KR101167983B1 - 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기 - Google Patents

결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기 Download PDF

Info

Publication number
KR101167983B1
KR101167983B1 KR1020110025559A KR20110025559A KR101167983B1 KR 101167983 B1 KR101167983 B1 KR 101167983B1 KR 1020110025559 A KR1020110025559 A KR 1020110025559A KR 20110025559 A KR20110025559 A KR 20110025559A KR 101167983 B1 KR101167983 B1 KR 101167983B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
diffraction grating
total reflection
reflection mirror
laser
Prior art date
Application number
KR1020110025559A
Other languages
English (en)
Inventor
고도경
문해중
Original Assignee
에이케이이노텍주식회사
광주과학기술원
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 에이케이이노텍주식회사, 광주과학기술원 filed Critical 에이케이이노텍주식회사
Priority to KR1020110025559A priority Critical patent/KR101167983B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101167983B1 publication Critical patent/KR101167983B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10007—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
    • H01S3/10023—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by functional association of additional optical elements, e.g. filters, gratings, reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H01S3/08009—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22—Gases
    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 결합공진기형 선폭축소장치의 회절격자로부터 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 회절격자에 재입사시키는 제 2 전반사경을 구비하는 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기에 대한 것이다.
본 발명의 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기는 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소시키는 선폭축소장치에 있어서, 상기 레이저 빔을 확대하는 프리즘과 상기 프리즘에서 확대된 레이저 빔을 반사하는 제 1 전반사경과 상기 제 1 전반사경에서 반사된 레이저 빔을 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 상기 제 1 전반사경으로 되반사하는 회절격자 및 상기 제 1 전반사경으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자에 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 상기 회절격자에 재입사시키는 제 2 전반사경을 포함한다. 또한 바람직하게 상기 프리즘과 상기 회절격자 사이에 1/4 편광판, 편광 광분할기, 제 3 전반사경으로 구성된 광 부품이 추가로 포함된다. 더불어 상기 결합공진기형 선폭축소장치와 상기 결합공진기형 선폭축소장치의 회절격자에 되반사된 레이저 빔을 부분적으로 반사하는 출력경과 상기 결합공진기형 선폭축소장치와 상기 출력경 사이에 형성되며, 통과하는 레이저 빔을 증폭하는 레이저 챔버 및 상기 출력경에 반사되지 않은 레이저 빔을 외부로 발진하는 레이저 빔 발진부를 포함한다.

Description

결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기{COUPLED-CAVITY TYPE LINE NARROWING DEVICE AND LASER CAVITY HAVING THE SAME}
본 발명은 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기에 대한 것이다. 보다 상세하게는 결합공진기형 선폭축소장치의 회절격자로부터 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 회절격자에 재입사시키는 제 2 전반사경을 구비하는 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기에 대한 것이다.
최근 반도체 기술의 발달에 따라서 더 높은 밀도의 집적회로(Integrated Circuit; IC)가 요구되고 있다. 이러한 고밀도 집적회로의 제작을 위해서는 매우 정밀한 리소그래피(Lithography)가 필요하다.
리소그래피는 포토레지스트(Photoresist)에 집적회로의 설계도를 그리는 과정으로서 다음과 같은 순서로 진행된다.
먼저, 레이저 빔을 집적회로의 설계도에 따라 포토레지스트에 조사한다. 이때, 조사된 레이저 빔은 해당 부분의 포토레지스트를 구조적으로 변형시킨다. 이로 인해, 포토레지스트의 변형된 부분은 본래의 포토레지스트와 상반되는 용해성을 보이게 된다.
즉, 포토레지스트의 변형된 부분은 용매에 잘 용해되지만 포토레지스트의 변형되지 않은 부분은 용매에 잘 용해되지 않거나, 반대로 포토레지스트의 변형된 부분은 용매에 잘 용해되지 않지만 포토레지스트의 변형되지 않은 부분은 용매에 잘 용해된다. 이로 인해, 레이저 빔이 조사되어 일부분이 변형된 포토레지스트를 용매에 세척하면 포토레지스트의 변형된 부분만 남거나 또는 사라짐으로써, 포토레지스트에 집적회로의 설계도가 그려진다.
따라서 매우 정밀한 리소그래피를 제작하기 위해서는 포토레지스트에 조사되는 레이저 빔이 정밀해야 한다. 이를 위해서는 포토레지스트에 조사되는 레이저 빔의 선폭이 매우 가늘고 일정해야 한다.
이에 따라, 레이저 빔의 선폭을 축소하면서 선폭을 일정하게 유지하는 선폭축소장치의 필요성이 높아지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소하고, 레이저 빔의 선폭을 일정하게 유지하며, 레이저 빔의 출력 효율이 향상되는 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소시키는 선폭축소장치에 있어서, 상기 레이저 빔을 확대하는 프리즘과 상기 프리즘에서 확대된 레이저 빔을 반사하는 제 1 전반사경과 상기 제 1 전반사경에서 반사된 레이저 빔을 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 상기 제 1 전반사경으로 되반사하는 회절격자 및 상기 제 1 전반사경으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자에 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 상기 회절격자에 재입사시키는 제 2 전반사경을 포함하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
이때, 상기 회절격자는 리트로우(Littrow) 형태로 형성되어, 상기 회절격자에 입사한 레이저 빔을 리트로우 회절 조건에 따라 되반사하는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
더불어 상기 제 2 전반사경은 상기 회절격자의 리트로우 회절 조건에 따라 0차 회절되는 레이저 빔의 경로에 수직하게 형성되며, 상기 회절격자와 거리 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
더불어 상기 제1 전반사경은 상기 회절격자의 리트로우 회절 조건에 따라 되반사된 레이저 빔을 상기 프리즘 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 전반사경과 상기 제 2 전반사경은 서로 연동하여 반대방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
또한, 바람직한 다른 실시예로서 상기 프리즘과 상기 회절격자 사이에 1/4 편광판, 편광 광분할기, 제 3 전반사경으로 구성된 광 부품이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치를 구비하는 레이저 공진기에 있어서, 상기 결합공진기형 선폭축소장치, 상기 결합공진기형 선폭축소장치의 회절격자에 되반사된 레이저 빔을 부분적으로 반사하는 출력경, 상기 결합공진기형 선폭축소장치와 상기 출력경 사이에 형성되며, 통과하는 레이저 빔을 증폭하는 레이저 챔버 및 상기 출력경에 반사되지 않은 레이저 빔을 외부로 발진하는 레이저 빔 발진부를 포함하는 레이저 공진기를 제공한다.
이때, 상기 출력경은 10% 부분반사경인 것을 특징으로 하는 레이저 공진기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 레이저에서 발진되는 레이저 빔은 프리즘과 제 1 전반사경을 경유하여 회절격자에 입사된다. 이때, 상기 회절격자는 리트로우(Littrow) 형태로서, 상기 회절격자는 입사된 레이저 빔을 리트로우 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔만을 상기 제 1 전반사경으로 되반사한다. 이러한 과정에서 상기 제 1 전반사경으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자에 0차 회절된 레이저 빔을 제 2 전반사경으로 반사하여 상기 회절격자에 재입사시킴으로써, 레이저 빔의 발진 효율이 향상된다.
더불어 상기 회절격자와 상기 제 2 전반사경 사이를 왕복하는 레이저 빔은 공진 및 에탈론(Etalon) 효과로 인해, 상기 레이저 빔에서 상대적으로 주요한 파장이 더 많은 이득을 얻게된다. 이로 인해, 상기 레이저 빔이 상기 파장으로 협대역화되어 발진되는 레이저 빔의 선폭이 일정해진다.
또한 상기 제 2 전반사경은 상기 회절격자와의 거리 또는 각도 조절을 통해 발진되는 레이저 빔의 파장을 선택할 수 있다. 이로 인해, 상기 회절격자는 레이저 빔의 선폭이 축소되는 파장을 선택하여, 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기의 구성도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 결합공진기형 선폭축소장치의 공진 원리를 3-mirror cavity를 통해 나타낸 개념도이다.
도 3은 도 2에서 도시한 3-mirror cavity에서 cavity의 반사율을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기를 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이때, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기의 구성도이다. 도 1을 참조하면 본 실시예는 레이저(600)에서 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소시키는 선폭축소장치에 있어서, 상기 레이저 빔을 확대하는 프리즘(100)과 상기 프리즘(100)에서 확대된 레이저 빔을 반사하는 제 1 전반사경(200), 상기 제 1 전반사경(200)에서 반사된 레이저 빔을 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 상기 제 1 전반사경(200)으로 되반사하는 회절격자(300) 및 상기 제 1 전반사경(200)으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자(300)에 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 상기 회절격자(300)에 재입사시키는 제 2 전반사경(400)을 포함한다. 이때, 상기 레이저(600)는 출력경(610), 레이저 챔버(620), 레이저 빔 발진부(630)으로 이루어지며 레이저 빔을 생성 및 발진한다.
상기 레이저(600)에서 생성된 레이저 빔은 상기 프리즘(100)에 입사한다. 이때, 상기 프리즘(100)은 레이저 빔의 파장에 따른 굴절률의 차이를 이용하여 상기 레이저 빔을 확대한다. 더불어 상기 프리즘(100)은 도 1에서와 같이 제 1 프리즘(110), 제 2 프리즘(120), 제 3 프리즘(130)의 복수 개로 구성되어 상기 레이저 빔을 보다 효과적으로 확대할 수 있다.
특히, 본 실시예는 상기 제 1 프리즘(110)과 상기 제 2 프리즘(120) 및 상기 제 3 프리즘(130)이 동일한 평면에 배치된다. 즉, 제 1 프리즘(110)에서 레이저 빔이 확대되는 방향과 동일한 방향으로 상기 제 2 프리즘(120)과 상기 제 3 프리즘(130)에서 레이저 빔이 확대된다. 이로 인해, 상기 레이저 빔은 수평으로 확대된다.
이와 같이, 확대된 레이저 빔은 상기 제 1 전반사경(200)에 입사한다. 상기 제 1 전반사경(200)은 반사율이 높은 물질로서, 입사된 레이저 빔을 상기 회절격자(300)로 반사한다. 이렇게 반사된 레이저 빔은 상기 회절격자(300)에 입사하게 된다. 이때, 상기 제 1 전반사경(200)의 각도와 위치를 변경하여 상기 회절격자(300)에 입사되는 레이저 빔의 입사각(θ)을 조절할 수 있다.
상기 회절격자(300)는 리트로우(littrow) 형태로 형성된다. 이로 인해, 상기 회절격자(300)에 입사된 레이저 빔은 리트로우 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 되반사한다.
상기 리트로우 회절 조건은 다음과 같다.
Figure 112011021067394-pat00001
상기 수학식 1에서 m은 회절 차수, λ는 파장, n1은 굴절률, d는 리트로우 회절격자(200)의 주기, θ는 레이저의 입사각이다.
상기 리트로우 회절은 리트만(Littman) 회절과 함께 대표적인 반사형 회절로서, 입사된 레이저 빔의 광대역 파장 가운데 특정 파장만을 회절하여 되반사한다. 이를 보다 상세하게 서술하면, 상기 리트로우 형태로 형성된 회절격자(300)에 입사된 레이저 빔은 광대역의 파장을 갖지만, 상기 광대역의 파장 가운데 상기 수학식 1을 만족시키는 특정한 파장만이 회절되어 되반사된다. 이로 인해, 상기 회절격자(300)에 되반사된 레이저 빔은 협대역화된다.
또한 상기 회절격자(300)에 회절된 레이저 빔은 회절 차수가 0, 1, 2, 3, ..., n까지로서, 각 회절 차수에 따라 레이저 빔은 서로 상이한 각도로 되반사된다.
이때, 상기 레이저 빔 가운데 회절 차수가 0인 레이저 빔은 180˚-θ로 되반사된다. 이러한 상기 레이저 빔의 경로에는 상기 제 2 전반사경(400)이 수직으로 형성되어 있다. 이로 인해, 상기 레이저 빔은 상기 제 2 전반사경(400)에 수직으로 입사하고, 따라서 상기 전반사경(400)에 반사된 상기 레이저 빔은 다시 회절격자(300)에 입사하게 된다.
또한, 상기 회절격자(300)에 회절되어 되반사되는 레이저 빔 중에서 어느 하나의 레이저 빔은 입사각 θ로 되반사된다. 이로 인해, 상기 회절격자(300)에 입사된 레이저 빔이 상기 제 1 전반사경(200)에 다시 입사하게 되는 것이다. 따라서 상기 제 1 전반사경에 입사한 상기 레이저 빔은 상기 제 1 전반사경(200)에 반사되어 상기 프리즘(320)에 입사하게 된다.
이와 같이, 상기 회절격자(300)에 입사한 레이저 빔은 상기 회절격자(300)의 리트로우 회절 조건에 따라, 특정 파장과 특정 회절 차수의 레이저 빔만 상기 제 1 전반사경(200) 또는 상기 제 2 전반사경(400)에 되반사된다. 그리고 상기 레이저 빔 가운데 상기 제 2 전반사경(400)에 되반사된 레이저 빔은 상기 제 2 전반사경(400)에 반사되어 다시 상기 회절격자(300)에 재입사하고, 상기 제 1 전반사경(200)에 되반사된 상기 레이저 빔은 상기 프리즘(100)으로 반사된다.
이처럼 상기 회절격자(300) 회절되어 되반사되는 레이저 빔은 특정 파장으로서 협대역화된다. 즉, 상기 레이저 빔은 하나의 파장을 갖게 되어, 선폭이 일정하게 유지된다. 또한, 상기 제 2 전반사경(400)을 구비하여 상기 회절격자(300)에 0차 회절된 레이저 빔을 상기 회절격자(300)에 재입사시킴으로써, 에너지 효율이 향상된다.
더불어 상기 제 1 전반사경(200)은 상기 회절격자(300)와의 각도 또는 거리를 조절하여 레이저 빔이 상기 회절격자(300)에 입사되는 입사각을 변경할 수 있다. 이로 인해, 상기 회절격자(300)에 되반사되는 레이저 빔의 파장이 바뀌게 되며, 상기 수학식 1을 통해 상기 회절격자(300)에 되반사되는 레이저 빔의 파장을 선택하는 것이 가능하다. 따라서 레이저 빔의 선폭이 축소되는 파장을 선택하여 발진할 수 있다.
다음으로 도 2는 도 1에서 도시한 결합공진기형 선폭축소장치의 공진 원리를 분석한 3-mirror cavity를 나타낸 개념도이다.
먼저 공진(Resonance)이란 빛 또는 전파 등에서 특정한 파장이 강해지는 것으로, 기존의 빛 또는 전파에 더해지는 새로운 빛 또는 전파의 파장이 기존의 빛 또는 전파의 파장과 일치할 때 발생한다.
이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치는 앞서 설명한 바와 같이, 회절격자(300)에 입사된 레이저 빔이 리트로우 회절 조건에 따라 특정한 파장만을 되반사한다. 더불어 레이저(600)의 출력경(610)과 회절격자(300), 제 2 전반사경(400)은 각각 부분반사경, 회절격자, 전반사경으로 구성된다. 따라서 레이저 빔은 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300) 사이 및 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400) 사이를 왕복하게 된다.
이를 정리하면 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300), 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400)을 왕복하는 레이저 빔에 더해지는 레이저 빔은, 상기 회절격자(300)의 리트로우 회절 조건에 따라 되반사된 특정한 파장의 레이저 빔이다. 이로 인해, 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300), 상기 회절격자(300)와 상기 제 1 전반사경(400)에서 공진 현상이 일어난다.
이를 간략하게 나타낸 것이 도 2로서, 도 1에서 도시한 결합공진기형 선폭축소장치의 공진 원리를 3-mirror cavity를 통해 나타낸 개념도이다. 이때, 도 2에서 가장 왼쪽의 블럭은 상기 출력경(610)이고, 가장 오른쪽의 블럭은 상기 제 2 전반사경(400), 그리고 중간의 블럭은 상기 회절격자(300)이다.
도 2를 참조하면, 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300) 사이의 거리는 L1이고, 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400) 사이의 거리는 L2이다. 따라서 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300) 사이를 왕복하는 레이저 빔은 L1의 거리를 왕복하고, 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400) 사이를 왕복하는 레이저 빔은 L2의 거리를 왕복한다.
이로 인해, 상기 L1을 왕복하는 레이저 빔은 상기 L2를 왕복하는 레이저 빔과 비교했을 때, 동일한 시간에 상대적으로 적은 횟수를 왕복한다. 이에 따라, 상기 회절격자(300)에서 레이저 빔이 되반사되는 횟수가 줄어들고, 따라서 공진으로 인한 레이저 빔의 증폭 및 협대역화도 상대적으로 적게 일어난다.
반대로 상기 L2를 왕복하는 레이저 빔은 L1을 왕복하는 레이저 빔보다 상대적으로 많은 횟수를 왕복한다. 이로 인해, 상대적으로 더 많은 공진이 일어나고, L2를 왕복하는 레이저 빔의 증폭 및 협대역화도 활발하게 진행된다.
이러한 출력경(610), 회절격자(300), 제 2 전반사경(400)의 3-mirror cavity에서 공진에 따른 레이저 빔의 세기는 다음과 같은 식으로 표현된다.
Figure 112011021067394-pat00002
여기서 Ecir, Ein은 공진기 내부와 공진기 외부에 입사되는 레이저의 세기이며, t는 투과계수, r은 반사계수이고 g는 레이저 챔버(610)의 single pass 이득계수이다.
더불어 상기 수학식 2를 통해 상기 출력경(610), 회절격자(300), 제 2 전반사경(400)의 반사계수 r을 알 수 있다. 이러한 반사계수는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치에서 발진되는 레이저 빔의 파장을 결정한다.
이를 보다 명확히 설명하기 위해 도시한 것이 도 3으로서, 도 3은 도 2에서 도시한 3-mirror cavity에서 cavity의 반사율을 예시적으로 나타낸 그래프이다. 이러한 도 3을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치에서 출력되는 레이저 빔의 파장이 선택되는 원리를 알 수 있다.
이때, 도 3은 상기 도 2에서 L1과 L2의 거리 비가 10:1인 상황을 예시적으로 도시한 것이다. 도 3은 상기 출력경(610), 상기 회절격자(300) 및 상기 제 2 전반사경(400)의 반사율과 거리, 이득값 등에 따라 달라질 수 있다.
도 3의 cavity 1은 거리가 L1인 출력경(610)과 회절격자(300)에 의해 만들어진 공진기의 반사율을 나타낸 것이다. 반대로 cavity 2는 거리가 L2인 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400)에 의해 만들어진 공진기의 반사율을 나타낸 것이다.
이때, 반사율이 높다는 것은 레이저의 왕복운동을 통하여 높은 이득을 얻을 수 있음을 의미한다. 이로 인해, 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400)으로 이루어진 cavity 2는 상기 출력경(610)과 상기 회절격자(300)로 이루어진 cavity 1보다 더 높은 이득을 얻게 된다.
이러한 높은 이득은 에탈론(Etalon) 효과에 의해 발생한다. 에탈론 효과란 평행하게 배치되고, 반사율이 높은 2개의 판 사이에서 빛이 수없이 왕복하면서 증폭 및 협대역화 되는 것이다. 특히 에탈론 효과는 공진과 달리 상기 2개의 판 사이의 거리 조절을 통해 빛의 파장을 선택할 수 있다.
요컨대, 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400)의 거리 조절을 통해 상기 회절격자(300)와 상기 제 2 전반사경(400)을 왕복하는 레이저 빔의 파장을 선택하는 것이다.
이로 인해, 본 발명에 따른 결합공진기형 선폭축소장치는 상기 제 2 전반사경(400)의 위치를 다르게 설정하여 출력되는 레이저 빔의 파장을 선택할 수 있다.
다음으로 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예는 레이저(600)에서 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소시키는 선폭축소장치에 있어서, 상기 레이저 빔을 확대하는 프리즘(100)과 상기 프리즘(100)에서 확대된 레이저 빔을 반사하는 제 1 전반사경(200), 상기 제 1 전반사경(200)에서 반사된 레이저 빔을 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 상기 제 1 전반사경(200)으로 되반사하는 회절격자(300), 상기 제 1 전반사경(200)으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자(300)에 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 상기 회절격자(300)에 재입사시키는 제 2 전반사경(400) 및 상기 프리즘(100)과 상기 회절격자(300) 사이에 1/4 편광판(510), 편광 광분할기(520), 제 3 전반사경(530)으로 구성된 광 부품(500)이 추가로 포함한다. 이때, 상기 레이저(600)는 출력경(610), 레이저 챔버(620), 레이저 빔 발진부(630)으로 이루어지며 레이저 빔을 생성한다.
이때, 상기 광 부품(500)에서 상기 1/4 편광판(510)과 상기 편광 광분할기(520)는 상기 회절격자(300)에서 상기 제 1 전반사경(200)으로 되반사되어 상기 프리즘(100)으로 향하는 레이저를 파장에 따라 편광하여 상기 제 3 전반사경(530)에 입사시킨다. 상기 제 3 전반사경(530)에 입사된 레이저 빔은 반사되어 상기 회절격자(300)에 재입사하게 된다. 이로 인해, 레이저 빔은 상기 회절격자(300)에 두 번 입사하게 된다. 따라서 상기 회절격자(300)에 두 번 입사된 레이저 빔은 상기 회절격자(300)에 한 번 입사한 레이저 빔보다 더 협대역화 된다. 즉, 상기 광 부품(500)으로 인해, 발진되는 레이저 빔의 선폭이 더욱 일정해진다.
이러한 상기 광 부품(500)을 도 4에서는 프리즘(100)과 제 1 전반사경(200)의 사이에 형성된 것으로 도시했지만, 이는 예시적인 것일뿐 상기 제 1 전반사경(200)와 상기 회절격자(300) 사이에 형성되는 것도 가능하다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기를 설명하였다.
이러한 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 프리즘 110 : 제 1 프리즘
120 : 제 2 프리즘 130 : 제 3 프리즘
200 : 제 1 전반사경 300 : 회절격자
400 : 제 2 전반사경 500 : 광 부품
510 : 1/4 편광판 520 : 편광 광분할기
530 : 제 3 전반사경 600 : 레이저
610 : 출력경 620 : 레이저 챔버
630 : 레이저 빔 발진부 θ : 레이저 빔의 입사각

Claims (8)

  1. 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 선폭을 축소시키는 선폭축소장치에 있어서,
    상기 레이저 빔을 확대하는 프리즘;
    상기 프리즘에서 확대된 레이저 빔을 반사하는 제 1 전반사경;
    상기 제 1 전반사경에서 반사된 레이저 빔을 회절 조건에 따라 특정 파장의 레이저 빔을 상기 제 1 전반사경으로 되반사하는 회절격자; 및
    상기 제 1 전반사경으로 되반사되지 못한 레이저 빔 가운데 상기 회절격자에 0차 회절된 레이저 빔을 반사하여 상기 회절격자에 재입사시키는 제 2 전반사경을 포함하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회절격자는 리트로우(Littrow) 형태로 형성되어, 상기 회절격자에 입사한 레이저 빔을 리트로우 회절 조건에 따라 되반사하는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 전반사경은 상기 회절격자의 리트로우 회절 조건에 따라 0차 회절되는 레이저 빔의 경로에 수직하게 형성되며, 상기 회절격자와 거리 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 전반사경은 상기 회절격자의 리트로우 회절 조건에 따라 되반사된 레이저 빔을 상기 프리즘 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전반사경과 상기 제 2 전반사경은 서로 연동하여 반대방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 회절격자 사이에 1/4 편광판, 편광 광분할기, 제 3 전반사경으로 구성된 광 부품이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 결합공진기형 선폭축소장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 결합공진기형 선폭축소장치를 구비하는 레이저 공진기에 있어서,
    상기 결합공진기형 선폭축소장치;
    상기 결합공진기형 선폭축소장치의 회절격자에 되반사된 레이저 빔을 부분적으로 반사하는 출력경;
    상기 결합공진기형 선폭축소장치와 상기 출력경 사이에 형성되며, 통과하는 레이저 빔을 증폭하는 레이저 챔버; 및
    상기 출력경에 반사되지 않은 레이저 빔을 외부로 발진하는 레이저 빔 발진부;를 포함하는 레이저 공진기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 출력경은 부분반사경인 것을 특징으로 하는 레이저 공진기.
KR1020110025559A 2011-03-22 2011-03-22 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기 KR101167983B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110025559A KR101167983B1 (ko) 2011-03-22 2011-03-22 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110025559A KR101167983B1 (ko) 2011-03-22 2011-03-22 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101167983B1 true KR101167983B1 (ko) 2012-09-03

Family

ID=47073585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110025559A KR101167983B1 (ko) 2011-03-22 2011-03-22 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101167983B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019143136A1 (ko) * 2018-01-22 2019-07-25 명지대학교 산학협력단 위상잡음 보상에 의한 좁은 선폭 레이저 광원 구현장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999013544A1 (en) 1997-09-10 1999-03-18 Cymer, Inc. Line narrowing device with double duty grating
US20010014110A1 (en) 1999-12-22 2001-08-16 Partlo William N. Line narrowed laser with bidirection beam expansion
JP2002329911A (ja) 2001-04-27 2002-11-15 Komatsu Ltd レーザ装置、増幅器、及び紫外線レーザ装置
KR100656797B1 (ko) 2005-07-22 2006-12-13 광주과학기술원 레이저의 선폭 축소 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999013544A1 (en) 1997-09-10 1999-03-18 Cymer, Inc. Line narrowing device with double duty grating
US20010014110A1 (en) 1999-12-22 2001-08-16 Partlo William N. Line narrowed laser with bidirection beam expansion
JP2002329911A (ja) 2001-04-27 2002-11-15 Komatsu Ltd レーザ装置、増幅器、及び紫外線レーザ装置
KR100656797B1 (ko) 2005-07-22 2006-12-13 광주과학기술원 레이저의 선폭 축소 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019143136A1 (ko) * 2018-01-22 2019-07-25 명지대학교 산학협력단 위상잡음 보상에 의한 좁은 선폭 레이저 광원 구현장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3514073B2 (ja) 紫外レーザ装置及び半導体露光装置
US9507248B2 (en) Two-beam interference apparatus and two-beam interference exposure system
US9791780B2 (en) Exposure apparatus
KR20010023805A (ko) 더블 듀티 격자를 갖춘 라인 내로우잉 디바이스
JP2000223408A (ja) 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
JP2013179247A (ja) マスタオシレータシステムおよびレーザ装置
JP2006156782A (ja) レーザ発振器
JP2009026834A (ja) 外部共振器型の波長可変光源
KR20120075465A (ko) 레이저 발진기 및 레이저 증폭기
JP2006313140A (ja) テラヘルツ波発生装置及び方法あるいは分光計測装置及び方法
KR20190127855A (ko) 공간 출력으로부터 스펙트럼 형상을 복원하는 방법
KR101167983B1 (ko) 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기
JP2016218373A (ja) 多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法
CN213367022U (zh) 一种垂直偏振态准分子激光器
WO2018092813A1 (ja) レーザ共振器、及びレーザ共振器の設計方法
JP4416481B2 (ja) 光学的パルス伸長器および露光用放電励起ガスレーザ装置
US20170149199A1 (en) Laser device
CN105048262B (zh) 一种改进谐振腔的窄线宽准分子激光器
JP4065880B2 (ja) レーザー装置及び和周波発生方法
KR20120119656A (ko) 방열 기능을 갖는 결합공진기형 선폭축소장치 및 이를 구비하는 레이저 공진기
US3872402A (en) Laser generator having a reduced emission spectrum
JP5507874B2 (ja) 波長変換レーザ装置
CN111025816A (zh) 一种紧凑的窄线宽光参量振荡放大器
JP2014170961A (ja) 狭帯域化レーザ装置及びそのスペクトル幅調整方法
JP2007287886A (ja) レーザー装置及びそのレーザー装置を用いた検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150717

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160701

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170627

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180717

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190717

Year of fee payment: 8