser pulses 112a, 112b or its focus 123 strike the target material 106 in a specific spatial region 142.
  • This spatial region 142 is to be understood as a spatial region that is stationary with respect to the target material 106, which is assigned to the target material 106 and moves with the target material 106 in the direction of flow.
  • the pulse sequence 118a comprises a pulse train 144 made up of two or more first laser pulses 112a and a further laser pulse 112b following the pulse train 144.
  • the first laser pulses 112a are also referred to as pre-pulses and the further laser pulse 112b as the main pulse of the pulse sequence 118a.
  • the focus 123 of the primary laser beam 104 has a diameter in the range of 2.5 pm to 30 pm.
  • the intensity of the primary laser beam 104 in the focus 123 is in particular between 10 16 W/cm 2 and 10 19 W/cm 2 .
  • First laser pulses 112a are thus to be understood as laser pulses 112 of a first type and/or with first pulse properties and second laser pulses 112b are to be understood as laser pulses of a second type and/or with second Pulse properties. Accordingly, the third laser pulses 112c are to be understood as laser pulses 112 of a third type and/or with third pulse properties.
  • the pulse train 144 is to be understood in particular as a "burst" of first laser pulses 112a.
  • the pulse train 144 has at least two and in particular at least 20 and in particular at least 100 first laser pulses 112a.
  • a temporal pulse spacing t between successive first laser pulses 112a within the pulse train 144 is between 100 ps and 100 ns and preferably between 200 ps and 0.5 ns.
  • the temporal pulse spacing t between all existing adjacent first laser pulses 112a of the pulse train 144 is at least approximately the same.
  • a total t g temporal length of the pulse train 144 from first laser pulses 112a is between 1 ns and 10 ps.
  • a total energy of the pulse train 144 is, for example, between 0.8 mJ and 1.2 mJ.
  • the total energy of the pulse train 144 is to be understood as the sum of the pulse energies of all the first laser pulses 112a assigned to the pulse train 144.
  • all the first laser pulses 112a assigned to the pulse train 144 have at least approximately the same pulse energy.
  • a temporal pulse interval tz between the pulse train 144 and the second laser pulse 112b is between 10 ps and 1 ps.
  • the temporal pulse interval tz is the temporal interval between a last first laser pulse 112'a of the pulse train 144 and the second laser pulse 112b.
  • the second laser pulse 112b follows the pulse train 144, i.e. the first laser pulses 112a of the pulse train 144 first hit the target material 106 and then the second laser pulse 112b.
  • a pulse duration td of the second laser pulse 112b is, for example, between 25 fs and 50 fs.
  • a pulse energy of the second laser pulse 112b is, for example, between 8 mJ and 12 mJ.
  • the first laser pulses 112a are provided, for example, by means of the first laser source 110a.
  • the first laser source 110a is then designed to provide first laser pulses 112a with the properties mentioned.
  • the second laser pulses 112b are provided, for example, by means of the second laser source 110b, which is then designed to provide second laser pulses 112b with the properties mentioned.
  • the described pulse sequence 118a which includes first and second laser pulses 112a and 112b, can be formed, for example, by means of the optical modulators 120.
  • the optical modulators 120 are used, for example, as "pulse pickers" and select the laser pulses provided by the respective laser sources 110a, 110b to form the pulse sequence 118a accordingly.
  • Fig. 2b shows the target material 106 after interaction of several first laser pulses 112a of the pulse train 144, i.e. the pulse sequence 118a has already been partially brought into interaction with the target material 106 and/or absorbed by the target material 106.
  • the interaction of the pulse train 144 from first laser pulses 112a or pre-pulses causes the formation of an indentation 146 in the target material 106, wherein this indentation is positioned in the region 142 of the target material 106 in which the interaction with the first laser pulses 112a took place.
  • the indentation 146 is designed in particular as a "cup” or “dimple”. It is also possible in principle for the indentation 146 to be toroidal and/or annular trench-shaped.
  • the interaction of the first laser pulses 112a of the pulse train 114 causes material removal by evaporation and/or melt expulsion.
  • the indentation 146 is formed on a surface 148 and/or outside of the target material 106, which is struck by the primary laser beam 104 or its laser pulses 112a, 112b.
  • This surface 148 forms in particular a boundary surface of the target material 106, which in the examples shown is present as a liquid material flow in the form of a jet.
  • a depth direction 150 of the indentation 146 is oriented at least approximately parallel to the propagation direction of the primary laser beam 104 (indicated by the arrow of the primary laser beam 104) and/or at least approximately perpendicular to the flow direction 140 of the target material 106.
  • a maximum depth of the indentation 146 oriented parallel to the depth direction 150 with respect to the surrounding surface 148 is, for example, between 5 pm and 150 pm, in particular between 10 pm and 50 pm.
  • a maximum spatial extent and/or a maximum diameter of the indentation 146 is, for example, between 5 pm and 30 pm.
  • Fig. 2c shows the interaction of the second laser pulse 112b or main pulse with the target material 106 at the formed indentation 146.
  • This interaction generates secondary radiation 108, wherein the generation of secondary radiation can be particularly efficient due to the formed indentation 146.
  • the indentation is conical and/or parabolic.
  • the geometric shape of the indentation 146 can result in a concentration of the radiation intensity of the incident main pulse, as described, for example, in the scientific publication "Development of a bright MeV photon source with compound parabolic concentrator targets on the National Ignition Facility Radiographic Capability (NIF-ARC) laser" by Kerr et al, Phys. Plasmas 30, 013101 (2023), described.
  • NIF-ARC National Ignition Facility Radiographic Capability
  • the pulse sequence 118a to comprise a plurality of second laser pulses 112b to generate secondary radiation 108.
  • a further pulse sequence 118a is generated, which is brought into interaction with a new spatial region of subsequently fed target material 106, etc. In this way, secondary radiation 108 is continuously generated.
  • all laser pulses 112a, 112b of the respective pulse sequence 118a interact with the target material 106 in the same spatial region 142.
  • the first laser pulses 112a of the pulse train 144 interact with the target material 106 in the same spatial region 142 as the second laser pulse 112b.
  • This second laser pulse 112b interacts with the target material 106 in the spatial region 142 in which the indentation 146 is formed.
  • a movement speed of the laser pulses 112a, 112b in the direction of the target material 106 is much greater than its flow speed, so that all laser pulses interact with the target material 106 approximately in the same spatial region 142.
  • the impact position 134 of the primary laser beam 104 on the target material 106 is adjusted by means of the control device 132, so that it is adjusted in particular between the formation of the indentation 146 and the impact of the second laser pulse 112b remains constant.
  • a spatial position of the formed indentation 146 is determined by means of the detection device 138 and, based on this, the beam position of the primary laser beam 104 is adjusted by means of the beam deflection device 136.
  • the target material 106 is subjected to a pulse sequence 118b which comprises a third laser pulse 112c and a second laser pulse 112b following the third laser pulse 112c.
  • a pulse duration td2 of the third laser pulse 112c is, for example, between 800 fs and 1.5 ps.
  • a pulse energy of the third laser pulse 112c is, for example, between 10 pJ and 20 pJ.
  • a temporal pulse interval tz2 between the third laser pulse 112c and the second laser pulse 112b is, for example, between 10 ps and 100 ps.
  • third laser pulses 112c is carried out, for example, by means of the third laser source 110c.
  • the third laser source 110c is then designed to provide third laser pulses 112c with the properties mentioned.
  • the second laser pulse 112b has the properties mentioned above in connection with the example according to Fig. 2a to 2c. It is fundamentally possible for the pulse sequence 118b to have several second laser pulses 112b.
  • the interaction of the third laser pulse 112c with the target material 106 causes a formation of nanoparticles 152 on the surface 148 of the target material 106, wherein the nanoparticles 152 are positioned in that spatial region 142 on the surface 148 in which the target material 106 is exposed to the primary laser beam 104 and the target material 106 interacts with the third laser pulse 112c.
  • the third laser pulse 112c is referred to as the pre-pulse and the second laser pulse 112b as the main pulse of the pulse sequence 118b.
  • the average diameter of the nanoparticles 152 is between 10 nm and 100 nm.
  • third laser pulses 112c are provided to generate the nanoparticles 152 or that a pulse train consisting of several third laser pulses 112c is provided.
  • Fig. 3c shows the interaction of the second laser pulse 112b with the target material 106 in the spatial region 142 of the formed nanoparticles 152, whereby secondary radiation 108 is generated by this interaction. Due to the presence of nanoparticles 152, secondary radiation 108 can be generated particularly efficiently by means of the second laser pulse 112b.
  • plasmonic resonances can occur, which cause a particularly good absorption of the radiation of the main pulse in the electron gas of the target material 106 and in particular a particularly efficient increase in the electron temperature in the electron gas.
  • a movement speed of the laser pulses 112c, 112b in the direction of the target material 106 is much greater than its flow speed, so that all laser pulses interact with the target material 106 approximately in the same spatial region 142.
  • the impact position 134 of the primary laser beam 104 on the target material 106 is adjusted by means of the control device 132 so that it remains constant, in particular between the formation of the nanoparticles 152 and the impact of the second laser pulse 112b.
  • a spatial position of the formed nanoparticles 152 is determined by means of the detection device 138 and, based on this, the beam position of the primary laser beam 104 is adjusted by means of the beam deflection device 136.
  • the pulse sequence 118 is then designed such that its interaction with the target material 106 in a specific spatial region 142 first creates an indentation 146 and then nanoparticles 152 are created in this spatial region 142.
  • the secondary radiation 108 is then created by the interaction of a main pulse in this region 142.
  • the pulse sequence 114 comprises, for example, the pulse train 144 of first laser pulses 112a described above, the third laser pulse 112c described above (cf. Fig. 1) or a pulse train as third laser pulses 112c and the second laser pulse 112b described above.
  • the pulse train 144 of first laser pulses 112a is arranged in time before the third laser pulse 112c or the pulse train of third laser pulses 112c and the third laser pulse 112c or the pulse train of third laser pulses 112c is arranged in time before the second laser pulse (ie the pulse train 144 of first laser pulses 112a hits the target material 106 first, then the third laser pulse 112c or the pulse train of third laser pulses 112c and finally the second laser pulse 112b).
  • a time interval between the pulse train 144 of first laser pulses 112a, the third laser pulse 112c or pulse train of third laser pulses 112c and the second laser pulse 112b is in particular between 1 ps and 500 ns.
  • in particular incoherent X-rays can be generated particularly efficiently as secondary radiation 108.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sekundärstrahlung, bei dem ein Targetmaterial (106) in einem Zielbereich (122) bereitgestellt wird, das Targetmaterial (106) in dem Zielbereich (122) mit einer Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) beaufschlagt wird, wobei durch Wechselwirkung des Targetmaterials (106) mit der Pulsfolge (118) Sekundärstrahlung (108) erzeugt wird, wobei die Pulsfolge (118) einen Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) und einen dem Pulszug (144) nachlaufenden Hauptpuls (112b) aufweist, eine Gesamtenergie der Vorpulse (112a) des Pulszugs (144) zwischen 0,2 mJ und 10 mJ und ein zeitlicher Pulsabstand (ti) zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen (112a) des Pulszugs (144) zwischen 50 ps und 500 ns beträgt, eine Pulsenergie des Hauptpulses (112b) zwischen 2 mJ und 50 mJ und eine Pulsdauer (td) des Hauptpulses (112b) zwischen 15 fs und 300 fs beträgt und wobei ein zeitlicher Pulsabstand (tz) zwischen dem Pulszug (144) und dem Hauptpuls (112b) zwischen 1 ns und 1 µs beträgt.

Description

Verfahren und Lasersystem zur Erzeugung von Sekundärstrahlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Lasersystem zur Erzeugung von Sekundärstrahlung.
Aus der US 2018317309 Al ist ein Verfahren zur Erzeugung von EUV-Licht bekannt, wobei ein Tröpfchen aus Targetmaterial durch Bestrahlen mit einem ersten Vorpuls-Laserstrahl umgeformt wird, durch Bestrahlen des umgeformten Tröpfchens mit einem zweiten Vorpuls-Laserstrahl ein Seed-Plasma erzeugt wird und durch Erhitzen des Seed-Plasmas mit einem Hauptpuls-Laserstrahl EUV-Licht erzeugt wird.
Aus der US 2018206318 Al ist ein modulares Plasma-Röntgensystem bekannt, umfassend ein Flüssigmetall-Strömungssystem, das in einer Niederdruckkammer eingeschlossen ist, wobei das Strömungssystem ein flüssiges Metall enthält und wobei an mindestens einer Stelle auf dem flüssigen Metall ein von Laserpulsen bestrahlbares Metallziel gebildet ist, eine Zirkulationspumpe innerhalb des Flüssigmetall-Strömungssystems zum Zirkulieren des flüssigen Metalls, einen Laserimpuls-Emitter, der so konfiguriert ist, dass er Laserimpulse über ein Laserfenster in die Kammer sendet, eine Fokussieroptik, die sich zwischen dem Emitter und dem Metallziel befindet, wobei die Fokussieroptik die Laserpulse so führt, dass diese auf das Metalltarget an einem Zielort treffen, um Röntgenstrahlenpulse auszubilden, und ein Röntgenstrahlenfenster, das innerhalb der Kammer positioniert ist und durch welches die Röntgenstrahlenpulse die Kammer verlassen.
Aus der WO 2014044392 Al ist eine EUV-Strahlungserzeugungsvorrichtung bekannt, umfassend eine Vakuum-Kammer, in der zur Erzeugung von EUV- Strahlung ein Target-Material an einer Zielposition anordenbar ist, sowie eine Strahlführungs-Kammer zur Führung eines Laserstrahls von einer Treiberlasereinrichtung in Richtung auf die Zielposition. Es sind eine Zwischen- Kammer vorgesehen, die zwischen der Vakuum-Kammer und der Strahlführungs- Kammer angebracht ist, ein die Zwischen-Kammer gasdicht abschließendes erstes Fenster zum Eintritt des Laserstrahls von der Strahlführungs-Kammer, sowie ein die Zwischen-Kammer gasdicht abschließendes zweites Fenster zum Austritt des Laserstrahls in die Vakuum-Kammer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren und ein eingangs genanntes Lasersystem bereitzustellen, welche eine Erzeugung von Sekundärstrahlung mit einer erhöhten Effizienz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Targetmaterial in einem Zielbereich bereitgestellt wird, das Targetmaterial in dem Zielbereich mit einer Pulsfolge aus Laserpulsen beaufschlagt wird, wobei durch Wechselwirkung des Targetmaterials mit der Pulsfolge Sekundärstrahlung erzeugt wird, wobei die Pulsfolge einen Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen und einen dem Pulszug nachlaufenden Hauptpuls aufweist, eine Gesamtenergie der Vorpulse des Pulszugs zwischen 0,2 mJ und 10 mJ und ein zeitlicher Pulsabstand zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen des Pulszugs zwischen 50 ps und 500 ns beträgt, eine Pulsenergie des Hauptpulses zwischen 2 mJ und 50 mJ und eine Pulsdauer des Hauptpulses zwischen 15 fs und 300 fs beträgt und wobei ein zeitlicher Pulsabstand zwischen dem Pulszug und dem Hauptpuls zwischen 1 ns und 1 ps beträgt.
Durch die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem Pulszug aus Vorpulsen werden die Beschaffenheit und/oder der Zustand des Targetmaterials so verändert, dass die Wechselwirkung des Hauptpulses mit dem Targetmaterial und insbesondere dessen Absorption am Targetmaterial besonders effizient erfolgen kann. Mittels den Vorpulsen wird insbesondere eine geometrische Beschaffenheit und/oder geometrische Struktur einer Oberfläche des Targetmaterials verändert, um die Effizienz der Wechselwirkung bzw. Absorption des Hauptpulses zu verbessern. Die vor Eintreffen des Hauptpulses erfolgende Vorbereitung des Targetmaterials mit den Vorpulsen des Pulszugs ermöglicht somit eine besonders effiziente Erzeugung von Sekundärstrahlung.
Die Wechselwirkung der Laserpulse der Pulsfolge mit dem Targetmaterial ist oder umfasst insbesondere eine zumindest teilweise Absorption der Laserpulse durch das Targetmaterial. Insbesondere werden die Laserpulse der Pulsfolge jeweils zumindest teilweise vom Targetmaterial absorbiert.
Darunter, dass der Hauptpuls dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen nachläuft, ist zu verstehen, dass die mindestens zwei Vorpulse des Pulszugs zeitlich vor dem Hauptpuls auf das Targetmaterial treffen. Die Vorpulse treffen somit zuerst auf das Targetmaterial und anschließend der Hauptpuls.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Sekundärstrahlung ist insbesondere elektromagnetische Strahlung mit einer Quantenenergie zwischen 0,5 keV und 100 keV und bevorzugt zwischen 5 keV und 50 keV. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer Quantenenergie in den genannten Bereichen geeignet. Insbesondere ist die erzeugte Sekundärstrahlung Röntgenstrahlung.
Insbesondere weisen die Laserpulse der Pulsfolge eine Wellenlänge zwischen 300 nm und 10 pm auf. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge in einem Bereich zwischen 330 nm und 350 nm, zwischen 500 nm und 550 nm, zwischen 0,8 pm und 1,2 pm, zwischen 1,5 pm und 2,5 pm, oder zwischen 9 pm und 11 pm. Insbesondere weisen alle Laserpulse der Pulsfolge dieselbe Wellenlänge auf.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Gesamtenergie der Vorpulse des Pulszugs zwischen 0,5 mJ und 5 mJ und insbesondere zwischen 0,8 mJ und 1,2 mJ beträgt. Es lässt sich dadurch mittels den Vorpulsen des Pulszugs die geometrische Beschaffenheit und/oder geometrische Struktur der des Targetmaterials derart verändern, dass die Wechselwirkung bzw. Absorption des Hauptpulses am Targetmaterial mit einer besonders hohen Effizienz erfolgt.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn der zeitliche Pulsabstand zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen des Pulszugs zwischen 100 ps und 100 ns und insbesondere zwischen 200 ps und 0,5 ns beträgt.
Aus dem gleichen Grund kann es günstig sein, wenn eine gesamte zeitliche Länge des Pulszugs aus Vorpulsen zwischen 1 ns und 10 ps beträgt. Insbesondere bewirkt die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen eine Ausbildung einer Einbuchtung im Targetmaterial. Die Einbuchtung ist insbesondere an einer Oberfläche und/oder in einem räumlichen Bereich des Targetmaterials positioniert, an welcher bzw. in welchem die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen erfolgt. Die an der Oberfläche des Targetmaterials ausgebildete Einbuchtung bewirkt eine erhöhte Effizienz der Wechselwirkung bzw. Absorption des Hauptpulses am Targetmaterial, um Sekundärstrahlung zu erzeugen.
Insbesondere bildet die Oberfläche eine Begrenzungsfläche und/oder Phasengrenze des Targetmaterials.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Pulsenergie des Hauptpulses zwischen 5 mJ und 15 mJ und insbesondere zwischen 8 mJ und 12 mJ beträgt. Dadurch lässt sich beispielsweise Sekundärstrahlung in Form von Röntgenstrahlung mit besonders hoher Effizienz erzeugen.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn die Pulsdauer des Hauptpulses zwischen 25 fs und 50 fs beträgt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Beaufschlagung des Targetmaterials mit allen Laserpulsen der Pulsfolge an demselben Ort und/oder in demselben räumlichen Bereich des Targetmaterials erfolgt. Es ergibt sich dadurch die genannte Effizienzsteigerung bei der Erzeugung von Sekundärstrahlung.
Insbesondere weist der räumliche Bereich, in welchem die Laserpulse der Pulsfolge auf das Targetmaterial treffen, eine maximale räumliche Ausdehnung, insbesondere maximalen Durchmesser, von mindestens 2,5 pm und/oder höchstens 30 pm und insbesondere mindestens 3 pm und/oder höchstens 15 pm auf.
Insbesondere laufen die Laserpulse der Pulsfolge mit einer Geschwindigkeit auf das Targetmaterial zu, welche viel größer ist als eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsgeschwindigkeit des Targetmaterials innerhalb des Zielbereichs, sodass alle Laserpulse der Pulsfolge näherungsweise an demselben Ort und/oder in demselben räumlichen Bereich auf das Targetmaterial treffen.
Insbesondere erfolgt die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem Hauptpuls in einem räumlichen Bereich und/oder in demselben räumlichen Bereich, in welchem mittels des Pulszugs aus mindestens zwei Vorpulsen eine Einbuchtung an einer Oberfläche des Targetmaterials ausgebildet wurde. Insbesondere trifft dann der Hauptpuls auf die an der Oberfläche des Targetmaterials ausgebildete Einbuchtung.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Auftreffposition der jeweiligen Laserpulse der Pulsfolge auf das Targetmaterial nachgeregelt wird, sodass alle Laserpulse der Pulsfolge das Targetmaterial an demselben Ort und/oder in demselben räumlichen Bereich treffen. Hierzu kann beispielsweise eine Regelungseinrichtung vorgesehen sein.
Beispielsweise wird die Auftreffposition so nachgeregelt, dass der Hauptpuls auf die an der Oberfläche des Targetmaterials ausgebildete Einbuchtung trifft, welche dort mittels des Pulszugs aus mindestens zwei Vorpulsen ausgebildet wurde.
Günstig kann es sein, wenn in dem Zielbereich ein Unterdrück und/oder ein Vakuum und/oder eine Gasatmosphäre mit definierter Zusammensetzung ausgebildet ist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Laserpulse der Pulsfolge mindestens einem Primärlaserstrahl zugeordnet sind, wobei der mindestens eine Primärlaserstrahl mittels einer Lasereinrichtung bereitgestellt wird und auf den Zielbereich gerichtet ist, um dort mit dem Targetmaterial zu wechselwirken. Mittels des mindestens einen Primärlaserstrahls erfolgt die Beaufschlagung des Targetmaterials mit den Laserpulsen der Pulsfolge.
Insbesondere kann ein einziger Primärlaserstrahl vorgesehen sein, welchem die Laserpulse der Pulsfolge zugeordnet sind. Beispielsweise ist dieser Primärlaserstrahl dann durch koaxiale Überlagerung mehrerer Laserstrahlen gebildet, welche jeweils ein oder mehrere Laserpulse der Pulsfolge bereitstellen.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass mehrere auf den Zielbereich gerichtete Primärlaserstrahlen vorgesehen sind, um im Zielbereich mit dem Targetmaterial zu wechselwirken. Insbesondere verlaufen die Primärlaserstrahlen dann zueinander beabstandet und/oder laufen aus unterschiedlichen Richtungen auf den Zielbereich ein. Den unterschiedlichen Primärlaserstrahlen sind dann jeweils insbesondere ein oder mehrere Laserpulse der Pulsfolge zugeordnet.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der mindestens eine Primärlaserstrahl in den Zielbereich fokussiert wird, wobei ein Fokus des Primärlaserstrahls in dem Targetmaterial und/oder auf dem Targetmaterial und/oder in einem Bereich des Targetmaterials positioniert ist. Im Fokus lässt sich eine möglichst hohe Strahlungsintensität bereitstellen, welche mit dem Targetmaterial in Wechselwirkung gebracht werden kann.
Der Fokus des mindestens einen Primärlaserstrahls weist insbesondere einen Durchmesser im Bereich von 2,5 pm bis 30 pm und bevorzugt im Bereich von 3 pm bis 15 pm auf.
Vorteilhaft kann es sein, wenn Targetmaterial kontinuierlich in den Zielbereich zugeführt und/oder gefördert wird. Dadurch steht kontinuierlich frisches Targetmaterial im Zielbereich zur Verfügung, welches mit der Pulsfolge zur Erzeugung von Sekundärstrahlung in Wechselwirkung gebracht werden kann. Es lässt sich dadurch kontinuierlich Sekundärstrahlung erzeugen.
Das Targetmaterial liegt bevorzugt in flüssigem Zustand vor. Insbesondere ist oder umfasst das Targetmaterial ein niedrigschmelzendes Metall. Beispielsweise ist oder umfasst das Targetmaterial Gallium, Indium, Zinn, Zink, Lithium, Bismut oder Blei, oder eine Legierung, welche eines oder mehrere der genannten Materialien aufweist.
Insbesondere durchläuft das Targetmaterial den Zielbereich als Materialstrom und insbesondere als flüssiger Materialstrom. Insbesondere durchläuft das Targetmaterial den Zielbereich mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit und/oder Förderrate.
Der Materialstrom kann durchgängig ausgebildet sein, z.B. in Form eines Strahls vorliegen, oder Unterbrechungen aufweisen, z.B. in Form von aufeinanderfolgenden Tropfen vorliegen.
Eine Strömungsrichtung des Materialstroms ist insbesondere parallel zur Schwerkraftrichtung orientiert. Insbesondere ist die Strömungsrichtung quer oder senkrecht zur Bewegungsrichtung der Laserpulse der Pulsfolge orientiert und/oder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mindestens eines Primärlaserstrahls orientiert, welchem die Laserpulse der Pulsfolge zugeordnet sind.
Beispielsweise beträgt eine parallel zur Strömungsrichtung orientierte Strömungsgeschwindigkeit des Targetmaterials im Zielbereich zwischen 60 m/s und 120 m/s.
Günstig kann es sein, wenn die Pulsfolge aus Laserpulsen wiederholt neu bereitgestellt und in den Zielbereich eingebracht wird, wobei in den Zielbereich neu eingebrachtes Targetmaterial jeweils mit einer neu bereitgestellten Pulsfolge aus Laserpulsen beaufschlagt wird. Es lässt sich dadurch kontinuierlich Sekundärstrahlung erzeugen.
Insbesondere wird die Pulsfolge aus Laserpulsen in zeitlichen Abständen und insbesondere zeitlich regelmäßigen Abständen neu bereitgestellt.
Bei einer Variante des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die Pulsfolge aus Laserpulsen einen weiteren Vorpuls aufweist, welcher zwischen dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen und dem Hauptpuls angeordnet ist, wobei der weitere Vorpuls eine Pulsdauer zwischen 200 fs und 5 ps und eine Pulsenergie zwischen 2 pJ und 200 pJ aufweist. Es lässt sich dadurch die Effizienz der Wechselwirkung und insbesondere der Absorption des Hauptpulses am Targetmaterial weiter steigern. Unter einem Vorpuls ist vorliegend ein Vorpuls ersten Typs bzw. mit ersten Pulseigenschaften zu verstehen und unter dem weiteren Vorpuls ein Vorpuls zweiten Typs bzw. mit zweiten Pulseigenschaften.
Darunter, dass der weitere Vorpuls zwischen dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen angeordnet ist, ist zu verstehen, dass der weitere Vorpuls zeitlich zwischen den Vorpulsen des Pulszugs und dem Hauptpuls positioniert ist und folglich zeitlich zwischen den Vorpulsen des Pulszugs und dem Hauptpuls auf das Targetmaterial trifft. Die Vorpulse treffen somit zuerst auf das Targetmaterial, dann der weitere Vorpuls und anschließend der Hauptpuls.
Es kann vorgesehen sein, dass die Pulsfolge mehrere weitere Vorpulse oder einen Pulszug aus mehreren weiteren Vorpulsen aufweist, wobei die weiteren Vorpulse bzw. der Pulszug zwischen dem Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen und dem Hauptpuls positioniert sind.
Aus dem genannten Grund kann es vorteilhaft sein, wenn die Pulsdauer des weiteren Vorpulses zwischen 800 fs und 1,5 ps beträgt.
Aus dem genannten Grund kann es vorteilhaft sein, wenn die Pulsenergie des weiteren Vorpulses zwischen 5 pJ und 100 pJ beträgt.
Aus dem genannten Grund kann es günstig sein, wenn ein zeitlicher Pulsabstand zwischen dem weiteren Vorpuls und dem Hauptpuls zwischen 1 ps und 1 ns und insbesondere zwischen 10 ps und 100 ps beträgt.
Aus dem genannten Grund kann es günstig sein, wenn ein zeitlicher Pulsabstand zwischen dem weiteren Vorpuls und dem Pulszug aus Vorpulsen zwischen 0,5 ns und 500 ns und insbesondere zwischen 20 ns und 200 ns beträgt.
Insbesondere bewirkt die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem weiteren Vorpuls eine Ausbildung von Nanopartikeln. Insbesondere sind die Nanopartikel im Bereich einer Oberfläche und/oder in einem räumlichen Bereich des Targetmaterials positioniert, in welchem die Beaufschlagung des Targetmaterials mit dem weiteren Vorpuls erfolgt. Die im Bereich der Oberfläche des Targetmaterials ausgebildeten Nanopartikel bewirkt eine erhöhte Effizienz der Wechselwirkung bzw. Absorption des Hauptpulses am Targetmaterial, um Sekundärstrahlung zu erzeugen.
Insbesondere erstreckt sich der Bereich, in welchem die Nanopartikel positioniert sind, ausgehend von der Oberfläche des Targetmaterials bis zu einem Abstand von 50 pm zur Oberfläche.
Insbesondere sind die Nanopartikel in demjenigen räumlichen Bereich positioniert, in welchem eine mittels des Pulszugs als Vorpulsen ausgebildete Einbuchtung an der Oberfläche des Targetmaterials ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß umfasst das eingangs genannte Lasersystem eine Lasereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine Pulsfolge aus Laserpulsen bereitzustellen, wobei die Pulsfolge einen Pulszug aus mindestens zwei Vorpulsen und einen dem Pulszug nachlaufenden Hauptpuls aufweist, eine Gesamtenergie der Vorpulse des Pulszugs zwischen 0,2 mJ und 10 mJ und ein zeitlicher Pulsabstand zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen des Pulszugs zwischen 50 ps und 500 ns beträgt, eine Pulsenergie des Hauptpulses zwischen 2 mJ und 50 mJ und eine Pulsdauer des zweiten Laserpulses zwischen 15 fs und 300 fs beträgt und wobei ein zeitlicher Pulsabstand zwischen dem Pulszug und dem Hauptpuls zwischen 1 ns und 1 ps beträgt. Das Lasersystem ist dazu eingerichtet, ein Targetmaterial in einem Zielbereich mit der Pulsfolge aus Laserpulsen zu beaufschlagen, wobei durch Wechselwirkung des Targetmaterials mit der Pulsfolge Sekundärstrahlung erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Lasersystem weist insbesondere ein oder mehrere weitere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Vorteilhafte Ausführungsformen des Lasersystems wurden bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Lasersystems ausführbar. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Lasersystems ausgeführt. Insbesondere wird mittels der Lasereinrichtung mindestens ein Primärlaserstrahl bereitgestellt, welchem die Laserpulse der Pulsfolge zugeordnet sind, wobei der mindestens eine Primärlaserstrahl auf das im Zielbereich befindliche Targetmaterial gerichtet ist. Der mindestens eine Primärlaserstrahl weist die Laserpulse der Pulsfolge auf, mit denen das Targetmaterial beaufschlagt wird.
Die Lasereinrichtung umfasst insbesondere ein oder mehrere Laserquellen zur Bereitstellung der Laserpulse der Pulsfolge. Beispielsweise wird mittels einer jeweiligen Laserquelle jeweils ein Primärlaserstrahl mit Laserpulsen eines bestimmten Typs und/oder bestimmter Eigenschaften bereitgestellt.
Insbesondere werden die jeweiligen Primärlaserstrahlen, welche von unterschiedlichen Laserstrahlquellen bereitgestellt werden, zu einem resultierenden Primärlaserstrahl überlagert und insbesondere koaxial überlagert, wobei dem resultierenden Primärlaserstrahl die Laserpulse der Pulsfolge zugeordnet sind.
Insbesondere umfasst das Lasersystem eine Fokussieroptik zur Fokussierung des mindestens einen Primärlaserstrahls in einen Fokus, wobei der Fokus im Zielbereich in dem Targetmaterial und/oder auf dem Targetmaterial und/oder in einem Bereich des Targetmaterials positioniert ist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem eine Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Strahllange des mindestens einen Primärlaserstrahls aufweist. Vorzugsweise ist die Regelungseinrichtung dazu ausgebildet, eine Position des mindestens einen Primärlaserstrahls und insbesondere dessen Fokus innerhalb des Zielbereichs und/oder eine Auftreffposition des Primärlaserstrahls auf das Targetmaterial innerhalb des Zielbereichs zu steuern bzw. zu regeln.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem den Zielbereich und/oder das Targetmaterial umfasst. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldungsunterlagen sind Durchmesser von Laserstrahlen und/oder Fokusdurchmesser grundsätzlich über die Methode der zweiten Momente nach ISO 11146-3 definiert. Pulsdauern sind insbesondere über die Halbwertsbreite der entfalteten Autokorrelation definiert.
Insbesondere ist unter der Angabe "zumindest näherungsweise" im Allgemeinen eine Abweichung von höchstens 10 % zu verstehen, d.h. dass ein tatsächlicher Wert um höchstens 10 % von einem idealen Wert abweicht.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Lasersystems;
Fig. 2 ein erstes Beispiel zur Erzeugung von Sekundärstrahlung, wobei mittels eines Pulszugs aus Vorpulsen eine Einbuchtung im Targetmaterial erzeugt wird; und
Fig. 3 ein weiteres Beispiel zur Erzeugung von Sekundärstrahlung, wobei mittels eines Vorpulses Nanopartikel im Bereich der Oberfläche des Materials erzeugt werden.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Lasersystems ist in Fig. 1 gezeigt und dort mit 100 bezeichnet. Das Lasersystem 100 umfasst eine Lasereinrichtung 102, mittels welcher im Betrieb des Lasersystems 100 mindestens ein gepulster Primärlaserstrahl 104 bereitgestellt wird. Dieser Primärlaserstrahl 104 wird auf ein Targetmaterial 106 gerichtet, wobei durch Wechselwirkung des Primärlaserstrahls 104 mit dem Targetmaterial 106 Sekundärstrahlung 108 erzeugt wird. Das Targetmaterial 106 ist oder umfasst beispielsweise Gallium, Indium, Zinn, Zink, Lithium, Bismut oder Legierungen aus diesen Metallen.
Die Lasereinrichtung 102 ist dazu eingerichtet, den gepulsten Primärlaserstrahl 104 mit Laserpulsen 112 bereitzustellen, welche unterschiedliche Eigenschaften und Pulsabstände aufweisen. Hierzu umfasst die Lasereinrichtung 102 beispielsweise mehrere Laserquellen 110, die jeweils gepulste Laserstrahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen. Die jeweiligen gepulsten Laserstrahlen dieser Laserquellen 110 werden bei dem gezeigten Beispiel koaxial überlagert, um den aus der Lasereinrichtung 102 austretenden gepulsten Primärlaserstrahl 104 auszubilden.
Die Lasereinrichtung 102 umfasst beispielsweise eine erste Laserquelle 110a, welche einen ersten gepulsten Primärlaserstrahl 104a mit Laserpulsen 112a bereitstellt, eine zweite Laserquelle 110b, welche einen zweiten gepulsten Primärlaserstrahl 104b mit Laserpulsen 112b bereitstellt, und eine dritte Laserquelle 110c, welche einen dritten gepulsten Primärlaserstrahl 104c mit Laserpulsen 112c bereitstellt.
Der aus der Lasereinrichtung 102 austretende erste Primärlaserstrahl 104a, zweite Primärlaserstrahl 104b und dritte Primärlaserstrahl 104c werden bei dem gezeigten Beispiel koaxial überlagert und weisen nach Austritt aus der Lasereinrichtung 102 insbesondere denselben Strahlpfad auf. Der Primärlaserstrahl 104 wird bei dem gezeigten Beispiel somit aus dem ersten Primärlaserstrahl 104a, zweiten Primärlaserstrahl 104b und dritten Primärlaserstrahl 104c gebildet bzw. umfasst den ersten Primärlaserstrahl 104a, zweiten Primärlaserstrahl 104b und dritten Primärlaserstrahl 104c.
Alternativ hierzu ist es grundsätzlich auch möglich, dass die unterschiedlichen Primärlaserstrahlen 104a, 104b, 104c nach Austritt aus der Lasereinrichtung 102 unterschiedliche Strahlpfade aufweisen und/oder zueinander beabstandet verlaufen, bevor diese auf das Targetmaterial 106 treffen. In diesem Fall findet insbesondere keine koaxiale Überlagerung der unterschiedlichen Primärlaserstrahlen 104a, 104b, 104c statt. Eine jeweilige Laserquelle 110 umfasst beispielsweise einen Seedlaser 114 zur Erzeugung von Seed-Laserpulsen und eine Verstärkungseinrichtung 116, welche durch Verstärkung der Seed-Laserpulse die jeweiligen Laserpulse 112a, 112b, 112c der Primärlaserstrahlen 104a, 104b, 104c erzeugt (angedeutet bei der Laserquelle 110a in Fig. 1).
Die Verstärkungseinrichtung 116 kann einfache Verstärker, regenerative Verstärker und/oder Multipass-Verstärker umfassen. Beispielsweise kann die Verstärkungseinrichtung 116 Faser-, Stab-, Rodtype- Faser-, Scheiben-, Slab-, Multislab- und/oder Plattenverstärker aufweisen.
Alternativ hierzu ist es beispielsweise auch möglich, dass mehreren oder allen vorhandenen Laserquellen 110 eine gemeinsame Verstärkungseinrichtung 116 zugeordnet ist. Insbesondere nutzen dann mehrere oder alle Laserquellen 110 dieselbe Verstärkungseinrichtung 116. In diesem Fall werden beispielsweise die von unterschiedlichen Seedlasern 114 der Laserquellen 110 erzeugten Laserpulse mittels derselben Verstärkungseinrichtung 116 verstärkt, um die jeweiligen Laserpulse 112a, 112b, 112c der Primärlaserstrahlen 104a, 104b, 104c auszubilden.
Die Lasereinrichtung 102 ist dazu eingerichtet, die von den unterschiedlichen Laserquellen 110 bereitgestellten Laserpulse 112 mit einer definierten zeitlichen Abfolge und/oder einem definierten zeitlichen Versatz auszukoppeln, um das Targetmaterial 106 mit den Laserpulsen 112 in dieser zeitlichen Abfolge bzw. mit diesem definierten zeitlichen Versatz zu beaufschlagen. Diese Laserpulse 112 bilden eine Pulsfolge 118 aus, mit welcher das Targetmaterial 106 zur Erzeugung von Sekundärstrahlung 108 beaufschlagt wird.
Die den Laserpulsen 112 zugeordnete Laserstrahlung weist beispielsweise eine Wellenlänge von z.B. 10 pm, 3 pm, 515 nm oder 343 nm auf.
Zur Auskopplung der von den unterschiedlichen Laserquellen 110 bereitgestellten Laserpulsen 112 mit definierter zeitlicher Abfolge und/oder definiertem zeitlichen Versatz kann es vorgesehen sein, dass die Lasereinrichtung 102 ein oder mehrere optische Modulatoren 120 und/oder optische Schalter umfasst. Beispielsweise ist den unterschiedlichen Laserquellen 110 der Lasereinrichtung 102 jeweils ein Modulator 120 zugeordnet. Mittels des jeweiligen Modulators 120 werden im Betrieb des Lasersystems 100 Laserpulse 112 zur Auskopplung aus der Lasereinrichtung 102 ausgewählt und/oder zeitliche Abstände zwischen den ausgekoppelten Laserpulsen eingestellt.
Der optische Modulator 120 kann beispielsweise als akustooptischer Modulator und/oder als elektrooptischer Modulator ausgebildet sein.
Beispielsweise sind die Modulatoren 120, wie in Fig. 1 gezeigt, jeweils nach einer bestimmten Laserstrahlquelle 110 angeordnet. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Modulatoren 120 jeweils in eine bestimmte Laserstrahlquelle 110 integriert sind und dort beispielsweise zwischen dem Seedlaser 114 und dem Verstärker 116 angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann eine bestimmte zeitliche Abfolge und/oder ein bestimmter zeitlicher Versatz zwischen den ausgekoppelten Laserpulsen 112 durch eine definierte Weglängendifferenz und/oder Laufzeitdifferenz realisiert werden, welche die einzelnen Laserpulse 112 ausgehend von der jeweiligen Laserquelle 110 bis zum Erreichen des Targetmaterials 106 zueinander aufweisen. Die Ausbildung der Weglängendifferenz kann beispielsweise über elektronische und/oder optische Verzögerungsstrecken (nicht gezeigt) realisiert sein, wobei eine Verzögerungsstrecke in den jeweiligen Strahlpfad von einem oder mehreren der vorhandenen Primärlaserstrahlen 104a, 104b, 104c eingefügt sein kann. Optische Verzögerungsstrecken können grundsätzlich freistrahl- oder faserbasiert ausgeführt sein.
Das Lasersystem 100 weist einen Zielbereich 122 auf, in welchem das Targetmaterial 106 angeordnet wird, um dieses mit dem Primärlaserstrahl 104 zu beaufschlagen und mit dessen Laserpulsen 112 in Wechselwirkung zu bringen. Hierbei ist es wesentlich, dass kontinuierlich Targetmaterial 106 in den Zielbereich 122 nachgefördert wird, sodass stets frisches Targetmaterial 106, welches insbesondere noch nicht mit dem Primärlaserstrahl 104 beaufschlagt wurde, zur Erzeugung von Sekundärstrahlung 108 zur Verfügung steht. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Erzeugung von Sekundärstrahlung 108 im Betrieb des Lasersystems 100.
Insbesondere wird der auf das Targetmaterial 106 gerichtete gepulste Primärlaserstrahl 104 in einen Fokus 123 fokussiert, wobei der Fokus 123 im Zielbereich 122 in und/oder auf dem Targetmaterial 106 angeordnet ist. Hierzu kann beispielsweise eine Fokussieroptik 124 vorgesehen sein.
Unter dem Zielbereich 122 ist ein ortsfester Bereich des Lasersystems 100 zu verstehen, in welchen das Targetmaterial 106 eingekoppelt wird und/oder in welchen der Primärlaserstrahl 104 eingebracht wird, um mit dem Targetmaterial 106 zu wechselwirken.
Der Zielbereich 122 ist vorzugsweise in einer fluiddichten und/oder gasdichten Kammer 126 positioniert. In dieser Kammer 126 ist beispielsweise im Vergleich zur Umgebung ein Unterdrück und/oder ein Vakuum und/oder eine Gasatmosphäre mit definierter Zusammensetzung ausgebildet. Beispielsweise beträgt ein Druck innerhalb der Kammer zwischen 10 mbar und 500 mbar.
Beispielsweise ist oder umfasst das in der Kammer 126 angeordnete Gas Wasserstoff und/oder Helium.
Zur Zuführung des Targetmaterials 106 in den Zielbereich 122 und dessen Förderung durch den Zielbereich 122 kann das Lasersystem 100 eine Zuführeinrichtung 128 aufweisen. Insbesondere kann mittels der Zuführeinrichtung 128 kontinuierlich Targetmaterial 106 bereitgestellt werden, welches den Zielbereich 122 mit einer bestimmten Geschwindigkeit und/oder Förderrate durchläuft.
Insbesondere wird das Targetmaterial 106 mittels der Zuführeinrichtung 126 als flüssiger Materialstrom bereitgestellt, welcher den Zielbereich 122 durchläuft. Dieser Materialstrom liegt vorzugsweise in Form eines Strahls und insbesondere in Form eines durchgängigen und/oder unterbrechungsfreien Strahls vor. Der Materialstrom kann allerdings auch in Form von aufeinanderfolgenden und/oder zueinander beabstandeten Tröpfchen vorliegen. Die Zuführeinrichtung 126 weist beispielsweise eine Düse 128 auf, mittels welcher das Targetmaterial 106 entsprechend abgegeben wird.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Schwerkraftrichtung in negative y- Richtung orientiert, sodass mittels der Zuführeinrichtung 126 abgegebenes Targetmaterial 106 den Zielbereich 122 in Schwerkraftrichtung (d.h. in negative y-Richtung bzw. von oben nach unten) durchläuft.
Beispielsweise durchläuft das Targetmaterial 106 den Zielbereich 122 mit einer Geschwindigkeit zwischen 60 m/s und 120 m/s.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der mittels der Zuführeinrichtung 126 bereitgestellte flüssige Materialstrom des Targetmaterials 106 als Film vorliegt, welcher auf einer geeigneten Materialoberfläche (nicht gezeigt) ausgebildet ist und den Zielbereich 122 durchläuft. Hierzu kann die Zuführeinrichtung 126 beispielsweise eine bewegliche Mechanik (nicht gezeigt) umfassen, wie z.B. ein rotierendes Rad, eine rotierende Trommel, eine rotierende Kugel oder ein bewegtes Band, auf dessen bzw. deren Oberfläche der Film ausgebildet ist.
Weitere technische Details betreffend die Bereitstellung von Targetmaterial zur Erzeugung von Sekundärstrahlung durch Wechselwirkung mit einem Primärlaserstrahl sind beispielsweise in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Light sources for high-volume manufacturing EUV lithography: technonogy, performance, and power scaling", I. Fomenkov et al., Advanced Optical Technologies 6(3): 173-186, DOI: 10.1515/aot-2017-0029, beschrieben.
Es kann vorgesehen sein, dass das Lasersystem 100 eine Regelungseinrichtung 132 zur Steuerung und/oder Regelung einer Strahllange des Primärlaserstrahls 104 aufweist. Diese Regelungseinrichtung 132 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Position des Primärlaserstrahls 104 und insbesondere dessen Fokus 123 innerhalb des Zielbereichs 122 und/oder eine Auftreffposition 134 des Primärlaserstrahls 104 auf das Targetmaterial 106 innerhalb des Zielbereichs 122 zu steuern bzw. zu regeln. Zur räumlichen Verlagerung des Primärlaserstrahls 104 umfasst die Regelungseinrichtung 132 eine Strahlablenkeinrichtung 136. Diese kann beispielsweise bewegliche Spiegelelemente, akustooptische Deflektoren und/oder elektrooptische Deflektoren aufweisen, um die Verlagerung zu realisieren.
Weiter kann die Regelungseinrichtung 132 eine Detektionseinrichtung 138 aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine örtliche Position eines bestimmten Merkmals zu detektieren, wobei das Merkmal an oder im Bereich des Targetmaterials 106 angeordnet oder ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Merkmal ein am Targetmaterial 106 ausgebildetes geometrisches Merkmal, wie z.B. eine Einbuchtung (siehe unten). Zur Detektion eines bestimmten Merkmals kann die Detektionseinrichtung 138 eine Kamera umfassen, um das Merkmal beispielsweise mittels Bilderkennung zu detektieren.
Die Strahlablenkeinrichtung 136 ist dann dazu eingerichtet, die Verlagerung des Primärlaserstrahls 104 mittels der Strahlablenkeinrichtung 136 auf Grundlage der von der Detektionseinrichtung 138 bereitgestellten Informationen zu steuern und/oder zu regeln. Die Detektionseinrichtung 138 ist hierzu signalwirksam mit der Strahlablenkeinrichtung 136 verbunden.
Das Lasersystem 100 funktioniert wie folgt:
Im Betrieb des Lasersystems 100 wird mittels der Lasereinrichtung 102 eine Pulsfolge 118 bereitgestellt und mit im Zielbereich 122 befindlichem Targetmaterial 106 in Wechselwirkung gebracht, um Sekundärstrahlung 108 zu erzeugen.
Targetmaterial 106 wird mittels der Zuführeinrichtung 128 dauerhaft in den Zielbereich 106 gefördert, sodass dort stets frisches Targetmaterial 106 zur Verfügung steht, welches den Zielbereich 122 insbesondere in Form eines flüssigen Strahls durchläuft (bei den gezeigten Beispielen durchläuft das Targetmaterial 106 den Zielbereich 122 parallel zur Schwerkraftrichtung bzw. in negative y-Richtung). Es ist vorgesehen, dass jeweils ein bestimmter räumlicher Bereich des durch den Zielbereich 122 geförderten Targetmaterials 106 mit einer definierten Pulsfolge 118 beaufschlagt wird. Das Targetmaterial 106 wechselwirkt in diesem räumlichen Bereich insbesondere mit allen Laserpulsen 112 der Pulsfolge 118. Anschließend wird von der Lasereinrichtung 102 insbesondere eine weitere Pulsfolge 118 abgegeben, welche dann mit einem weiteren räumlichen Bereich von nachgefördertem Targetmaterial 106 in Wechselwirkung gebracht wird, usw. Auf diese Weise kann der Prozess zur Erzeugung der Sekundärstrahlung 106 kontinuierlich fortgesetzt werden.
In den Fig. 2a bis 2c ist eine zeitliche Abfolge von auf das Targetmaterial 106 treffenden Laserpulsen 112a, 112b gezeigt, weicher einer Pulsfolge 118a zugeordnet sind. In der gezeigten Abbildung strömt das Targetmaterial 106 parallel zu einer Strömungsrichtung 140 durch den Zielbereich 122.
Der die Laserpulse 112a, 112b aufweisende Primärlaserstrahl 104 bzw. dessen Fokus 123 treffen in einem bestimmten räumlichen Bereich 142 auf das Targetmaterial 106. Unter diesem räumlichen Bereich 142 ist ein bezüglich des Targetmaterials 106 ortsfester räumlicher Bereich zu verstehen, welcher dem Targetmaterial 106 zugeordnet ist und sich mit dem Targetmaterial 106 in Strömungsrichtung mitbewegt.
Die Pulsfolge 118a umfasst einen Pulszug 144 aus zwei oder mehr ersten Laserpulsen 112a und einen dem Pulszug 144 nachlaufenden weiteren Laserpuls 112b. Die ersten Laserpulse 112a werden vorliegend auch als Vorpulse bezeichnet und der weitere Laserpuls 112b als Hauptpuls der Pulsfolge 118a.
Der Fokus 123 des Primärlaserstrahls 104 weist insbesondere einen Durchmesser im Bereich von 2,5 pm bis 30 pm auf. Eine Intensität des Primärlaserstrahls 104 im Fokus 123 beträgt im Fall des Hauptpulses 112b insbesondere zwischen 1016 W/cm2 und 1019 W/cm2.
Unter ersten Laserpulsen 112a sind somit Laserpulse 112 eines ersten Typs und/oder mit ersten Pulseigenschaften zu verstehen und unter zweiten Laserpulsen 112b Laserpulse zweiten Typs und/oder mit zweiten Pulseigenschaften. Entsprechend sind unter den dritten Laserpulsen 112c Laserpulse 112 eines dritten Typs und/oder mit dritten Pulseigenschaften zu verstehen.
Unter dem Pulszug 144 ist insbesondere ein "Burst" aus ersten Laserpulsen 112a zu verstehen. Insbesondere weist der Pulszug 144 mindestens zwei und insbesondere mindestens 20 und insbesondere mindestens 100 erste Laserpulse 112a auf.
Ein zeitlicher Pulsabstand t zwischen aufeinanderfolgenden ersten Laserpulsen 112a innerhalb des Pulszugs 144 beträgt zwischen 100 ps und 100 ns und bevorzugt zwischen 200 ps und 0,5 ns. Insbesondere ist der zeitliche Pulsabstand t zwischen allen vorhandenen benachbarten ersten Laserpulsen 112a des Pulszugs 144 zumindest näherungsweise gleich.
Eine gesamte tg zeitliche Länge des Pulszugs 144 aus ersten Laserpulsen 112a beträgt zwischen 1 ns und 10 ps.
Eine Gesamtenergie des Pulszugs 144 beträgt beispielsweise zwischen 0,8 mJ und 1,2 mJ. Unter der Gesamtenergie des Pulszugs 144 ist die Summe der Pulsenergien aller dem Pulszug 144 zugeordneten ersten Laserpulse 112a zu verstehen. Insbesondere weisen alle dem Pulszug 144 zugeordneten ersten Laserpulse 112a zumindest näherungsweise dieselbe Pulsenergie auf.
Ein zeitlicher Pulsabstand tz zwischen dem Pulszug 144 und dem zweiten Laserpuls 112b beträgt zwischen 10 ps und 1 ps. Unter dem zeitlichen Pulsabstand tz ist der zeitliche Abstand zwischen einem letzten ersten Laserpuls 112'a des Pulszugs 144 und dem zweiten Laserpuls 112b zu verstehen.
Der zweite Laserpuls 112b läuft dem Pulszug 144 nach, d.h. die ersten Laserpulse 112a des Pulszugs 144 treffen zuerst auf das Targetmaterial 106 und anschließend der zweite Laserpuls 112b.
Eine Pulsdauer td des zweiten Laserpulses 112b beträgt beispielsweise zwischen 25 fs und 50 fs. Eine Pulsenergie des zweiten Laserpulses 112b beträgt beispielsweise zwischen 8 mJ und 12 mJ.
Die Bereitstellung der ersten Laserpulse 112a erfolgt beispielsweise mittels der ersten Laserquelle 110a. Die erste Laserquelle 110a ist dann dazu ausgebildet, erste Laserpulse 112a mit den genannten Eigenschaften bereitzustellen. Entsprechend erfolgt die Bereitstellung der zweiten Laserpulse 112b beispielsweise mittels der zweiten Laserquelle 110b, welche dann dazu ausgebildet ist, zweite Laserpulse 112b mit den genannten Eigenschaften bereitzustellen. Die Ausbildung der beschriebenen Pulsfolge 118a, welche erste und zweite Laserpulse 112a bzw. 112b umfasst, kann beispielsweise mittels den optischen Modulatoren 120 erfolgen. Hierzu werden die optischen Modulatoren 120 beispielsweise als "Pulspicker" eingesetzt und wählen die von den jeweiligen Laserquellen 110a, 110b bereitgestellten Laserpulse zur Ausbildung der Pulsfolge 118a entsprechend aus.
Fig. 2b zeigt das Targetmaterial 106 nach Wechselwirkung von mehreren ersten Laserpulsen 112a des Pulszugs 144, d.h. die Pulsfolge 118a wurde bereits teilweise mit dem Targetmaterial 106 in Wechselwirkung gebracht und/oder vom Targetmaterial 106 absorbiert.
Die Wechselwirkung des Pulszugs 144 aus ersten Laserpulsen 112a bzw. Vorpulsen bewirkt die Ausbildung einer Einbuchtung 146 im Targetmaterial 106, wobei diese Einbuchtung in demjenigen Bereich 142 des Targetmaterials 106 positioniert ist, in welchem die Wechselwirkung mit den ersten Laserpulsen 112a erfolgt ist. Die Einbuchtung 146 ist insbesondere als "Näpfchen" oder "Dimple" ausgebildet. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Einbuchtung 146 torusförmig und/oder ringgrabenförmig ausgebildet ist.
Die Ausbildung von Einbuchtungen in Materialien durch deren Wechselwirkung mit Laserpulsen sowie die zugrundeliegenden physikalischen Effekte sind beispielsweise in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Review on Experimental and Theoretical Investigations of Ultra-Short Pulsed Laser Ablation of Metals with Burst Pulses" von Förster et al., Materials 2021, 14, 3331, https://doi.org/10.3390/nial4123331, beschrieben.
Insbesondere bewirkt die Wechselwirkung der ersten Laserpulse 112a des Pulszugs 114 einen Materialabtrag durch Verdampfen und/oder Schmelzaustrieb.
Die Einbuchtung 146 ist an einer Oberfläche 148 und/oder Außenseite des Targetmaterials 106 ausgebildet, auf welche der Primärlaserstrahl 104 bzw. dessen Laserpulse 112a, 112b treffen. Diese Oberfläche 148 bildet insbesondere eine Begrenzungsfläche des Targetmaterials 106, welches bei den gezeigten Beispielen als flüssiger Materialstrom in Form eines Strahls vorliegt.
Eine Tiefenrichtung 150 der Einbuchtung 146 ist zumindest näherungsweise parallel zur Propagationsrichtung des Primärlaserstrahls 104 (angedeutet durch den Pfeil des Primärlaserstrahls 104) und/oder zumindest näherungsweise senkrecht zur Strömungsrichtung 140 des Targetmaterials 106 orientiert.
Eine parallel zur Tiefenrichtung 150 orientierte maximale Tiefe der Einbuchtung 146 bezüglich der umgebenden Oberfläche 148 beträgt beispielsweise zwischen 5 pm und 150 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 50 pm. Eine maximale räumliche Ausdehnung und/oder ein maximaler Durchmesser der Einbuchtung 146 beträgt beispielsweise zwischen 5 pm und 30 pm.
Fig. 2c zeigt die Wechselwirkung des zweiten Laserpulses 112b bzw. Hauptpulses mit dem Targetmaterial 106 an der ausgebildeten Einbuchtung 146. Durch diese Wechselwirkung wird Sekundärstrahlung 108 erzeugt, wobei die Erzeugung von Sekundärstrahlung aufgrund der ausgebildeten Einbuchtung 146 besonders effizient erfolgen kann. Insbesondere ist die Einbuchtung kegelförmig und/oder parabelförmig ausgebildet.
Ursächlich hierfür sind insbesondere eine durch die Einbuchtung 146 bewirkte verbesserte Absorption des Hauptpulses, wie dies beispielsweise in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Enhancement of hard x-ray emission from a copper target by multiple shots of femtosecond laser pulses" von Hironaka et al., Applied Physics Letters, Volume 74, Number 12, 22. März 1999, beschrieben ist. Insbesondere kann eine verringerte Fresnel'sche Reflexion auftreten, welche zu der verbesserten Absorption beiträgt.
Weiter kann sich durch die geometrische Form der Einbuchtung 146 eine Konzentration der Strahlungsintensität des einfallenden Hauptpulses ergeben, was beispielsweise in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Development of a bright MeV photon source with compound parabolic concentrator targets on the National Ignition Facility Radiographic Capability (NIF-ARC) laser" von Kerr et al, Phys. Plasmas 30, 013101 (2023), beschrieben ist.
Es ist grundsätzlich möglich, dass die Pulsfolge 118a mehrere zweite Laserpulse 112b aufweist, um Sekundärstrahlung 108 zu erzeugen.
Anschließend wird zur Fortsetzung des Verfahrens eine weitere Pulsfolge 118a erzeugt, welche mit einem neuen räumlichen Bereich von nachgefördertem Targetmaterial 106 in Wechselwirkung gebracht wird, usw. Auf diese Weise wird Sekundärstrahlung 108 kontinuierlich erzeugt.
Bei dem in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigten Verfahren wechselwirken alle Laserpulse 112a, 112b der jeweiligen Pulsfolge 118a mit dem Targetmaterial 106 in demselben räumlichen Bereich 142. Insbesondere wirken die ersten Laserpulse 112a des Pulszugs 144 mit dem Targetmaterial 106 in demselben räumlichen Bereich 142 wie der zweite Laserpuls 112b. Dieser zweite Laserpuls 112b wechselwirkt mit dem Targetmaterial 106 in demjenigen räumlichen Bereich 142, in welchem die Einbuchtung 146 ausgebildet ist.
Insbesondere ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der Laserpulse 112a, 112b in Richtung des Targetmaterials 106 viel größer als dessen Strömungsgeschwindigkeit, sodass sämtliche Laserpulse näherungsweise in demselben räumlichen Bereich 142 mit dem Targetmaterial 106 wechselwirken.
Es kann vorgesehen sein, dass mittels der Regelungseinrichtung 132 die Auftreffposition 134 des Primärlaserstrahls 104 auf das Targetmaterial 106 nachgeregelt wird, sodass diese insbesondere zwischen der Ausbildung der Einbuchtung 146 und dem Auftreffen des zweiten Laserpulses 112b konstant bleibt. Hierzu wird beispielsweise eine räumliche Position der ausgebildeten Einbuchtung 146 mittels der Detektionseinrichtung 138 ermittelt und hierauf basierend die Strahllage des Primärlaserstrahls 104 mittels der Strahlablenkeinrichtung 136 angepasst.
Bei dem in den Fig. 3a bis 3c gezeigten Beispiel wird das Targetmaterial 106 mit einer Pulsfolge 118b beaufschlagt, welche einen dritten Laserpuls 112c und einen dem dritten Laserpuls 112c nachlaufenden zweiten Laserpuls 112b aufweist.
Eine Pulsdauer td2 des dritten Laserpulses 112c beträgt beispielsweise zwischen 800 fs und 1,5 ps.
Eine Pulsenergie des dritten Laserpulses 112c beträgt beispielsweise zwischen 10 pj und 20 pJ.
Ein zeitlicher Pulsabstand tz2 zwischen dem dritten Laserpuls 112c und dem zweiten Laserpuls 112b beträgt beispielsweise zwischen 10 ps und 100 ps.
Die Bereitstellung von dritten Laserpulsen 112c erfolgt beispielsweise mittels der dritten Laserquelle 110c. Die dritte Laserquelle 110c ist dann dazu ausgebildet, dritte Laserpulse 112c mit den genannten Eigenschaften bereitzustellen.
Der zweite Laserpuls 112b weist die vorstehend im Zusammenhang mit dem Beispiel gemäß Fig. 2a bis 2c genannten Eigenschaften auf. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Pulsfolge 118b mehrere zweite Laserpulse 112b aufweist.
Die Wechselwirkung des dritten Laserpulses 112c mit dem Targetmaterial 106 bewirkt eine Ausbildung von Nanopartikeln 152 an der Oberfläche 148 des Targetmaterials 106, wobei die Nanopartikel 152 in demjenigen räumlichen Bereich 142 an der Oberfläche 148 positioniert sind, in welchem eine Beaufschlagung des Targetmaterials 106 mit dem Primärlaserstrahl 104 und eine Wechselwirkung des Targetmaterials 106 mit dem dritten Laserpuls 112c erfolgt. Der dritte Laserpuls 112c wird bei vorliegendem Beispiel als Vorpuls bezeichnet und der zweite Laserpuls 112b als Hauptpuls der Pulsfolge 118b.
Die Ausbildung von Nanopartikeln im Bereich von Materialien durch deren Wechselwirkung mit Laserpulsen sowie die zugrundeliegenden physikalischen Effekte sind beispielsweise in der oben bereits genannten wissenschaftlichen Veröffentlichung "Review on Experimental and Theoretical Investigations of Ultra-Short Pulsed Laser Ablation of Metals with Burst Pulses" von Förster et al. sowie in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Fs-ns double-pulse Laser Induced Breakdown Spectroscopy of copper-based-alloys: Generation and elemental analysis of nanoparticles" von Guarnaccio et al., Spectrochimica Acta Part B 101 (2014) 261-268, https://doi.orq/10.1016Zi.sab 20.1 0 J 1 , beschrieben.
Ein mittlerer Durchmesser der Nanopartikel 152 beträgt zwischen 10 nm und 100 nm.
Es ist ebenfalls möglich, dass zur Erzeugung der Nanopartikel 152 mehrere dritte Laserpulse 112c vorgesehen sind oder ein Pulszug aus mehreren dritten Laserpulsen 112c vorgesehen ist.
Fig. 3c zeigt die Wechselwirkung des zweiten Laserpulses 112b mit dem Targetmaterial 106 im räumlichen Bereich 142 der ausgebildeten Nanopartikel 152, wobei durch diese Wechselwirkung Sekundärstrahlung 108 erzeugt wird. Aufgrund der vorhandenen Nanopartikel 152 lässt sich mittels des zweiten Laserpulses 112b Sekundärstrahlung 108 besonders effizient erzeugen.
Aufgrund des Vorhandenseins der Nanopartikel 152 im Bereich der Oberfläche 148 des Targetmaterials 106 kann es zu sogenannten plasmonischen Resonanzen kommen, welche eine besonders gute Absorption der Strahlung des Hauptpulses im Elektronengas des Targetmaterials 106 und insbesondere eine besonders effiziente Steigerung der Elektronentemperatur im Elektronengas bewirken. Analog zum Beispiel gemäß den Fig. 2a bis 2c ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der Laserpulse 112c, 112b in Richtung des Targetmaterials 106 viel größer als dessen Strömungsgeschwindigkeit, sodass sämtliche Laserpulse näherungsweise in demselben räumlichen Bereich 142 mit dem Targetmaterial 106 wechselwirken.
Auch bei diesem Beispiel kann es vorgesehen sein, dass mittels der Regelungseinrichtung 132 die Auftreffposition 134 des Primärlaserstrahls 104 auf das Targetmaterial 106 nachgeregelt wird, sodass diese insbesondere zwischen der Ausbildung der Nanopartikel 152 und dem Auftreffen des zweiten Laserpulses 112b konstant bleibt. Hierzu wird beispielsweise eine räumliche Position der ausgebildeten Nanopartikel 152 mittels der Detektionseinrichtung 138 ermittelt und hierauf basierend die Strahllage des Primärlaserstrahls 104 mittels der Strahlablenkeinrichtung 136 angepasst.
Es ist möglich, die in den Fig. 2a bis 2c und 3a bis 3c beschriebenen Varianten zu kombinieren. Insbesondere ist dann die Pulsfolge 118 so ausgebildet, dass durch deren Wechselwirkung mit dem Targetmaterial 106 in einem bestimmten räumlichen Bereich 142 zunächst eine Einbuchtung 146 erzeugt wird und dann in diesem räumlichen Bereich 142 Nanopartikel 152 erzeugt werden. Anschließend wird durch Wechselwirkung eines Hauptpulses in diesem Bereich 142 die Sekundärstrahlung 108 erzeugt.
In diesem Fall umfasst die Pulsfolge 114 beispielsweise den vorstehend beschriebenen Pulszug 144 aus ersten Laserpulsen 112a, den vorstehend beschriebenen dritten Laserpuls 112c (vgl. Fig. 1) oder einen Pulszug als dritten Laserpulsen 112c und den vorstehend beschriebenen zweiten Laserpuls 112b. Der Pulszug 144 aus ersten Laserpulsen 112a ist hierbei zeitlich vor dem dritten Laserpuls 112c bzw. dem Pulszug aus dritten Laserpulsen 112c angeordnet und der dritte Laserpuls 112c bzw. der Pulszug aus dritten Laserpulsen 112c zeitlich vor dem zweiten Laserpuls (d.h. der Pulszug 144 aus ersten Laserpulsen 112a trifft zeitlich zuerst auf das Targetmaterial 106, dann der dritte Laserpuls 112c bzw. der Pulszug aus dritten Laserpulsen 112c und zuletzt der zweite Laserpuls 112b). Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Pulszug 144 aus ersten Laserpulsen 112a, dem dritten Laserpuls 112c bzw. Pulszug aus dritten Laserpulsen 112c und dem zweiten Laserpuls 112b beträgt insbesondere jeweils zwischen 1 ps und 500 ns.
Mittels den beschriebenen Verfahren lässt sich insbesondere inkohärente Röntgenstrahlung als Sekundärstrahlung 108 besonders effizient erzeugen.
Bezugszeichenliste td Pulsdauer td2 Pulsdauer tg gesamte zeitliche Länge ti zeitlicher Pulsabstand tz zeitlicher Pulsabstand tz2 zeitlicher Pulsabstand
102 Lasereinrichtung
104 Primärlaserstrahl
104a erster Primärlaserstrahl
104b zweiter Primärlaserstrahl
104c dritter Primärlaserstrahl
106 Targetmaterial
108 Sekundärstrahlung
110 Laserquelle
110a erste Laserquelle
110b zweite Laserquelle
110c dritte Laserquelle
112 Laserpuls
112a, c Laserpuls / Vorpuls
112'a Laserpuls / Vorpuls
112b Laserpuls / Hauptpuls
114 Seedlaser
116 Verstärkungseinrichtung
118 Pulsfolge
118a, b Pulsfolge
120 optischer Modulator
122 Zielbereich
123 Fokus
124 Fokussieroptik
126 Kammer
128 Zuführeinrichtung
130 Düse Regel ungseinrichtung Auftreffposition
Strahlablenkeinrichtung Detektionseinrichtung Strömungsrichtung räumlicher Bereich Pulszug
Einbuchtung Oberfläche Tiefenrichtung Nanopartikel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von Sekundärstrahlung (108), bei dem
- ein Targetmaterial (106) in einem Zielbereich (122) bereitgestellt wird,
- das Targetmaterial (106) in dem Zielbereich (122) mit einer Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) beaufschlagt wird, wobei durch Wechselwirkung des Targetmaterials (106) mit der Pulsfolge (118) Sekundärstrahlung (108) erzeugt wird, wobei
- die Pulsfolge (118) einen Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) und einen dem Pulszug (144) nachlaufenden Hauptpuls (112b) aufweist,
- eine Gesamtenergie der Vorpulse (112a) des Pulszugs (144) zwischen 0,2 mJ und 10 mJ und ein zeitlicher Pulsabstand (ti) zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen (112a) des Pulszugs (144) zwischen 50 ps und 500 ns beträgt,
- eine Pulsenergie des Hauptpulses (112b) zwischen 2 mJ und 50 mJ und eine Pulsdauer (td) des Hauptpulses (112b) zwischen 15 fs und 300 fs beträgt und wobei
- ein zeitlicher Pulsabstand (tz) zwischen dem Pulszug (144) und dem Hauptpuls (112b) zwischen 1 ns und 1 ps beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtenergie der Vorpulse (112a) des Pulszugs (144) zwischen 0,5 mJ und 5 mJ beträgt, und/oder dass der zeitliche Pulsabstand (ti) zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen (112a) des Pulszugs (144) zwischen 100 ps und 100 ns beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesamte zeitliche Länge (tg) des Pulszugs (144) aus Vorpulsen (112a) zwischen 1 ns und 10 ps beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit dem Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) eine Ausbildung einer Einbuchtung (146) im Targetmaterial (106) bewirkt, wobei die Einbuchtung (146) insbesondere an einer Oberfläche (148) und/oder in einem räumlichen Bereich (142) des Targetmaterials (106) positioniert ist, an welcher bzw. in welchem die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit dem Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsenergie des Hauptpulses (112b) zwischen 5 mJ und 15 mJ beträgt, und/oder dass die Pulsdauer (td) des Hauptpulses (112b) zwischen 25 fs und 50 fs beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit allen Laserpulsen (112) der Pulsfolge (118) an demselben Ort und/oder in demselben räumlichen Bereich (142) des Targetmaterials (106) erfolgt, und/oder dass die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit dem Hauptpuls (112b) in einem räumlichen Bereich erfolgt, in welchem mittels des Pulszugs (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) eine Einbuchtung (146) an einer Oberfläche (148) des Targetmaterials (106) ausgebildet wurde.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zielbereich (122) ein Unterdrück und/oder ein Vakuum und/oder eine Gasatmosphäre mit definierter Zusammensetzung ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (112) der Pulsfolge (118) mindestens einem Primärlaserstrahl (104) zugeordnet sind, wobei der mindestens eine Primärlaserstrahl (104) mittels einer Lasereinrichtung (102) bereitgestellt wird und auf den Zielbereich (122) gerichtet ist, um dort mit dem Targetmaterial (106) zu wechselwirken.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Primärlaserstrahl (104) in den Zielbereich (122) fokussiert wird, wobei ein Fokus (123) des Primärlaserstrahls (104) in dem Targetmaterial (106) und/oder auf dem Targetmaterial (106) und/oder in einem Bereich des Targetmaterials (106) positioniert ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Targetmaterial (106) kontinuierlich in den Zielbereich (122) zugeführt und/oder gefördert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetmaterial (106) den Zielbereich (122) als Materialstrom und insbesondere als flüssiger Materialstrom durchläuft, und/oder dass das Targetmaterial (106) den Zielbereich (122) mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit und/oder Förderrate durchläuft.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) wiederholt neu bereitgestellt und in den Zielbereich (122) eingebracht wird, wobei in den Zielbereich (122) neu eingebrachtes Targetmaterial (106) jeweils mit einer neu bereitgestellten Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) einen weiteren Vorpuls (112c) aufweist, welcher zwischen dem Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) und dem Hauptpuls (112b) angeordnet ist, wobei der weitere Vorpuls (112c) eine Pulsdauer (td2) zwischen 200 fs und 5 ps und eine Pulsenergie zwischen 2 pJ und 200 pJ aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer (td2) des weiteren Vorpulses (112c) zwischen 800 fs und 1,5 ps beträgt, und/oder dass die Pulsenergie des weiteren Vorpulses (112c) zwischen 5 pJ und 100 pJ beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Pulsabstand (tz2) zwischen dem weiteren Vorpuls (112c) und dem Hauptpuls (112b) zwischen 1 ps und 1 ns und insbesondere zwischen 10 ps und 100 ps beträgt, und/oder dass ein zeitlicher Pulsabstand zwischen dem weiteren Vorpuls (112c) und dem Pulszug (144) aus Vorpulsen (112a) zwischen 0,5 ns und 500 ns und insbesondere zwischen 20 ns und 200 ns beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit dem weiteren Vorpuls (112c) eine Ausbildung von Nanopartikeln (152) bewirkt, wobei die Nanopartikel (152) insbesondere im Bereich einer Oberfläche (148) und/oder in einem räumlichen Bereich (142) des Targetmaterials (106) positioniert sind, an welcher bzw. in welchem die Beaufschlagung des Targetmaterials (106) mit dem weiteren Vorpuls (112c) erfolgt.
17. Lasersystem zur Erzeugung von Sekundärstrahlung (108) , umfassend
- eine Lasereinrichtung (102), welche dazu eingerichtet ist, eine Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) bereitzustellen, wobei i. die Pulsfolge (118) einen Pulszug (144) aus mindestens zwei Vorpulsen (112a) und einen dem Pulszug (144) nachlaufenden Hauptpuls (112b) aufweist, ii. eine Gesamtenergie der Vorpulse (112a) des Pulszugs (144) zwischen 0,2 mJ und 10 mJ und ein zeitlicher Pulsabstand (ti) zwischen aufeinanderfolgenden Vorpulsen (112a) des Pulszugs (144) zwischen 50 ps und 500 ns beträgt, iii. eine Pulsenergie des Hauptpulses (112b) zwischen 2 mJ und 50 mJ und eine Pulsdauer Hauptpulses (112b) zwischen 15 fs und 300 fs beträgt, und wobei iv. ein zeitlicher Pulsabstand (tz) zwischen dem Pulszug (144) und dem Hauptpuls (112b) zwischen 1 ns und 1 ps beträgt,
- wobei das Lasersystem dazu eingerichtet ist, ein Targetmaterial (106) in einem Zielbereich (122) mit der Pulsfolge (118) aus Laserpulsen (112) zu beaufschlagen, wobei durch Wechselwirkung des Targetmaterials (106) mit der Pulsfolge (118) Sekundärstrahlung (108) erzeugt wird.
8. Lasersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasersystem dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen.
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