JPWO2020154136A5 - - Google Patents

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JPWO2020154136A5
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一側面では、本発明による基板上の層を焼鈍するための光学装置は、複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザを備える。各レーザは、電磁スペクトルの紫外線領域内の波長と、相互に直交する第1の横軸および第2の横軸によって特徴付けられる断面と、第1の横軸における約50を上回るビーム品質係数Mと、第2の横軸における約20を上回るビーム品質係数Mとを有する出力ビームを送達する。各出力ビームにおけるレーザパルスは、約100ミリジュールを上回るパルスエネルギーと、約100ヘルツを上回るパルス繰り返し周波数とを有する。光学装置はさらに、ラインプロジェクタを含み、ラインプロジェクタは、出力ビームを受光し、出力ビームをラインビームに形成し、ラインビームを層上に投射するように配列される。ラインビームは、層上に長さと幅とを有する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
基板上の層を焼鈍するための光学装置であって、
複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザであって、前記複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザの各々が、電磁スペクトルの紫外線領域内の波長を有する出力ビームを送達し、各出力ビームは、相互に直交する第1の横軸および第2の横軸によって特徴付けられる断面を有し、前記第1の横軸におけるビーム品質係数M が、約50を上回り、前記第2の横軸におけるビーム品質係数M が、約20を上回り、レーザパルスが、約100ミリジュールを上回るパルスエネルギーを有し、パルス繰り返し周波数が、約100ヘルツを上回る、複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザと、
前記出力ビームを受光し、前記出力ビームをラインビームに形成し、前記ラインビームを前記層上に投射するように配列されるラインプロジェクタであって、前記ラインビームは、前記層上に長さと幅とを有する、ラインプロジェクタと
を備える、光学装置。
(項目2)
前記第1の横軸における前記ビーム品質係数M は、約200を上回る、項目1に記載の装置。
(項目3)
各出力ビームは、前記ラインビームの全長に寄与する、項目1に記載の装置。
(項目4)
前記周波数変換される繰り返しパルス固体レーザの各々は、レーザ共振器を含み、前記レーザ共振器は、1つ以上のダイオードレーザアレイによって光学的に励起される利得要素を有し、前記1つ以上のダイオードレーザアレイは、前記第1の横軸における第1の寸法と前記第2の横軸における第2の寸法とを有する利得容積を前記利得要素内に提供するように配列されている、項目1に記載の装置。
(項目5)
前記第1の横軸の寸法は、前記第2の横軸の寸法の3倍以上である、項目4に記載の装置。
(項目6)
前記レーザ共振器は、前記第2の横軸においてのみ光パワーを有する第1の共振器ミラーと第2の共振器ミラーとの間に形成される、項目5に記載の装置。
(項目7)
前記レーザ共振器は、前記利得要素の特性である前記電磁スペクトルの近赤外線領域内の波長を有する基本放射ビームを生み出し、前記レーザ共振器は、番号順に第1の光学非線形結晶および第2の光学非線形結晶に前記基本放射ビームを送達し、前記第1の光学非線形結晶は、前記基本放射ビームから第2高調波放射ビームを発生させるように配列され、前記第2の光学非線形結晶は、前記第2高調波放射ビームの発生の後、前記第2高調波放射ビームを残留基本放射ビームと和周波数混合することによって前記出力ビームを発生させるように配列される、項目4に記載の装置。
(項目8)
前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第2高調波放射ビームのM 値は、前記基本放射ビームの対応するM 値を上回り、前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記出力ビームのM 値は、前記第2高調波放射ビームの対応する値を上回る、項目7に記載の装置。
(項目9)
前記第1の横軸における前記第2高調波放射ビームの前記M 値は、前記第1の横軸における前記基本放射ビームの前記M 値の少なくとも2倍である、項目8に記載の装置。
(項目10)
前記第1の横軸における前記出力ビームの前記M 値は、前記第1の横軸における前記第2高調波放射の前記M 値の1.5倍を上回る、項目8に記載の装置。
(項目11)
前記第1の横軸における前記出力ビームの前記M 値は、前記第1の横軸における前記残留基本放射の前記M 値の1.5倍を上回る、項目8に記載の装置。
(項目12)
前記出力ビームは、340ナノメートル~360ナノメートルの範囲内の波長を有する、項目7に記載の装置。
(項目13)
前記レーザパルスは、約10ナノ秒を上回る半値全幅パルス持続時間を有する、項目1に記載の装置。
(項目14)
前記出力ビームは、直線偏光させられる、項目1に記載の装置。
(項目15)
前記層は、シリコンから作製される、項目1に記載の装置。
(項目16)
固体レーザ装置であって、
2つの共振器ミラーの間に形成される共振器の中に位置する利得要素であって、前記利得要素は、スラブの形態であり、励起放射によってエネルギー付与され、エネルギー付与された共振器は、基本放射の繰り返しパルスビームを生み出し、前記基本放射のビームは、相互に直交する第1の横軸および第2の横軸を有し、前記第1の横軸におけるビーム品質係数M は、50を上回り、前記第2の横軸におけるビーム品質係数M は、10を上回る、利得要素と、
第1の非線形結晶であって、前記基本放射のビームは、前記第1の非線形結晶の中へ指向され、前記基本放射のビームの一部が、第2高調波発生によって第2高調波放射のビームに変換され、基本放射の残留ビームを残す、第1の非線形結晶と、
第2の非線形結晶であって、前記第2高調波放射のビームおよび前記基本放射の残留ビームは両方とも、前記第2の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射のビームを発生させ、残留基本放射および残留第2高調波放射の共に伝搬するビームを残し、前記第3高調波放射のビームは、前記第1の横軸における50を上回るビーム品質係数M と、前記第2の横軸における20を上回るビーム品質係数M と、約100ミリジュールを上回るパルスエネルギーとを有する、第2の非線形結晶と
を備える、固体レーザ装置。
(項目17)
前記第3高調波放射のビームの前記ビーム品質係数M は、前記第1の横軸において約200を上回る、項目16に記載の装置。
(項目18)
前記利得要素は、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット(Nd 3+ ドープYAG)結晶である、項目16に記載の装置。
(項目19)
前記第1の非線形結晶は、LBOから作製される、項目16に記載の装置。
(項目20)
前記第1の非線形結晶は、前記基本放射のビームのタイプ1周波数2倍化のために配列される、項目16に記載の装置。
(項目21)
前記第2の非線形結晶は、LBOから作製される、項目16に記載の装置。
(項目22)
前記第2の非線形結晶は、前記第2高調波放射のビームと前記残留基本放射のビームとのタイプ1和周波数混合のために配列される、項目16に記載の装置。
(項目23)
第3の非線形結晶をさらに備え、残留基本放射および残留第2高調波放射の前記共に伝搬するビームは、前記第3の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射の別のビームを発生させる、項目16に記載の装置。
(項目24)
前記第3高調波放射の2つのビームが、偏光合成される、項目23に記載の装置。
(項目25)
前記第3高調波放射の2つのビームは、空間的に合成される、項目23に記載の装置。
(項目26)
Qスイッチ動作のために協働して配列されるポッケルスセルと4分の1波長板とをさらに含む、項目16に記載の装置。
(項目27)
固体レーザ装置であって、
2つの共振器ミラーの間に形成される共振器の中に位置する利得要素であって、前記利得要素は、第1の横軸において、直交する第2の横軸よりも長いスラブの形態であり、前記利得要素は、励起放射によってエネルギー付与され、エネルギー付与された共振器は、基本放射の繰り返しパルスビームを生み出し、前記基本放射のビームは、前記第1の横軸における50を上回るビーム品質係数M と、前記第2の横軸における10を上回るビーム品質係数M とを有する、利得要素と、
第1の非線形結晶であって、前記基本放射のビームは、前記第1の非線形結晶の中へ指向され、前記基本放射のビームの一部が、第2高調波発生によって第2高調波放射のビームに変換され、基本放射の残留ビームを残す、第1の非線形結晶と、
第2の非線形結晶であって、前記第2高調波放射のビームおよび前記基本放射の残留ビームは両方とも、前記第2の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射のビームを発生させ、残留基本放射および残留第2高調波放射の共に伝搬するビームを残す、第2の非線形結晶と、
を備え、前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第2高調波放射ビームのビーム品質係数M は、前記基本放射ビームの対応するビーム品質係数M を上回り、前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第3高調波放射ビームのビーム品質係数M は、前記第2高調波放射ビームの対応するビーム品質係数M を上回る、固体レーザ装置。
In one aspect, an optical apparatus for annealing a layer on a substrate according to the present invention comprises a plurality of frequency-converted repetitively pulsed solid-state lasers. Each laser has a wavelength in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum, a cross-section characterized by mutually orthogonal first and second transverse axes, and a beam quality factor M greater than about 50 in the first transverse axis. 2 and a beam quality factor M2 greater than about 20 on the second horizontal axis. The laser pulses in each output beam have pulse energies greater than about 100 millijoules and pulse repetition frequencies greater than about 100 hertz. The optical device further includes a line projector arranged to receive the output beam, form the output beam into a line beam, and project the line beam onto the layer. A line beam has a length and a width on the layer.
The present invention provides, for example, the following.
(Item 1)
An optical apparatus for annealing a layer on a substrate, comprising:
A plurality of frequency-converted repetitively-pulsed solid-state lasers, each of said plurality of frequency-converted repetitively-pulsed solid-state lasers delivering an output beam having a wavelength within the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum, each output beam comprising: having a cross-section characterized by mutually orthogonal first and second transverse axes, wherein a beam quality factor M2 in said first transverse axis is greater than about 50, and in said second transverse axis a multiple frequency-converted repetitive pulse solid-state laser having a beam quality factor M2 greater than about 20, the laser pulses having a pulse energy greater than about 100 millijoules, and a pulse repetition frequency greater than about 100 Hertz; ,
A line projector arranged to receive the output beam, form the output beam into a line beam, and project the line beam onto the layer, the line beam having a length and a width on the layer. and a line projector having
An optical device, comprising:
(Item 2)
2. The apparatus of item 1, wherein the beam quality factor M2 on the first horizontal axis is greater than about 200.
(Item 3)
2. Apparatus according to item 1, wherein each output beam contributes to the total length of the line beam.
(Item 4)
Each of the frequency-converted repetitively pulsed solid-state lasers includes a laser cavity having a gain element optically pumped by one or more diode laser arrays; Item 1, wherein the diode laser array is arranged to provide a gain volume within the gain element having a first dimension along the first lateral axis and a second dimension along the second lateral axis. The apparatus described in .
(Item 5)
5. Apparatus according to item 4, wherein the dimension of the first horizontal axis is at least three times the dimension of the second horizontal axis.
(Item 6)
6. Apparatus according to item 5, wherein the laser cavity is formed between a first cavity mirror and a second cavity mirror having optical power only in the second transverse axis.
(Item 7)
The laser cavity produces a fundamental radiation beam having a wavelength in the near-infrared region of the electromagnetic spectrum characteristic of the gain element, the laser cavity comprising, in numerical order, a first optical nonlinear crystal and a second optical delivering the fundamental beam of radiation to a nonlinear crystal, the first optical nonlinear crystal arranged to generate a second harmonic beam of radiation from the fundamental beam of radiation, the second 5. Apparatus according to item 4, arranged to generate said output beam by sum-frequency mixing said second harmonic radiation beam with a residual fundamental radiation beam after generation of a second harmonic radiation beam.
(Item 8)
M2 values of the second harmonic beam of radiation on the first horizontal axis and the second horizontal axis exceed corresponding M2 values of the fundamental beam of radiation ; 8. The apparatus of item 7, wherein the M2 value of the output beam on the horizontal axis of is greater than the corresponding value of the second harmonic radiation beam.
(Item 9)
9. Apparatus according to item 8, wherein the M2 value of the second harmonic radiation beam on the first horizontal axis is at least twice the M2 value of the fundamental radiation beam on the first horizontal axis. .
(Item 10)
9. The apparatus of item 8, wherein the M2 value of the output beam on the first horizontal axis is greater than 1.5 times the M2 value of the second harmonic radiation on the first horizontal axis .
(Item 11)
9. Apparatus according to item 8, wherein the M2 value of the output beam on the first horizontal axis is greater than 1.5 times the M2 value of the residual fundamental radiation on the first horizontal axis .
(Item 12)
8. The apparatus of item 7, wherein the output beam has a wavelength within the range of 340-360 nanometers.
(Item 13)
2. The apparatus of item 1, wherein the laser pulse has a full width half maximum pulse duration greater than about 10 nanoseconds.
(Item 14)
The apparatus of item 1, wherein the output beam is linearly polarized.
(Item 15)
A device according to item 1, wherein the layer is made of silicon.
(Item 16)
A solid-state laser device,
a gain element located in a resonator formed between two resonator mirrors, said gain element being in the form of a slab and energized by excitation radiation, the energized resonator comprising: producing a repetitive pulsed beam of fundamental radiation, said beam of fundamental radiation having mutually orthogonal first and second transverse axes, and a beam quality factor M2 in said first transverse axis of 50 and the beam quality factor M2 on the second horizontal axis is greater than 10;
a first nonlinear crystal, wherein the beam of fundamental radiation is directed into the first nonlinear crystal and a portion of the beam of fundamental radiation is converted into second harmonic radiation by second harmonic generation; a first nonlinear crystal converted into a beam leaving a residual beam of fundamental radiation;
a second nonlinear crystal, wherein both the beam of second harmonic radiation and the residual beam of fundamental radiation are directed into the second nonlinear crystal, whereby by sum frequency mixing the third harmonic generating a beam of wave radiation, leaving a co-propagating beam of residual fundamental radiation and a residual second harmonic radiation, said beam of third harmonic radiation having a beam quality factor M greater than 50 in said first transverse axis; 2 , a beam quality factor M2 on the second horizontal axis greater than 20, and a pulse energy greater than about 100 millijoules; and
A solid-state laser device.
(Item 17)
17. Apparatus according to item 16, wherein the beam quality factor M2 of the beam of third harmonic radiation is greater than about 200 on the first horizontal axis .
(Item 18)
17. The device of item 16, wherein the gain element is a neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd3 + doped YAG) crystal.
(Item 19)
17. The device of item 16, wherein the first nonlinear crystal is made of LBO.
(Item 20)
17. Apparatus according to item 16, wherein the first nonlinear crystal is arranged for type 1 frequency doubling of the beam of fundamental radiation.
(Item 21)
17. The device of item 16, wherein the second nonlinear crystal is made of LBO.
(Item 22)
17. Apparatus according to item 16, wherein the second nonlinear crystal is arranged for type 1 sum frequency mixing of the beam of second harmonic radiation and the beam of residual fundamental radiation.
(Item 23)
further comprising a third nonlinear crystal, wherein said co-propagating beams of residual fundamental radiation and residual second harmonic radiation are directed into said third nonlinear crystal, thereby generating a third harmonic by sum frequency mixing; 17. Apparatus according to item 16, for generating another beam of radiation.
(Item 24)
24. The apparatus of item 23, wherein the two beams of third harmonic radiation are polarization combined.
(Item 25)
24. The apparatus of item 23, wherein the two beams of third harmonic radiation are spatially combined.
(Item 26)
17. The apparatus of item 16, further comprising a Pockels cell and a quarter-wave plate cooperatively arranged for Q-switching operation.
(Item 27)
A solid-state laser device,
A gain element located in a resonator formed between two resonator mirrors, said gain element being in the form of a slab that is longer in a first transverse axis than in an orthogonal second transverse axis. wherein said gain element is energized by excitation radiation and said energized resonator produces a repetitive pulsed beam of fundamental radiation, said beam of fundamental radiation having a beam quality greater than 50 in said first transverse axis. a gain element having a factor M2 and a beam quality factor M2 greater than 10 on the second horizontal axis ;
a first nonlinear crystal, wherein the beam of fundamental radiation is directed into the first nonlinear crystal and a portion of the beam of fundamental radiation is converted into second harmonic radiation by second harmonic generation; a first nonlinear crystal converted into a beam leaving a residual beam of fundamental radiation;
a second nonlinear crystal, wherein both the beam of second harmonic radiation and the residual beam of fundamental radiation are directed into the second nonlinear crystal, whereby by sum frequency mixing the third harmonic a second nonlinear crystal for generating a beam of wave radiation and leaving a co-propagating beam of residual fundamental radiation and residual second harmonic radiation;
wherein a beam quality factor M2 of said second harmonic radiation beam on said first horizontal axis and said second horizontal axis exceeds a corresponding beam quality factor M2 of said fundamental radiation beam, and said first and a beam quality factor M2 of said third harmonic radiation beam on the horizontal axis of and said second horizontal axis exceeds a corresponding beam quality factor M2 of said second harmonic radiation beam .

Claims (27)

基板上の層を焼鈍するための光学装置であって、
複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザであって、前記複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザの各々は、第1の共振器ミラーと第2の共振器ミラーとの間に形成されるレーザ共振器を含み、前記レーザ共振器は、スラブの形態の利得要素を含み、前記利得要素は、前記利得要素内に利得容積を提供するように光学励起によってエネルギー付与され、前記エネルギー付与された共振器は、基本放射ビームを生み出し、各固体レーザは、前記基本放射ビームの一部を、電磁スペクトルの紫外線領域内の波長を有する出力ビームに変換するための少なくとも1つの非線形結晶をさらに含み、各出力ビームは、相互に直交する第1の横軸および第2の横軸によって特徴付けられる断面を有する、複数の周波数変換される繰り返しパルス固体レーザと、
前記出力ビームを受光し、前記出力ビームをラインビームに形成し、前記ラインビームを前記層上に投射するように配列されるラインプロジェクタであって、前記ラインビームは、前記層上に長さと幅とを有する、ラインプロジェクタと
を備え
前記利得容積の断面寸法、前記第1の共振器ミラーと前記第2の共振器ミラーとの間の共振器長さ、前記第1の共振器ミラーおよび前記第2の共振器ミラーの光パワー、および、前記少なくとも1つの非線形結晶内の伝搬距離は、前記第1の横軸における前記出力ビームのビーム品質係数M が50を上回りかつ前記第2の横軸における前記出力ビームのビーム品質係数M が20を上回ることを達成するように、選択され、
前記レーザ共振器からの出力結合およびパルス繰り返し周波数は、100ミリジュールを上回るパルスエネルギーを有する前記出力ビームのレーザパルスを生み出すように、選択され、前記パルス繰り返し周波数は、100ヘルツを上回る、光学装置。
An optical apparatus for annealing a layer on a substrate, comprising:
A plurality of frequency-converted repetitive-pulse solid -state lasers, each of said plurality of frequency-converted repetitive-pulse solid-state lasers formed between a first cavity mirror and a second cavity mirror a resonator, said laser resonator including a gain element in the form of a slab, said gain element energized by optical pumping to provide a gain volume within said gain element; the device produces a fundamental beam of radiation, each solid-state laser further comprising at least one nonlinear crystal for converting a portion of said fundamental beam of radiation into an output beam having a wavelength within the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum; a plurality of frequency-converted repetitively-pulsed solid-state lasers, the output beams of which have cross-sections characterized by mutually orthogonal first and second transverse axes;
A line projector arranged to receive the output beam, form the output beam into a line beam, and project the line beam onto the layer, the line beam having a length and a width on the layer. and a line projector having
a cross-sectional dimension of the gain volume, a cavity length between the first cavity mirror and the second cavity mirror, an optical power of the first cavity mirror and the second cavity mirror; and the propagation distance in said at least one nonlinear crystal is such that a beam quality factor M2 of said output beam on said first horizontal axis is greater than 50 and a beam quality factor M of said output beam on said second horizontal axis is selected to achieve 2 greater than 20,
An optical apparatus wherein output coupling from said laser cavity and pulse repetition frequency are selected to produce laser pulses of said output beam having pulse energies greater than 100 millijoules, said pulse repetition frequency greater than 100 hertz. .
前記第1の横軸における前記ビーム品質係数M200を上回る、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the beam quality factor M2 on the first horizontal axis is greater than 200. 各出力ビームは、前記ラインビームの全長に寄与する、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein each output beam contributes to the total length of said line beam. 前記利得要素は、1つ以上のダイオードレーザアレイによって光学的に励起され前記1つ以上のダイオードレーザアレイは、前記第1の横軸における第1の寸法と前記第2の横軸における第2の寸法とを有する前記利得容積を前記利得要素内に提供するように配列されている、請求項1に記載の装置。 The gain element is optically pumped by one or more diode laser arrays , the one or more diode laser arrays having a first dimension on the first horizontal axis and a second dimension on the second horizontal axis. 2. The apparatus of claim 1, arranged to provide within said gain element said gain volume having dimensions of . 前記第1の横軸の寸法は、前記第2の横軸の寸法の3倍以上である、請求項4に記載の装置。 5. The apparatus of claim 4, wherein the dimension of the first horizontal axis is at least three times the dimension of the second horizontal axis. 前記第1の共振器ミラーおよび前記第2の共振器ミラーは、前記第2の横軸においてのみ光パワーを有する請求項5に記載の装置。 6. The apparatus of claim 5 , wherein said first resonator mirror and said second resonator mirror have optical power only in said second transverse axis. 前記基本放射ビームは、前記利得要素の特性である前記電磁スペクトルの近赤外線領域内の波長を有、前記レーザ共振器は、番号順に第1の光学非線形結晶および第2の光学非線形結晶に前記基本放射ビームを送達し、前記第1の光学非線形結晶は、前記基本放射ビームから第2高調波放射ビームを発生させるように配列され、前記第2の光学非線形結晶は、前記第2高調波放射ビームの発生の後、前記第2高調波放射ビームを残留基本放射ビームと和周波数混合することによって前記出力ビームを発生させるように配列される、請求項4に記載の装置。 The fundamental beam of radiation has a wavelength in the near-infrared region of the electromagnetic spectrum that is characteristic of the gain element, and the laser cavity is arranged in numerical order into a first optical nonlinear crystal and a second optical nonlinear crystal. delivering a fundamental beam of radiation, the first optical nonlinear crystal arranged to generate a second harmonic beam of radiation from the fundamental beam of radiation, the second optical nonlinear crystal configured to generate the second harmonic radiation 5. Apparatus according to claim 4, arranged to generate said output beam by sum-frequency mixing said second harmonic beam of radiation with a residual fundamental beam of radiation after beam generation. 前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第2高調波放射ビームのM値は、前記基本放射ビームの対応するM値を上回り、前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記出力ビームのM値は、前記第2高調波放射ビームの対応する値を上回る、請求項7に記載の装置。 M2 values of the second harmonic beam of radiation on the first horizontal axis and the second horizontal axis exceed corresponding M2 values of the fundamental beam of radiation; 8. The apparatus of claim 7, wherein the M2 value of the output beam on the horizontal axis of is greater than the corresponding value of the second harmonic radiation beam. 前記第1の横軸における前記第2高調波放射ビームの前記M値は、前記第1の横軸における前記基本放射ビームの前記M値の少なくとも2倍である、請求項8に記載の装置。 9. The claim of claim 8, wherein the M2 value of the second harmonic beam of radiation on the first horizontal axis is at least twice the M2 value of the fundamental beam of radiation on the first horizontal axis. Device. 前記第1の横軸における前記出力ビームの前記M値は、前記第1の横軸における前記第2高調波放射の前記M値の1.5倍を上回る、請求項8に記載の装置。 9. The apparatus of claim 8, wherein the M2 value of the output beam on the first horizontal axis is greater than 1.5 times the M2 value of the second harmonic radiation on the first horizontal axis. . 前記第1の横軸における前記出力ビームの前記M値は、前記第1の横軸における前記残留基本放射の前記M値の1.5倍を上回る、請求項8に記載の装置。 9. The apparatus of claim 8, wherein the M2 value of the output beam on the first horizontal axis is greater than 1.5 times the M2 value of the residual fundamental radiation on the first horizontal axis. 前記出力ビームは、340ナノメートル~360ナノメートルの範囲内の波長を有する、請求項7に記載の装置。 8. The apparatus of claim 7, wherein said output beam has a wavelength within the range of 340 nanometers to 360 nanometers. 前記レーザパルスは10ナノ秒を上回る半値全幅パルス持続時間を有する、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the laser pulse has a full width half maximum pulse duration greater than 10 nanoseconds. 前記出力ビームは、直線偏光させられる、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein said output beam is linearly polarized. 前記層は、シリコンから作製される、請求項1に記載の装置。 2. The device of claim 1, wherein said layer is made of silicon. 固体レーザ装置であって、
2つの共振器ミラーの間に形成される共振器の中に位置する利得要素であって、前記利得要素は、スラブの形態であり、前記利得要素内に利得容積を提供するように励起放射によってエネルギー付与され、前記エネルギー付与された共振器は、基本放射の繰り返しパルスビームを生み出し、前記基本放射のビームは、相互に直交する第1の横軸および第2の横軸を有し、(i)前記利得容積の断面寸法、(ii)前記2つの共振器ミラーの間の共振器長さ、および、(iii)前記2つの共振器ミラーの光パワーは、前記第1の横軸におけるビーム品質係数M 50を上回りかつ前記第2の横軸におけるビーム品質係数M 10を上回ることを達成するように、選択される、利得要素と、
第1の非線形結晶であって、前記基本放射のビームは、前記第1の非線形結晶の中へ指向され、前記基本放射のビームの一部が、第2高調波発生によって第2高調波放射のビームに変換され、基本放射の残留ビームを残す、第1の非線形結晶と、
第2の非線形結晶であって、前記第2高調波放射のビームおよび前記基本放射の残留ビームは両方とも、前記第2の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射のビームを発生させ、残留基本放射および残留第2高調波放射の共に伝搬するビームを残し、前記第1の非線形結晶内の伝搬距離および前記第2の非線形結晶内の別の伝搬距離は、前記第1の横軸における50を上回るビーム品質係数M 前記第2の横軸における20を上回るビーム品質係数Mを有する前記第3高調波放射のビームを生み出すように、選択される、第2の非線形結晶と
を備え、
前記レーザ共振器からの出力結合およびパルス繰り返し周波数は、100ミリジュールを上回る前記第3高調波放射のビームのパルスエネルギーを生み出すように、選択される、固体レーザ装置。
A solid-state laser device,
A gain element located within a resonator formed between two resonator mirrors, said gain element being in the form of a slab and being pumped by pump radiation to provide a gain volume within said gain element. Energized, said energized cavity produces a repetitive pulsed beam of fundamental radiation, said beam of fundamental radiation having mutually orthogonal first and second transverse axes, (i ) the cross-sectional dimension of the gain volume, (ii) the cavity length between the two cavity mirrors, and (iii) the optical power of the two cavity mirrors are the beam quality in the first transverse axis. a gain element selected to achieve a factor M2 greater than 50 and a beam quality factor M2 on the second horizontal axis greater than 10;
a first nonlinear crystal, wherein the beam of fundamental radiation is directed into the first nonlinear crystal and a portion of the beam of fundamental radiation is converted into second harmonic radiation by second harmonic generation; a first nonlinear crystal converted into a beam leaving a residual beam of fundamental radiation;
a second nonlinear crystal, wherein both the beam of second harmonic radiation and the residual beam of fundamental radiation are directed into the second nonlinear crystal, whereby by sum frequency mixing the third harmonic generating a beam of wave radiation, leaving a co-propagating beam of residual fundamental radiation and residual second harmonic radiation , a propagation distance within said first nonlinear crystal and another propagation distance within said second nonlinear crystal being , is selected to produce a beam of said third harmonic radiation having a beam quality factor M2 above 50 on said first horizontal axis and a beam quality factor M2 above 20 on said second horizontal axis. a second nonlinear crystal and
with
A solid-state laser device wherein an outcoupling from said laser cavity and a pulse repetition frequency are selected to produce a pulse energy of said beam of third harmonic radiation in excess of 100 millijoules.
前記第3高調波放射のビームの前記ビーム品質係数Mは、前記第1の横軸におい200を上回る、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, wherein the beam quality factor M2 of the beam of third harmonic radiation is greater than 200 on the first horizontal axis. 前記利得要素は、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット(Nd3+ドープYAG)結晶である、請求項16に記載の装置。 17. The device of claim 16, wherein the gain element is a neodymium doped yttrium aluminum garnet (Nd3 + doped YAG) crystal. 前記第1の非線形結晶は、LBOから作製される、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, wherein said first nonlinear crystal is made of LBO. 前記第1の非線形結晶は、前記基本放射のビームのタイプ1周波数2倍化のために配列される、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, wherein the first nonlinear crystal is arranged for Type 1 frequency doubling of the beam of fundamental radiation. 前記第2の非線形結晶は、LBOから作製される、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, wherein said second nonlinear crystal is made of LBO. 前記第2の非線形結晶は、前記第2高調波放射のビームと前記残留基本放射のビームとのタイプ1和周波数混合のために配列される、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, wherein said second nonlinear crystal is arranged for type 1 sum frequency mixing of said beam of second harmonic radiation and said beam of residual fundamental radiation. 第3の非線形結晶をさらに備え、残留基本放射および残留第2高調波放射の前記共に伝搬するビームは、前記第3の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射の別のビームを発生させる、請求項16に記載の装置。 further comprising a third nonlinear crystal, wherein said co-propagating beams of residual fundamental radiation and residual second harmonic radiation are directed into said third nonlinear crystal, thereby generating a third harmonic by sum frequency mixing; 17. Apparatus according to claim 16, for generating separate beams of radiation. 前記第3高調波放射の2つのビームが、偏光合成される、請求項23に記載の装置。 24. The apparatus of claim 23, wherein the two beams of third harmonic radiation are polarization combined. 前記第3高調波放射の2つのビームは、空間的に合成される、請求項23に記載の装置。 24. The apparatus of claim 23, wherein the two beams of third harmonic radiation are spatially combined. Qスイッチ動作のために協働して配列されるポッケルスセルと4分の1波長板とをさらに含む、請求項16に記載の装置。 17. The apparatus of claim 16, further comprising a Pockels cell and a quarter-wave plate cooperatively arranged for Q-switching operation. 固体レーザ装置であって、
2つの共振器ミラーの間に形成される共振器の中に位置する利得要素であって、前記利得要素は、第1の横軸において、直交する第2の横軸よりも長いスラブの形態であり、前記利得要素は、前記利得要素内に利得容積を提供するように励起放射によってエネルギー付与され、前記エネルギー付与された共振器は、基本放射の繰り返しパルスビームを生み出し、(i)前記利得容積の断面寸法、(ii)前記2つの共振器ミラーの間の共振器長さ、および、(iii)前記2つの共振器ミラーの光パワーは、前記第1の横軸における50を上回るビーム品質係数M 前記第2の横軸における10を上回るビーム品質係数Mとを有する前記基本放射のビームを生み出すように、選択される、利得要素と、
第1の非線形結晶であって、前記基本放射のビームは、前記第1の非線形結晶の中へ指向され、前記基本放射のビームの一部が、第2高調波発生によって第2高調波放射のビームに変換され、基本放射の残留ビームを残す、第1の非線形結晶と、
第2の非線形結晶であって、前記第2高調波放射のビームおよび前記基本放射の残留ビームは両方とも、前記第2の非線形結晶の中へ指向され、それによって、和周波数混合によって第3高調波放射のビームを発生させ、残留基本放射および残留第2高調波放射の共に伝搬するビームを残す、第2の非線形結晶
を備え、
前記第1の非線形結晶内の伝搬距離は、前記基本放射ビームの対応するビーム品質係数M を上回る前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第2高調波放射ビームのビーム品質係数M を達成するように、選択され、前記第2の非線形結晶内の別の伝搬距離は、前記第2高調波放射ビームの対応するビーム品質係数M を上回る前記第1の横軸および前記第2の横軸における前記第3高調波放射ビームのビーム品質係数M を達成するように、選択される、固体レーザ装置。
A solid-state laser device,
A gain element located in a resonator formed between two resonator mirrors, said gain element being in the form of a slab that is longer in a first transverse axis than in an orthogonal second transverse axis. wherein said gain element is energized by pump radiation to provide a gain volume within said gain element , said energized cavity producing a repetitive pulsed beam of fundamental radiation; (i) said gain volume; , (ii) a cavity length between the two cavity mirrors, and (iii) the optical power of the two cavity mirrors have a beam quality factor greater than 50 in the first transverse axis. a gain element selected to produce a beam of fundamental radiation having M2 and a beam quality factor M2 on the second horizontal axis greater than 10;
a first nonlinear crystal, wherein the beam of fundamental radiation is directed into the first nonlinear crystal and a portion of the beam of fundamental radiation is converted into second harmonic radiation by second harmonic generation; a first nonlinear crystal converted into a beam leaving a residual beam of fundamental radiation;
a second nonlinear crystal, wherein both the beam of second harmonic radiation and the residual beam of fundamental radiation are directed into the second nonlinear crystal, whereby by sum frequency mixing the third harmonic a second nonlinear crystal generating a beam of wave radiation and leaving a co-propagating beam of residual fundamental and residual second harmonic radiation ;
with
A propagation distance in said first nonlinear crystal is a beam quality of said second harmonic radiation beam on said first and second horizontal axes that exceeds a corresponding beam quality factor M2 of said fundamental radiation beam. wherein another propagation distance within said second nonlinear crystal is selected to achieve a factor M2 above said first abscissa and a corresponding beam quality factor M2 of said second harmonic radiation beam; A solid-state laser device selected to achieve a beam quality factor M2 of said beam of third harmonic radiation in said second horizontal axis.
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