WO2024028461A1 - Lasersystem und verfahren zur bereitstellung eines zur wechselwirkung mit einem targetmaterial vorgesehenen gepulsten laserstrahls - Google Patents

Lasersystem und verfahren zur bereitstellung eines zur wechselwirkung mit einem targetmaterial vorgesehenen gepulsten laserstrahls Download PDF

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WO2024028461A1
WO2024028461A1 PCT/EP2023/071597 EP2023071597W WO2024028461A1 WO 2024028461 A1 WO2024028461 A1 WO 2024028461A1 EP 2023071597 W EP2023071597 W EP 2023071597W WO 2024028461 A1 WO2024028461 A1 WO 2024028461A1
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WO
WIPO (PCT)
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laser beam
target area
pulsed
deflection device
operating mode
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/071597
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jonathan BRONS
Sven-Silvius SCHAD
Michael Harteker
Stephan Häfner
Dirk Sutter
Original Assignee
Trumpf Laser Gmbh
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 Gmbh filed Critical Trumpf Laser Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33—Acousto-optical deflection devices
    • 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—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma
    • 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
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0071—Beam steering, e.g. whereby a mirror outside the cavity is present to change the beam direction

Definitions

  • the invention relates to a laser system and a method for providing a pulsed laser beam intended for interaction with a target material.
  • an EUV radiation generating device comprising a vacuum chamber in which a target material can be arranged at a target position to generate EUV radiation, and a beam guidance chamber for guiding a laser beam from a driver laser device towards the target position.
  • An intermediate chamber is provided, which is attached between the vacuum chamber and the beam guidance chamber, a first window which seals the intermediate chamber in a gas-tight manner for the entry of the laser beam from the beam guidance chamber, and a second which seals the intermediate chamber in a gas-tight manner Window for the laser beam to exit into the vacuum chamber.
  • a method for laser material processing by means of a processing laser beam wherein from an input laser beam a first laser beam, which is coupled into at least a first fiber core of an optical multiple-core fiber, and / or a second laser beam, which is at least into a second Fiber core of the multiple core fiber is coupled in, are generated.
  • the first and second laser beams are coupled out of the multiple core fiber alone or together as a processing laser beam and the ratio of the laser power between the first and the second laser beam is changed with a modulation frequency between 1 Hz to 100 kHz.
  • the invention is based on the object of providing a laser system and method mentioned at the beginning, by means of which a pulsed laser beam intended for interaction with the target material can be generated with a high average power and at the same time controllability with regard to the Interaction of the laser pulses of the pulsed laser beam with the target material is made possible.
  • the laser system comprises a beam deflection device, a control device assigned to the beam deflection device, a laser beam source for providing a pulsed input laser beam for coupling into the beam deflection device and a target area for arranging the target material, the pulsed input laser beam being deflectable by means of the beam deflection device and / or can be divided and by means of the beam deflection device based on the pulsed input laser beam at least one pulsed laser beam emerging from the beam deflection device is provided, wherein the control device is set up to control and/or close a position of the at least one pulsed laser beam relative to the target area by controlling the beam deflection device regulate, wherein the control device has a first operating mode in which the position of the at least one pulsed laser beam is selected so that it is directed at the target area in order to interact with a target material arranged in the target area, and wherein the control device has a second operating mode, in which the position of the at least one pulsed laser beam is selected so
  • the pulsed laser beam hits the target material arranged in the target area or not, i.e. whether laser pulses assigned to the pulsed laser beam interact with the target material or not.
  • This makes it possible, for example, to control the generation of secondary radiation and in particular an average dose and/or intensity of the secondary radiation generated in a technically simple manner.
  • the pulsed laser beam is deflected and/or aligned in the first operating mode so that it hits the target material arranged in the target area, and in the second operating mode it is deflected and/or aligned so that it does not hit the target material, ie
  • the pulsed laser beam is “directed past” or “shot past” the target material.
  • No technical intervention is therefore required on the laser beam source itself in order to control the interaction between the existing pulsed laser beam and the target material.
  • no temporal control of laser pulses of the input laser beam or pulsed laser beam provided by the laser beam source is required in order to specifically prevent interaction with the target material.
  • the position and/or orientation and/or alignment of the at least one pulsed laser beam can be controlled in a technically simple, time-dependent manner relative to the target area and the target material arranged therein by control via the control device. Furthermore, any division of the input laser beam can be controlled in order to provide either one or more pulsed laser beams emerging from the beam deflection device.
  • the first operating mode and the second operating mode can be set and/or selected on the control device. It can be provided that the control device has an input for receiving a control signal, with the first operating mode or the second operating mode being selected by means of the control signal.
  • the position of the at least one pulsed laser beam relative to the target area is to be understood in particular as a position of a focused area and/or a focused cross section of the at least one pulsed laser beam relative to the target area.
  • the pulsed laser beam that can be provided is particularly suitable and/or set up for interaction with the target material.
  • the laser system is suitable and/or is set up for generating secondary radiation through interaction of the pulsed laser beam with the target material. It can then be provided in particular that the pulsed laser beam in the first operating mode is directed to the Target material is directed so that laser pulses of the pulsed laser beam interact with the target material and secondary radiation is thereby generated.
  • the laser system can be suitable and/or set up for preparing and/or pre-processing the target material through interaction of the pulsed laser beam with the target material.
  • the target material is then brought into a specific shape and/or a specific state in the first operating mode through interaction of laser pulses of the pulsed laser beam, which subsequently enables secondary radiation to be generated particularly efficiently through interaction with further laser pulses.
  • the preparation of the target material is carried out with laser pulses from a first laser beam source and the subsequent generation of secondary radiation is then carried out by interaction with further laser pulses from a second laser beam source.
  • the second laser beam source then in particular has a higher average power than the first laser beam source.
  • the laser system can also be used to diagnose the quality of the mentioned preparation and/pre-processing of the target material.
  • the at least one pulsed laser beam misses the target area and/or the target material arranged therein in the second operating mode is understood to mean that the at least one pulsed laser beam does not interact or does not interact significantly with the target material, so that, for example, depending on the application of the laser system, there is no secondary radiation or secondary radiation is generated below a threshold intensity or no or insufficient preparation of the target material takes place.
  • the at least one pulsed laser beam hits the target area and/or the target material arranged therein in the first operating mode is understood to mean that the at least one pulsed laser beam interacts with the target material, so that, for example, depending on the application of the laser system, secondary radiation is generated above the threshold intensity or a preparation or sufficient preparation of the target material takes place.
  • the control device has no further operating state apart from the first operating state and the second operating state (apart from a deactivated state).
  • the laser beam source includes in particular a seed laser, such as a diode laser.
  • the laser beam source comprises a laser amplifier and/or a chain of laser amplifiers.
  • the laser amplifier or amplifiers are preferably Yb or Nd doped.
  • Yb:glass, Yb:YAG or Nd:YAG amplifiers are used as laser amplifiers.
  • the laser amplifiers used can be designed in fiber, rod, slab or disk geometry.
  • exactly one pulsed laser beam emerging from the beam deflection device is provided, which is directed at the target area and/or the target material.
  • not several pulsed laser beams emerging from the beam deflection device are provided simultaneously, but rather exactly one pulsed laser beam is provided at a specific time.
  • the position of exactly one pulsed laser beam is deflected alternately with respect to the target area to a first side and to a second side opposite the first side in temporally successive second operating modes.
  • This allows, for example, a symmetrical arrangement over time of the pulsed signals provided in successive second operating modes
  • Laser beams reach the pulsed laser beam provided in the first operating mode. This in turn makes it possible to achieve a simplified and low-interference stabilization of the orientation and/or positioning of pulsed laser beams emerging from the beam deflection device.
  • second operating mode is initially selected at a specific time and is then selected again at a later time, with the first operating mode being selected for a specific period of time between these two times. This then results, for example, in a sequence of first operating mode (time ti) - second operating mode (time tz) - first operating mode (time ts) - second operating mode (time t4), etc., where ti ⁇ t2 ⁇ t3 ⁇ t4.
  • Successive second operating modes are, for example, those at times t2 and t4, i.e. two second operating modes selected one after the other.
  • two or more laser beams pulsed from the beam deflection device are provided, which emerge from the beam deflection device at the same time.
  • This makes it possible, for example, to achieve a symmetrical spatial arrangement of the pulsed laser beams provided in the second operating mode with respect to the pulsed laser beam provided in the first operating mode.
  • This in turn makes it possible to achieve a simplified and low-interference stabilization of the orientation and/or positioning of pulsed laser beams emerging from the beam deflection device.
  • the pulsed laser beams provided in the second operating mode are then positioned spatially symmetrically with respect to the pulsed laser beam provided in the first operating mode and/or oriented.
  • one of the pulsed laser beams provided in the second operating mode is deflected with respect to the target area to a first side and/or first direction and another of the pulsed laser beams provided in the second operating mode is deflected with respect to the target area to a second side and/or the first direction opposite the first side deflected in the opposite second direction.
  • pulsed laser beams provided in the second operating mode are positioned symmetrically on a temporal and/or spatial average with respect to the pulsed laser beams formed in the first operating mode.
  • plane symmetry and/or point symmetry of pulsed laser beams provided in the second operating mode is point-symmetrical with respect to the pulsed laser beams provided in the first operating mode.
  • a position of a center point of a beam cross section of the at least one pulsed laser beam in the target area in the first operating mode is spaced from the position of the center point of the at least one pulsed laser beam in the second operating mode by at least one diameter of the beam cross section.
  • the respective positions of the centers of all pulsed laser beams present in the first operating mode are spaced from the respective positions of the centers of all pulsed laser beams present in the second operating mode by at least one diameter of the beam cross section of the respective pulsed laser beams.
  • the beam deflection device comprises an acousto-optical deflector and/or an acousto-optical modulator or is designed as an acousto-optical deflector or acousto-optical modulator. This allows the position of the at least one pulsed laser beam to be varied relative to the target area with a high degree of temporal dynamics.
  • the at least one pulsed laser beam is fundamentally to be understood as meaning a useful laser beam, which is provided by deflection and/or splitting of the input laser beam by means of the beam deflection device and, depending on the positioning and/or splitting according to the selected operating mode, in accordance with the intended In the case of application, sufficient interaction with the target material can be used.
  • a useful laser beam which is provided by deflection and/or splitting of the input laser beam by means of the beam deflection device and, depending on the positioning and/or splitting according to the selected operating mode, in accordance with the intended
  • sufficient interaction with the target material can be used.
  • an acousto-optical deflector or modulator in particular the first order of diffraction is used as the useful laser beam. Other diffraction orders are not used and are therefore not covered by the term “pulsed laser beam”.
  • the beam deflection device is controlled by means of the control device in the first operating mode with a control voltage which has a constant carrier frequency.
  • a frequency spectrum of the control voltage then has the carrier frequency as the only frequency.
  • a single pulsed laser beam emerges from the beam deflection device and is directed at the target area.
  • the beam deflection device is controlled by means of the control device in the second operating mode with a control voltage which has a frequency that is reduced compared to the carrier frequency or a frequency that is increased compared to the carrier frequency.
  • an idealized frequency spectrum of the control voltage then has a single frequency, which is the reduced or increased frequency.
  • a single pulsed laser beam emerges from the beam deflection device, which is deflected in such a way that it misses the target area.
  • the increased frequency and the reduced frequency are symmetrical with respect to the carrier frequency.
  • the beam deflection device is controlled by means of the control device in the second operating mode with a control voltage which has a superposition of two or more frequencies, these frequencies being different from the carrier frequency.
  • a frequency spectrum of the control voltage then has two or more frequencies that are different from the carrier frequency, but in particular not the carrier frequency itself.
  • two or more pulsed laser beams emerge from the beam deflection device at the same time, which are deflected in such a way that they miss the target area.
  • the two or more frequencies are symmetrical with respect to the carrier frequency.
  • the beam deflection device is controlled by means of the control device in the second operating mode with a control voltage which has a beat of signals with a frequency that is reduced compared to the carrier frequency and a frequency that is increased compared to the carrier frequency.
  • laser pulses of the at least one pulsed laser beam are introduced into the target area in such a way that they are synchronized in time with a target material introduced into the target area, so that in the first operating mode there is an interaction of one or more laser pulses with the target material takes place in the target area.
  • a coupling of target material into the target area can be slightly irregular or error-prone in time, with a corresponding jitter being, for example, +/- 1 ps.
  • the aforementioned synchronization makes it possible to ensure in the first operating mode that, depending on the application, sufficient interaction of laser pulses of the pulsed laser beam with the target material actually takes place.
  • laser pulses of the input laser beam or of the at least one pulsed laser beam provided by the laser beam source are temporal offset and/or corrected in such a way that they hit target material arranged in the target area in the first operating mode and temporal irregularities when coupling the target material into the target area are compensated for.
  • the laser beam source is set up to provide laser pulses of the pulsed input laser beam and/or the pulsed laser beam with a constant average energy value, wherein an energy of the laser pulses during operation of the laser system differs from the average energy value by less than 2% and in particular by less than 1 % differs.
  • the average energy value is to be understood in particular as a predetermined target value of the energy of the laser pulses.
  • the laser beam source is set up to provide laser pulses of the pulsed input laser beam and/or the pulsed laser beam with a constant average pulse repetition rate, wherein a pulse repetition rate of the laser pulses provided during operation of the laser system varies from the constant average pulse repetition rate by less than 20% and in particular by less than 15%.
  • the time corrections can be made, which may be necessary for the above-mentioned synchronization of laser pulses with the target material.
  • the pulse repetition rate mean value is to be understood in particular as a constant target value of the pulse repetition rate, from which deviations can be made accordingly for the aforementioned synchronization of the laser pulses.
  • the laser system includes a feed device for feeding target material into the target area.
  • the target material is introduced into the target area by means of the feed device in the form of individual units and/or drops.
  • the target material is then supplied in such a way that it is positioned in the target area at an (error-prone) time or within a time window.
  • the target material it is also possible for the target material to be introduced into the target area by means of the feed device in the form of a material stream and in particular a continuous material stream.
  • the feed device is set up to introduce the target material into the target area at a speed of at least 50 m/s and/or at most 200 m/s and preferably at least 60 m/s and/or at most 130 m/s .
  • the target material can in particular pass through the target area at a speed in the ranges mentioned.
  • the target material is introduced into the target area at an at least approximately constant speed and/or at an at least approximately constant clock rate during operation of the laser system.
  • the target material passes through the target area with a direction of movement that is at least approximately parallel to the direction of gravity.
  • the laser system includes a target material detection device for detecting target material within the target area, the target material detection device being in particular set up to send a control signal to the laser beam source and/or to the beam deflection device when target material is detected in the target area assigned control device.
  • the target material detection device being in particular set up to send a control signal to the laser beam source and/or to the beam deflection device when target material is detected in the target area assigned control device.
  • the laser system has a beam detection device for detecting an orientation and/or a position of pulsed laser beams emerging from the beam deflection device. This makes it possible in particular to regulate the position of the at least one pulsed laser beam.
  • the orientation and/or position of the at least one pulsed laser beam can be stabilized using the beam detection device.
  • the laser system can have a corresponding device for stabilizing orientation and/or position.
  • the position of the at least one pulsed laser beam can be regulated in the first operating mode and/or second operating mode by means of the control device assigned to the beam deflection device.
  • a method mentioned above for providing a pulsed laser beam intended for interaction with a target material, in which the target material is arranged or is arranged in a target area, a pulsed input laser beam is provided by means of a laser beam source, the pulsed input laser beam is coupled into a beam deflection device, wherein the pulsed input laser beam can be deflected and/or split by means of the beam deflection device and at least one pulsed laser beam emerging from the beam deflection device is provided by means of the beam deflection device based on the pulsed input laser beam, wherein a position of the pulsed laser beam emerging from the beam deflection device is relative to the target area by controlling the Beam deflection device is controlled and/or regulated by means of a control device, wherein the control device has a first operating mode in which the position of the at least one pulsed laser beam is selected so that it is directed at the target area and interacts with the target material arranged in the target area, and wherein the control device has a second operating
  • the method according to the invention in particular has one or more further features and/or advantages of the laser system according to the invention.
  • Advantageous embodiments have already been explained in connection with the laser system.
  • the method according to the invention can be carried out in particular by means of the laser system according to the invention.
  • this will Method according to the invention carried out using the laser system according to the invention.
  • a laser system for providing a laser beam with a focus zone which has a non-rotationally symmetrical cross section comprises a beam deflection device, a control device assigned to the beam deflection device and a laser beam source for providing an input laser beam for coupling into the beam deflection device, the beam deflection device having an acousto-optical deflector and/or an acousto-optical modulator and wherein the control device is set up to control the beam deflection device in such a way that the input laser beam is simultaneously divided into at least two laser beams emerging from the beam deflection device by means of the beam deflection device and respective beam cross sections of the emerging laser beams overlap at least in sections in such a way that a focus zone with non- rotationally symmetrical cross section is formed.
  • the laser beams emerging from the beam deflection device are focused by means of focusing optics, with the emerging laser beams overlapping at least in sections in a focal plane assigned to the focusing optics in order to form the focus zone there with a non-rotationally symmetrical cross section.
  • a non-rotationally symmetrical cross-section is understood to mean, in particular, an elliptical cross-section and/or an elongated cross-section and/or a cross-section with a preferred direction and/or a non-point-symmetrical cross-section.
  • the beam deflection device is controlled by means of the control device with a control voltage which has a superposition and/or beat of signals with two or more frequencies.
  • a focus zone is to be understood in particular as a spatially coherent radiation area in which a radiation intensity is above a certain threshold intensity.
  • an input laser beam is provided by means of a laser beam source and the input laser beam is coupled into a beam deflection device, the beam deflection device comprising an acousto-optical deflector and/or an acousto-optical modulator and wherein the Control device controls the beam deflection device in such a way that the input laser beam is simultaneously divided into at least two laser beams emerging from the beam deflection device by means of the beam deflection device and respective beam cross sections of the emerging laser beams in the focus zone overlap at least in sections in such a way that a focus zone with a non-rotationally symmetrical cross section is formed.
  • the statement “at least approximately” generally means 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 exemplary embodiment of a laser system
  • FIG. 2 shows a cross section of pulsed laser beams provided, showing a positioning of the pulsed laser beams relative to a target material in different operating modes
  • 3 shows a representation of different frequencies of a control voltage which is used to control a beam deflection device of the laser system, with a power being plotted as a function of the respective frequency;
  • 4 shows a cross section of laser beams provided, with respective beam cross sections of the laser beams overlapping and forming a focus zone;
  • Fig. 6 shows a second example of a positioning of provided pulsed laser beams as a function of time relative to the target material.
  • the laser system 100 includes a laser beam source 102, by means of which a pulsed input laser beam 103 is provided during operation of the laser system 100. It is envisaged that at least one pulsed laser beam 104 based on the input laser beam 103 is formed and this is directed onto a target material 106. Secondary radiation 110 can be generated through interaction of laser pulses 108 assigned to the input laser beam 103 or the pulsed laser beam 104 with the target material 106. Alternatively or additionally, the interaction can prepare the target material 106 for generating secondary radiation.
  • the laser beam source 102 can be designed, for example, as a CO2 laser, which has an average power of 1 kW or more during operation of the laser system 100.
  • the laser beam source 102 can be designed, for example, as an Nd:YAG laser or Yb-YAG laser.
  • the average power in this case is, for example, between 500 W and 800 W.
  • the input laser beam 103 and/or pulsed laser beam 104 provided by the laser beam source 102 has then, for example, laser pulses 108 with a pulse repetition rate in the kHz range, such as in the range between 40 kHz and 100 kHz.
  • a respective pulse duration of the laser pulses 108 is in particular in the ns range, for example in the range from 1 ns to 500 ns, in particular in the range from 5 ns to 20 ns.
  • the laser system 100 can have several laser beam sources 102, e.g. one for generating secondary radiation 110 and another for preparing the target material 108.
  • the laser beam source 102 can, for example, have a laser beam source control device 109, by means of which an emission of laser pulses 108 by the laser beam source 102 can be triggered and/or controlled at certain times.
  • the laser beam source 102 emits one or more laser pulses 108 when the control device 109 receives a corresponding control signal. This allows laser pulses 108 to be specifically requested at specific times and/or laser pulses 108 that are regularly emitted by the laser beam source 102 to be staggered relative to one another. This can be achieved, for example, using pulse-on-demand concepts.
  • the secondary radiation 110 that can be provided by interaction of the target material 106 with the laser pulses 108 of the laser beam 104 is, for example, EUV radiation.
  • the target material 106 is or includes tin.
  • the laser system 100 has a target area 112 in which the target material 106 can be arranged in order to impinge it with the laser beam 104. It is envisaged that during operation of the laser system 100, the target material 106 is introduced into the target area 112 and interacts there with the laser pulses 108. In particular, the pulsed laser beam 104 directed onto the target material 106 is focused onto the target material 106 and/or the target area 112. For this purpose, for example, focusing optics 113 can be provided. In particular, it can be provided that the target area 112 is formed and/or positioned in a fluid-tight and/or gas-tight chamber 114. For example, a vacuum is formed in the chamber 114.
  • the laser system 100 can have a feed device 116, by means of which the introduction of the target material 106 into the target area 112 can be controlled and/or regulated.
  • target material 106 can be delivered by means of the feed device 116 in such a way that it passes through the target area 112 at specific, in particular regular, times and/or is positioned in the target area 112 at specific, in particular regular, times.
  • the target material 106 is introduced into the target area at a speed between 60 m/s and 120 m/s, in which case the target material 106 is in particular in the form of individual drops which pass through the target area one after the other.
  • target material 106 can be provided by means of the feed device 116 in the form of individual elements and/or drops, which each pass through the target area 112 one after the other at specific times.
  • the direction of gravity is oriented in the negative y-direction, so that target material 106 delivered by means of the feed device 116 passes through the target area 112 from top to bottom (i.e. in the negative y-direction).
  • the laser system 100 has a target material detection device 118, by means of which it can be detected whether a A target material 106 is arranged in the target area 112 at a certain point in time.
  • the target material detection device 118 includes, for example, a camera to detect the target material 106 in the target area 112, for example by means of image recognition.
  • the laser system 100 includes a beam deflection device 120 into which the input laser beam 103 is coupled.
  • the pulsed laser beams formed by the beam deflection device 120 based on the input laser beam 103 and emerging from the beam deflection device 120 are referred to as pulsed laser beams 104.
  • the beam deflection device 120 is suitable for deflecting and/or splitting the input laser beam 103. Consequently, in principle, one pulsed laser beam 104 or several pulsed laser beams 104 can emerge from the beam deflection device 120 at the same time. By means of the beam deflection device 120, an orientation and/or a position of the pulsed laser beam 104 or the pulsed laser beams 104 relative to the target area 112 can be adjusted.
  • the beam deflection device 120 is or comprises an acousto-optic modulator and/or an acousto-optic deflector.
  • the pulsed laser beam 104 incident on the beam deflection device 120 is divided into several partial beams of different diffraction orders by means of the beam deflection device 120, the first order partial beam being used as a useful laser beam or pulsed laser beam 104 to act on the target material 106.
  • the first order partial beam used has more than 90% of a beam intensity of the laser beam 104 originally incident on the beam deflection device 120.
  • the partial beam 0 designated 104a.
  • Order like the partial beams of other orders, is not used and is guided, for example, into a beam trap 122.
  • the laser system 100 includes a control device 124, which, for example, is connected to the beam deflection device 120 in a signal-effective manner or is integrated into the beam deflection device 120.
  • a control device 124 By controlling the Beam deflection device 120 by means of the control device 124, the pulsed laser beam 104 can be displaced relative to the target area 112, that is, the orientation and/or position of this beam can be adjusted relative to the target area 112.
  • the laser system has a beam detection device 125 (indicated in FIG. 1) for detecting an orientation and/or a position of pulsed laser beams 104 emerging from the beam deflection device 120.
  • the beam detection device 125 in particular includes several detectors and/or cameras by means of which the orientation and/or position can be detected.
  • the beam detection device 125 is or includes a beam tracker.
  • the beam detection device 125 can be used to stabilize the orientation and/or positioning of the pulsed laser beams 124.
  • the laser system 100 can have a device for stabilizing the orientation and/or positioning of the pulsed laser beams 124 (not shown), which receives information from the beam detection device 125 regarding the orientation and/or positioning of the pulsed laser beams 124 and on the basis of this information carries out the stabilization.
  • the beam detection device 125 can be connected to the control device 124 in a signal-effective manner in order to transmit to it information regarding the orientation and/or positioning of pulsed laser beams 104 emerging from the beam deflection device 120.
  • this makes it possible to regulate the orientation and/or positioning of the pulsed laser beams 104 by means of the control device 124 or the beam deflection device 120.
  • control device 124 has a first operating mode in which the beam deflection device 120 is controlled in such a way that the pulsed laser beam 104 emerging from it is directed at the target area 112 and the laser pulses 108 are directed at the target area 112 and/or hit a target material 106 arranged therein.
  • the laser pulses 108 of the pulsed laser beam 104 can interact with the target material 106 arranged in the target area 112.
  • the pulsed laser beam 104 coupled out of the beam deflection device 120 in this first operating mode is additionally designated 104-bl in FIG. 1.
  • control device 124 has a second operating mode in which the beam deflection device 120 is controlled in such a way that the pulsed laser beam 104 emerging from it misses the target area.
  • the target area 112 and/or a target material 106 arranged therein are not hit or almost not hit by the laser pulses 108.
  • the laser pulses 108 cannot interact with the target material or can only interact so slightly.
  • no secondary radiation 110 is generated or generated secondary radiation 110 is only present below a threshold intensity, or there is no sufficient interaction to prepare the target material.
  • the pulsed laser beam 104 can be deflected by means of the beam deflection device 120 in order to miss the target area 112. In the second operating mode, several variants can therefore be provided with regard to the orientation and/or position of the pulsed laser beam 104 relative to the target area 112.
  • two different variants can be provided, wherein in a first variant of the second operating mode the pulsed laser beam 104 is deflected, for example, in a first direction in order to miss the target area 112 and the target material 106 located therein (pulsed laser beam 104 -b2'), and in a second variant it is deflected in a second direction different from the first direction in order to miss the target area 112 and the target material 106 located therein (pulsed laser beam 104-b2").
  • further variants are possible to provide the second operating mode, in which the pulsed laser beam 104 is deflected in different directions in order to miss the target area 112 and/or the target material 106.
  • Target material 106 is fed by means of the feed device 116 from top to bottom (i.e. in the negative y-direction) into the target area 112, as shown in FIG Target material 106 is deflected in order to miss it, i.e. the laser beam 104-b2 'is behind the target material 106 when it is positioned in the target area 112.
  • the laser beam 104-b2" is deflected spatially in front of the target material 106 in order to miss it, i.e. the laser beam 104-b2" is in front of the target material 106 when it is positioned in the target area 112.
  • the pulsed laser beam 104 could also be deflected, for example, in a direction that is transverse or perpendicular to the direction of movement of the target material 106 in order to miss it.
  • the pulsed laser beam 104 can be deflected in any direction, which is oriented perpendicular to its beam propagation direction 126.
  • FIG. 2 shows the positioning of the pulsed laser beams 104-bl, 104-b2' and 104-b2" relative to the target area 112 and the target material 106 in a cross-sectional plane which is perpendicular to the beam propagation direction 126 of the pulsed laser beam 104- incident on the target area 112.
  • bl is oriented and is positioned on the target material 106 (in the example shown, the beam propagation direction 126 is oriented parallel to the z-direction and the cross-sectional plane is oriented parallel to the xy plane).
  • a respective beam cross section of the laser beams 104-bl, 104-b2' and 104-b2" is indicated by circles in FIG. 2.
  • the laser beams 104-bl, 104-b2' and 104-b2" are at the same height as the beam propagation direction 126 the target area 112 and/or the target material 106 is focused.
  • the pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2" provided in the second operating mode preferably run symmetrically with respect to one plane of symmetry.
  • the pulsed laser beam 104-bl formed in the first operating mode lies in this plane of symmetry (in the example shown in FIG. 1, the plane of symmetry is oriented parallel to the beam propagation direction 126 and/or parallel to the xz plane).
  • the respective center points 128 of the beam cross sections of the pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2" are arranged point-symmetrically with respect to a position of the target material 106 and/or point-symmetrically with respect to the center point of the beam cross section of the pulsed laser beam 104-bl formed in the first operating mode.
  • the input laser beam 103 coupled into the beam deflection device 120 is simultaneously split into two or more deflected partial beams by means of the beam deflection device 120.
  • the pulsed laser beam 104 is divided into the two pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2" by means of the beam deflection device 120, as indicated in FIG. 1. These then each have, for example, approximately half the intensity of the and formed in the first operating mode pulsed laser beam 104-bl directed at the target area 112.
  • the beam deflection device 120 which in the example shown is designed as an acousto-optical modulator and/or acousto-optic deflector, is controlled by the control device 124 using a control voltage.
  • the control voltage has a defined frequency and/or a defined frequency spectrum.
  • the control voltage is or includes a sine voltage.
  • the beam deflection device 120 is controlled with a specific carrier frequency fo (FIG. 3) in order to realize the laser beam 104-bl striking the target material 106.
  • the carrier frequency fo is, for example, 80 MHz.
  • the frequency of the voltage is compared to the carrier frequency fo increased or decreased.
  • the beam deflection device 120 is driven with a frequency f- that is reduced compared to the carrier frequency fo, and to realize the pulsed laser beam 104-b2", the beam deflection device 120 is driven with a frequency f+ that is increased compared to the carrier frequency fo.
  • the reduced frequency f- and the increased frequency f+ are distributed symmetrically around the carrier frequency fo.
  • the reduced frequency f- is, for example, 79 MHz and the increased frequency f+ is, for example, 81 MHz.
  • the beam deflection device 120 is activated by means of a voltage whose spectrum has two or more frequencies.
  • the voltage has a superposition and/or beat of signals with two or more frequencies.
  • the beam deflection device 120 is controlled by means of the control device 124, for example with a voltage which corresponds to a superposition of signals with the reduced frequency f- and the increased frequency f+.
  • this includes the laser beam source 102, the beam deflection device 120, the control device 124 and in particular the focusing optics 113, the beam deflection device 120 being designed as an acousto-optical deflector and / or acousto-optical modulator.
  • the input laser beam 103 is provided by means of the laser beam source 102, which is not necessarily a pulsed laser beam.
  • the beam deflection device 120 is controlled by means of the control device 124 with a voltage which has a superposition and/or beat of two or more frequencies.
  • the frequencies assigned to the voltage are selected so that the respective focused beam cross sections of the pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2" formed overlap at least in sections (FIG. 4).
  • This can be relevant, for example, for applications in transparent material processing.
  • the focus zone has an elliptical cross section.
  • the laser system 100 works as follows:
  • the pulsed laser beam 104 is provided by means of the laser beam source 102 and the beam deflection device 120. So that secondary radiation 110 is generated and/or the target material 106 is prepared in order to be able to generate secondary radiation 110 with it, the pulsed laser beam 104 is brought into interaction with the target material 106, i.e. the target material 106 is exposed to the laser pulses 108.
  • the beam deflection device 120 is controlled by means of the control device 124 in the first operating mode, so that in particular a pulsed laser beam directed onto the target area 112 is generated, for example the pulsed laser beam 104-bl.
  • the laser pulses 108 assigned to this laser beam 104-bl are incident on the target area 112 and are introduced into the target area 112 in such a way that they are synchronized in time with the target material 106 introduced into the target area 112.
  • one or more laser pulses 108 interact with the target material 106 located in the target area 112.
  • the presence of target material 106 in the target area 112 can be detected, for example, by means of the target material detection device 118.
  • the target material detection device 118 can In the presence of target material 106 in the target area, a control signal is sent to the laser beam source control device 109, which then controls the laser beam source 102 in order to emit laser pulses 108 at a specific time or to offset the emitted laser pulses 108 in time.
  • a delivery of laser pulses 108 at predetermined times can be realized, for example, using pulse-on-demand methods.
  • the coupling of target material 106 into the target area 112 and the repetition rate of the laser pulses 108 can be coordinated with one another and/or synchronized with one another in such a way that the target material 106 is hit by the laser pulses 108 in the first operating mode if it is within a certain time window Target area is positioned.
  • existing (smaller) temporal irregularities when the target material 106 is coupled into the target area 112 can be compensated for, as described, by a temporal offset of the laser pulses 108 emitted by the laser source 102.
  • an intensity and/or a dose of the generated secondary radiation 110 it can be provided that interaction of the laser pulses 108 with target material 106 arranged in the target area 112 is temporarily prevented. As a result, for example, the intensity of the emitted secondary radiation 110 can be reduced over time.
  • the beam deflection device 120 is controlled by means of the control device 124 in the second operating mode, whereby the pulsed laser beams 104-b2 'and/or 104-b2" are formed, which miss the target area 112 and the target material 106.
  • the respective laser pulses 108 of these pulsed ones Laser beams 104-b2', 104-b2" do not contribute, or do not contribute significantly, to the generation of secondary radiation 110 or to the preparation of the target material 108.
  • the beam deflection device 120 is controlled alternately in time in the first operating mode and in the second operating mode by means of the control device 124 (FIGS. 5 and 6).
  • the pulsed laser beam is deflected alternately to different sides with respect to the target area 112 and/or the target material 106, i.e. the pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2" are deflected in time successive second operating modes.
  • the pulsed laser beams 104-b2 'and 104-b2" in the second operating mode are therefore positioned symmetrically over time in the example shown with respect to the pulsed laser beam 104-bl in the first operating mode.
  • the pulsed laser beams 104-b2' or 104-b2" in the second operating mode in the example shown in FIG. 5 alternately become a first side 130a and one of the first sides with respect to a position of the target region 112 and/or the target material 106 130a opposite second side 130b deflected.
  • the pulsed laser beam in the second operating mode is simultaneously divided into the two pulsed laser beams 104-b2' and 104-b2". These simultaneously formed laser beams 104-b2' and 104-b2" are symmetrical with respect to the Pulsed laser beam 104-bl positioned in the first operating mode.
  • Reference symbol list fo carrier frequency f- reduced frequency f+ increased frequency

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial vorgesehenen gepulsten Laserstrahls, umfassend eine Laserstrahlquelle zur Bereitstellung eines gepulsten Eingangslaserstrahls, einen Zielbereich zur Anordnung des Targetmaterials, eine Strahlablenkeinrichtung, die den Eingangslaserstrahl ablenkt und/oder aufteilt und mindestens einen gepulsten Laserstrahl bereitstellt, und eine Steuerungseinrichtung, die eine Position des mindestens einen Laserstrahls relativ zum Zielbereich steuert und/oder regelt, wobei in einen ersten Betriebsmodus die Position des Laserstrahls auf den Zielbereich gerichtet ist, und in einen zweiten Betriebsmodus die Position des Laserstrahls den Zielbereich verfehlt. Im zweiten Betriebsmodus bereitgestellte gepulste Laserstrahlen sind im zeitlichen und/oder räumlichen Mittel symmetrisch bezüglich der im ersten Betriebsmodus ausgebildeten gepulsten Laserstrahlen positioniert.

Description

Lasersystem und Verfahren zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial vorgesehenen gepulsten Laserstrahls
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem und ein Verfahren zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial vorgesehenen gepulsten Laserstrahls.
Aus der WO 2014/044392 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.
Aus der DE 10 2020 200 798 Al ist ein Verfahren zur Lasermaterialbearbeitung mittels eines Bearbeitungslaserstrahls bekannt, wobei aus einem Eingangslaserstrahl ein erster Laserstrahl, welcher zumindest in einen ersten Faserkern einer optischen Mehrfachkernfaser eingekoppelt wird, und/oder ein zweiter Laserstrahl, welcher zumindest in einen zweiten Faserkern der Mehrfachkernfaser eingekoppelt wird, erzeugt werden. Der erste und der zweite Laserstrahl werden alleine oder gemeinsam als Bearbeitungslaserstrahl aus der Mehrfachkernfaser ausgekoppelt und das Verhältnis der Laserleistung zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl wird mit einer Modulationsfrequenz zwischen 1 Hz bis 100 kHz geändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Lasersystem und Verfahren bereitzustellen, mittels welchen ein zur Wechselwirkung mit dem Targetmaterial vorgesehener gepulster Laserstrahl mit einer hohen mittleren Leistung erzeugbar ist und zugleich eine Kontrollierbarkeit hinsichtlich der Wechselwirkung der Laserpulse des gepulsten Laserstrahls mit dem Targetmaterial ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lasersystem eine Strahlablenkeinrichtung umfasst, eine der Strahlablenkeinrichtung zugeordnete Steuerungseinrichtung, eine Laserstrahlquelle zur Bereitstellung eines gepulsten Eingangslaserstrahls zur Einkopplung in die Strahlablenkeinrichtung und einen Zielbereich zur Anordnung des Targetmaterials, wobei der gepulste Eingangslaserstrahl mittels der Strahlablenkeinrichtung ablenkbar und/oder aufteilbar ist und mittels der Strahlablenkeinrichtung basierend auf dem gepulsten Eingangslaserstrahl mindestens ein aus der Strahlablenkeinrichtung austretender gepulster Laserstrahl bereitgestellt wird, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, eine Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich durch Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Steuerungseinrichtung einen ersten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls so gewählt wird, dass dieser auf den Zielbereich gerichtet ist, um mit einem im Zielbereich angeordneten Targetmaterial zu wechselwirken, und wobei die Steuerungseinrichtung einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls so gewählt wird, dass dieser den Zielbereich verfehlt.
Durch Auswahl des ersten Betriebsmodus und des zweiten Betriebsmodus lässt sich steuern, ob der gepulste Laserstrahl auf das im Zielbereich angeordnete Targetmaterial trifft oder nicht, d.h. ob dem gepulsten Laserstrahl zugeordnete Laserpulse mit dem Targetmaterial wechselwirken oder nicht. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine Erzeugung von Sekundärstrahlung und insbesondere eine mittlere Dosis und/oder Intensität von erzeugter Sekundärstrahlung auf technisch einfache Weise steuern.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der gepulste Laserstrahl im ersten Betriebsmodus so abgelenkt und/oder ausgerichtet, dass dieser das im Zielbereich angeordnete Targetmaterial trifft, und im zweiten Betriebsmodus so abgelenkt und/oder ausgerichtet, dass dieser das Targetmaterial nicht trifft, d.h. der gepulste Laserstrahl wird in diesem Fall am Targetmaterial "vorbeigelenkt" oder an diesem "vorbeigeschossen". Es ist somit kein technischer Eingriff an der Laserstrahlquelle selbst erforderlich, um die Wechselwirkung zwischen dem vorhandenen gepulsten Laserstrahl und dem Targetmaterial zu kontrollieren. Insbesondere ist keine zeitliche Kontrolle von Laserpulsen des mittels der Laserstrahlquelle bereitgestellten Eingangslaserstrahls bzw. gepulsten Laserstrahls erforderlich, um die Wechselwirkung mit dem Targetmaterial gezielt zu verhindern.
Mittels der vorgesehenen Strahlablenkeinrichtung lässt sich die Position und/oder Orientierung und/oder Ausrichtung des mindestens einen gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich und dem darin angeordneten Targetmaterial durch Ansteuerung über die Steuerungseinrichtung auf technisch einfache Weise zeitabhängig steuern. Ferner lässt sich dadurch eine eventuelle Aufteilung des Eingangslaserstrahls steuern, um entweder ein oder mehrere aus der Strahlablenkeinrichtung austretende gepulste Laserstrahlen bereitzustellen.
Insbesondere lässt sich an der Steuerungseinrichtung der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus einstellen und/oder auswählen. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung einen Eingang zum Empfang eines Steuersignals aufweist, wobei mittels des Steuersignals eine Auswahl des ersten Betriebsmodus oder des zweiten Betriebsmodus erfolgt.
Unter der Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich ist insbesondere eine Position eines fokussierten Bereichs und/oder eines fokussierten Querschnitts des mindestens einen gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich zu verstehen.
Der bereitstellbare gepulste Laserstrahl ist insbesondere zur Wechselwirkung mit dem Targetmaterial geeignet und/oder eingerichtet.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem zur Erzeugung von Sekundärstrahlung durch Wechselwirkung des gepulsten Laserstrahls mit dem Targetmaterial geeignet ist und/oder eingerichtet ist. Es kann dann insbesondere vorgesehen sein, dass der gepulste Laserstrahl im ersten Betriebsmodus auf das Targetmaterial gerichtet ist, sodass Laserpulse des gepulsten Laserstrahls mit dem Targetmaterial wechselwirken und dadurch Sekundärstrahlung erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Lasersystem zur Vorbereitung und/oder Vorbearbeitung des Targetmaterials durch Wechselwirkung des gepulsten Laserstrahls mit dem Targetmaterial geeignet und/oder eingerichtet sein. Insbesondere wird dann das Targetmaterial im ersten Betriebsmodus durch Wechselwirkung von Laserpulsen des gepulsten Laserstrahls in eine bestimmte Form und/oder in einen bestimmten Zustand gebracht, welche im Nachgang eine Erzeugung von Sekundärstrahlung durch Wechselwirkung mit weiteren Laserpulsen besonders effizient ermöglichen. Beispielsweise wird die Vorbereitung des Targetmaterials mit Laserpulsen einer ersten Laserstrahlquelle durchgeführt und die nachfolgende Erzeugung von Sekundärstrahlung dann durch Wechselwirkung mit weiteren Laserpulsen einer zweiten Laserstrahlquelle. Die zweite Laserstrahlquelle weist dann insbesondere eine höhere Durchschnittsleistung auf als die erste Laserstrahlquelle.
Ferner lässt sich das Lasersystem auch zur Diagnostik zur Güte der genannten Vorbereitung und/Vorbearbeitung des Targetmaterials nutzen.
Darunter, dass der mindestens eine gepulste Laserstrahl im zweiten Betriebsmodus den Zielbereich und/oder das darin angeordnete Targetmaterial verfehlt, ist zu verstehen, dass der mindestens eine gepulste Laserstrahl nicht oder nicht wesentlich mit dem Targetmaterial wechselwirkt, sodass beispielsweise je nach Anwendungsfall des Lasersystems keine Sekundärstrahlung oder Sekundärstrahlung unterhalb einer Schwellenintensität erzeugt wird bzw. keine oder keine hinreichende Vorbereitung des Targetmaterials erfolgt.
Darunter, dass der mindestens eine gepulste Laserstrahl im ersten Betriebsmodus auf den Zielbereich und/oder das darin angeordnete Targetmaterial trifft, ist zu verstehen, dass der mindestens eine gepulste Laserstrahl mit dem Targetmaterial wechselwirkt, sodass beispielsweise je nach Anwendungsfall des Lasersystems Sekundärstrahlung oberhalb der Schwellenintensität erzeugt wird bzw. eine Vorbereitung oder eine hinreichende Vorbereitung des Targetmaterials erfolgt. Insbesondere weist die Steuerungseinrichtung außer dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand keinen weiteren Betriebszustand auf (abgesehen von einem deaktivierten Zustand).
Die Laserstrahlquelle umfasst insbesondere einen Seed-Laser, wie z.B. einen Diodenlaser.
Insbesondere umfasst die Laserstrahlquelle einen Laserverstärker und/oder eine Kette von Laserverstärkern. Der oder die Laserverstärker sind vorzugsweise Yb- oder Nd-dotiert. Beispielsweise werden als Laserverstärker Yb: Glas, Yb:YAG oder Nd :YAG-Verstärker verwendet. Insbesondere können die verwendeten Laserverstärker in Faser-, Stäbchen-, Slab- oder Scheibengeometrie ausgeführt sein.
Vorzugsweise wird im ersten Betriebsmodus genau ein aus der Strahlablenkeinrichtung austretender gepulster Laserstrahl bereitgestellt, welcher auf den Zielbereich und/oder das Targetmaterial gerichtet ist. Insbesondere werden in diesem Fall nicht mehrere aus der Strahlablenkeinrichtung austretende gepulste Laserstrahlen gleichzeitig bereitgestellt, sondern es wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der genau eine gepulste Laserstrahl bereitgestellt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass im zweiten Betriebsmodus genau ein aus der Strahlablenkeinrichtung austretender gepulster Laserstrahl bereitgestellt wird, welcher den Zielbereich verfehlt. Insbesondere werden in diesem Fall nicht mehrere aus der Strahlablenkeinrichtung austretende gepulste Laserstrahlen gleichzeitig bereitgestellt, sondern es wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der genau eine gepulste Laserstrahl bereitgestellt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Position des genau einen gepulsten Laserstrahls in zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi abwechselnd bezüglich des Zielbereichs zu einer ersten Seite und zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite hin abgelenkt wird. Es lässt sich dadurch beispielsweise im zeitlichen Mittel eine symmetrische Anordnung der in aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen bezüglich des im ersten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahls erreichen. Dadurch wiederum lässt sich eine vereinfachte und störungsarme Stabilisierung von Orientierung und/oder Positionierung von aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden gepulsten Laserstrahlen realisieren.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn die Position des genau einen gepulsten Laserstrahls in zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi abwechselnd bezüglich des Zielbereichs in eine erste Richtung und in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung abgelenkt wird.
Unter zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi ist insbesondere zu verstehen, dass der zweite Betriebsmodus zunächst zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgewählt wird und dann wieder zu einem späteren Zeitpunkt ausgewählt wird, wobei zwischen diesen beiden Zeitpunkten der erste Betriebsmodus für einen bestimmten Zeitraum gewählt wird. Es ergibt sich dann beispielsweise eine Abfolge erster Betriebsmodus (Zeitpunkt ti) - zweiter Betriebsmodus (Zeitpunkt tz) - erster Betriebsmodus (Zeitpunkt ts) - zweiter Betriebsmodus (Zeitpunkt t4), usw., wobei ti < t2 < t3 < t4. Unter aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi sind beispielsweise diejenigen zu den Zeitpunkten t2 und t4 zu verstehen, d.h. zwei zeitlich nacheinander gewählte zweite Betriebsmodi.
Günstig kann es sein, wenn im zweiten Betriebsmodus zwei oder mehr aus der Strahlablenkeinrichtung gepulste Laserstrahlen bereitgestellt werden, welche gleichzeitig aus der Strahlablenkeinrichtung austreten. Es lässt sich dadurch beispielsweise im räumlichen Mittel eine symmetrische Anordnung der im zweiten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen bezüglich des im ersten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahls erreichen. Dadurch wiederum lässt sich eine vereinfachte und störungsarme Stabilisierung von Orientierung und/oder Positionierung von aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden gepulsten Laserstrahlen realisieren.
Beispielsweise sind dann die im zweiten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen räumlich symmetrisch bezüglich des im ersten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahls positioniert und/oder orientiert. Beispielsweise ist einer der im zweiten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen bezüglich des Zielbereichs zu einer ersten Seite und/oder ersten Richtung abgelenkt und ein weiterer der im zweiten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen bezüglich des Zielbereichs zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite und/oder der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung abgelenkt. Es lässt sich dadurch insbesondere eine vereinfachte und störungsarme Stabilisierung von Orientierung und/oder Positionierung von aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden gepulsten Laserstrahlen realisieren. Insbesondere ergeben sich hierdurch Vorteile beim Einsatz eines Beamtrackers zur Stabilisierung, wobei sich hierbei z.B. fehlerhafte Feedbacksignale verringern oder vermeiden lassen.
Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn im zweiten Betriebsmodus bereitgestellte gepulste Laserstrahlen im zeitlichen und/oder räumlichen Mittel symmetrisch bezüglich der im ersten Betriebsmodus ausgebildeten gepulsten Laserstrahlen positioniert sind. Beispielsweise liegt Ebenensymmetrie und/oder Punktsymmetrie von im zweiten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen punktsymmetrisch bezüglich der im ersten Betriebsmodus bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen vor.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Position eines Mittelpunkts eines Strahlquerschnitts des mindestens einen gepulsten Laserstrahls in dem Zielbereich im ersten Betriebsmodus von der Position des Mittelpunkts des mindestens einen gepulsten Laserstrahls im zweiten Betriebsmodus um mindestens einen Durchmesser des Strahlquerschnitts beabstandet ist. Im Fall mehrerer gleichzeitig vorhandener gepulster Laserstrahlen sind die jeweiligen Positionen der Mittelpunkte aller im ersten Betriebsmodus vorhandenen gepulsten Laserstrahlen von den jeweiligen Positionen der Mittelpunkte aller im zweiten Betriebsmodus vorhandenen gepulsten Laserstrahlen um mindestens einen Durchmesser des Strahlquerschnitts der jeweiligen gepulsten Laserstrahlen beabstandet.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Strahlablenkeinrichtung einen akustooptischen Deflektor und/oder einen akustooptischen Modulator umfasst oder als akustooptischer Deflektor bzw. akustooptischer Modulator ausgebildet ist. Es lässt sich dadurch die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich mit einer hohen zeitlichen Dynamik variieren.
Unter dem mindestens einen gepulsten Laserstrahl ist im Rahmen der vorliegenden Unterlagen grundsätzlich ein Nutzlaserstrahl zu verstehen, welcher durch Ablenkung und/oder Aufteilung des Eingangslaserstrahls mittels der Strahlablenkeinrichtung bereitgestellt wird und, je nach Positionierung und/oder Aufteilung gemäß dem gewählten Betriebsmodus, zur gemäß des vorgesehenen Anwendungsfalls hinreichenden Wechselwirkung mit dem Targetmaterial genutzt werden kann. Im Fall eines akustooptischen Deflektors bzw. Modulators wird insbesondere die erste Beugungsordnung als Nutzlaserstrahl verwendet. Andere Beugungsordnungen werden nicht genutzt und sind daher von der Bezeichnung "gepulster Laserstrahl" nicht erfasst.
Insbesondere wird die Strahlablenkeinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung im ersten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert, welche eine konstante Trägerfrequenz aufweist. Insbesondere weist dann ein Frequenzspektrum der Steuerspannung die Trägerfrequenz als einzige Frequenz auf. Es tritt dadurch insbesondere ein einziger gepulster Laserstrahl aus der Strahlablenkeinrichtung aus, welcher auf den Zielbereich gerichtet ist.
Beispielsweise wird die Strahlablenkeinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert, welche eine gegenüber der Trägerfrequenz verringerte Frequenz oder eine gegenüber der Trägerfrequenz erhöhte Frequenz aufweist.
Insbesondere weist dann ein idealisiertes Frequenzspektrum der Steuerspannung eine einzige Frequenz auf, welche die verringerte oder erhöhte Frequenz ist. Es tritt dadurch insbesondere ein einziger gepulster Laserstrahl aus der Strahlablenkeinrichtung aus, welcher derart abgelenkt ist, dass er den Zielbereich verfehlt.
Beispielsweise liegen die erhöhte Frequenz und die verringerte Frequenz symmetrisch bezüglich der Trägerfrequenz. Beispielsweise wird die Strahlablenkeinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert, welche eine Überlagerung von zwei oder mehr Frequenzen aufweist, wobei diese Frequenzen von der Trägerfrequenz verschieden sind. Insbesondere weist dann ein Frequenzspektrum der Steuerspannung zwei oder mehr von der Trägerfrequenz verschiedene Frequenzen auf, insbesondere nicht jedoch die Trägerfrequenz selbst. Es treten dadurch insbesondere zwei oder mehr gepulste Laserstrahlen gleichzeitig aus der Strahlablenkeinrichtung aus, welche derart abgelenkt sind, dass diese den Zielbereich verfehlen.
Beispielsweise liegen die zwei oder mehr Frequenzen symmetrisch bezüglich der Trägerfrequenz.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlablenkeinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert wird, welche eine Schwebung von Signalen mit einer gegenüber der Trägerfrequenz verringerten Frequenz und einer gegenüber der Trägerfrequenz erhöhten Frequenz aufweist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass im ersten Betriebsmodus Laserpulse des mindestens einen gepulsten Laserstrahls derart in den Zielbereich eingebracht werden, dass diese zeitlich mit einem in den Zielbereich eingebrachten Targetmaterial synchronisiert sind, sodass im ersten Betriebsmodus eine Wechselwirkung von einem oder mehreren Laserpulsen mit dem Targetmaterial im Zielbereich stattfindet. Beispielsweise kann eine Einkopplung von Targetmaterial in den Zielbereich zeitlich leicht unregelmäßig oder fehlerbehaftet sein, wobei ein entsprechender Jitter beispeilsweise +/- 1 ps betragen kann. Durch die genannte Synchronisation lässt sich im ersten Betriebsmodus sicherstellen, dass eine je nach Anwendungsfall hinreichende Wechselwirkung von Laserpulsen des gepulsten Laserstrahls mit dem Targetmaterial tatsächlich stattfindet.
Beispielsweise werden mittels der Laserstrahlquelle bereitgestellte Laserpulse des Eingangslaserstrahls bzw. des mindestens einen gepulsten Laserstrahls zeitlich derart versetzt und/oder korrigiert abgegeben, sodass diese auf im Zielbereich angeordnetes Targetmaterial im ersten Betriebsmodus treffen und zeitliche Unregelmäßigkeiten bei der Einkopplung des Targetmaterials in den Zielbereich ausgeglichen werden.
Insbesondere ist die Laserstrahlquelle eingerichtet, um Laserpulse des gepulsten Eingangslaserstrahls und/oder des gepulsten Laserstrahls mit einem konstanten Energie-Mittelwert bereitzustellen, wobei eine Energie der Laserpulse im Betrieb des Lasersystems von dem Energie-Mittelwert um weniger als 2 % und insbesondere um weniger als 1 % abweicht. Unter dem Energie-Mittelwert ist insbesondere ein vorgegebener Sollwert der Energie der Laserpulse zu verstehen.
Insbesondere ist die Laserstrahlquelle eingerichtet, um Laserpulse des gepulsten Eingangslaserstrahls und/oder des gepulsten Laserstrahls mit einem konstanten Pulswiederholrate-Mittelwert bereitzustellen, wobei eine Pulswiederholrate der bereitgestellten Laserpulse im Betrieb des Lasersystems von dem konstanten Pulswiederholrate-Mittelwert um weniger als 20 % und insbesondere um weniger als 15 % abweicht. Im Rahmen dieser Abweichungen können insbesondere die zeitlichen Korrekturen erfolgen, welche zur vorstehend genannten Synchronisation von Laserpulsen mit dem Targetmaterial erforderlich sein können. Unter dem Pulswiederholrate-Mittelwert ist insbesondere ein konstanter Sollwert der Pulswiederholrate zu verstehen, von welchem zur genannten Synchronisation der Laserpulse entsprechend abgewichen werden kann.
Insbesondere umfasst das Lasersystem eine Zuführeinrichtung zur Zuführung von Targetmaterial in den Zielbereich. Beispielsweise wird das Targetmaterial mittels der Zuführeinrichtung jeweils in Form von einzelnen Einheiten und/oder Tropfen in den Zielbereich eingebracht. Insbesondere wird dann das Targetmaterial so zugeführt, dass es zu einem (fehlerbehafteten) Zeitpunkt oder innerhalb eines Zeitfensters im Zielbereich positioniert ist. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Targetmaterial mittels der Zuführeinrichtung in Form eines Materialstroms und insbesondere eines kontinuierlichen Materialstroms in den Zielbereich eingebracht wird. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Zuführeinrichtung eingerichtet ist, das Targetmaterial mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s und/oder höchstens 200 m/s und bevorzugt mindestens 60 m/s und/oder höchstens 130 m/s in den Zielbereich einzubringen. Das Targetmaterial durchläuft kann insbesondere den Zielbereich mit einer Geschwindigkeit in den genannten Bereichen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Targetmaterial im Betrieb des Lasersystems mit einer zumindest näherungsweise konstanten Geschwindigkeit und/oder mit einer zumindest näherungsweise konstanten Taktrate in den Zielbereich eingebracht wird.
Insbesondere durchläuft das Targetmaterial den Zielbereich mit einer zur Schwerkraftrichtung zumindest näherungsweise parallel orientierten Bewegungsrichtung.
Günstig kann es sein, wenn das Lasersystem eine Targetmaterial- Detektionseinrichtung zur Detektion von Targetmaterial innerhalb des Zielbereichs umfasst, wobei die Targetmaterial-Detektionseinrichtung insbesondere dazu eingerichtet ist, bei Detektion von Targetmaterial in dem Zielbereich ein Steuersignal an die Laserstrahlquelle und/oder an die der Strahlablenkeinrichtung zugeordnete Steuerungseinrichtung abzugeben. Es lässt sich dadurch insbesondere im ersten Betriebsmodus eine zeitliche Synchronisation von Laserpulsen des gepulsten Laserstrahls mit dem im Zielbereich angeordneten Targetmaterial realisieren. Ferner lässt sich dadurch, je nach Anwendung, basierend auf einem Vorhandensein von Targetmaterial im Zielbereich der erste oder zweite Betriebsmodus auswählen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Lasersystem eine Strahl- Detektionseinrichtung zur Detektion einer Orientierung und/oder einer Position von aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden gepulsten Laserstrahlen aufweist. Es lässt sich dadurch insbesondere die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls regeln. Beispielsweise lässt sich mittels der Strahl- Detektionseinrichtung eine Stabilisierung der Orientierung und/oder Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls ausführen. Das Lasersystem kann hierfür eine entsprechende Einrichtung zur Stabilisierung von Orientierung und/oder Position aufweisen. Ferner lässt sich dadurch die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls mittels der der Strahlablenkeinrichtung zugeordneten Steuerungseinrichtung im ersten Betriebsmodus und/oder zweiten Betriebsmodus regeln.
Erfindungsgemäß wird ein eingangs genanntes Verfahren zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial vorgesehenen gepulsten Laserstrahls bereitgestellt, bei dem das Targetmaterial in einem Zielbereich angeordnet wird oder angeordnet ist, mittels einer Laserstrahlquelle ein gepulster Eingangslaserstrahl bereitgestellt wird, der gepulste Eingangslaserstrahl in eine Strahlablenkeinrichtung eingekoppelt wird, wobei der gepulste Eingangslaserstrahl mittels der Strahlablenkeinrichtung ablenkbar und/oder aufteilbar ist und mittels der Strahlablenkeinrichtung basierend auf dem gepulsten Eingangslaserstrahl mindestens ein aus der Strahlablenkeinrichtung austretender gepulster Laserstrahl bereitgestellt wird, wobei eine Position des aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden gepulsten Laserstrahls relativ zu dem Zielbereich durch Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung mittels einer Steuerungseinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Steuerungseinrichtung einen ersten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls so gewählt wird, dass dieser auf den Zielbereich gerichtet ist und mit dem im Zielbereich angeordneten Targetmaterial wechselwirkt, und wobei die Steuerungseinrichtung einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls so gewählt wird, dass dieser den Zielbereich verfehlt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere weitere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Lasersystems auf. Vorteilhafte Ausführungsformen wurden bereits im Zusammenhang mit dem Lasersystem erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Lasersystems ausführbar. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Lasersystems ausgeführt.
Ein Lasersystem zur Bereitstellung eines Laserstrahls mit einer Fokuszone, welche einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, umfasst eine Strahlablenkeinrichtung, eine der Strahlablenkeinrichtung zugeordnete Steuerungseinrichtung und eine Laserstrahlquelle zur Bereitstellung eines Eingangslaserstrahls zur Einkopplung in die Strahlablenkeinrichtung, wobei die Strahlablenkeinrichtung einen akustooptischen Deflektor und/oder einen akustooptischen Modulator umfasst und wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, die Strahlablenkeinrichtung derart anzusteuern, dass der Eingangslaserstrahl mittels der Strahlablenkeinrichtung gleichzeitig in mindestens zwei aus der Strahlablenkeinrichtung austretende Laserstrahlen aufgeteilt wird und sich jeweilige Strahlquerschnitte der austretenden Laserstrahlen zumindest abschnittsweise derart überlappen, dass eine Fokuszone mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt ausgebildet wird.
Insbesondere werden die aus der Strahlablenkeinrichtung austretenden Laserstrahlen mittels einer Fokussieroptik fokussiert, wobei sich die austretenden Laserstrahlen in einer der Fokussieroptik zugeordneten Fokusebene zumindest abschnittsweise überlappen, um dort die Fokuszone mit nichtrotationssymmetrischem Querschnitt ausbilden.
Unter einem nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt ist insbesondere ein elliptischer Querschnitt und/oder ein langgezogener Querschnitt und/oder ein Querschnitt mit einer Vorzugsrichtung und/oder ein nicht-punktsymmetrischer Querschnitt zu verstehen.
Insbesondere wird die Strahlablenkeinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung mit einer Steuerspannung angesteuert, welche eine Überlagerung und/oder Schwebung von Signalen mit zwei oder mehr Frequenzen aufweist.
Unter einer Fokuszone ist insbesondere ein räumlich zusammenhängender Strahlungsbereich zu verstehen, in welchem eine Strahlungsintensität oberhalb einer bestimmten Schwellenintensität liegt. Bei einem Verfahren zur Bereitstellung eines Laserstrahls mit einer Fokuszone, welche einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, wird mittels einer Laserstrahlquelle ein Eingangslaserstrahl bereitgestellt und der Eingangslaserstrahl in eine Strahlablenkeinrichtung eingekoppelt, wobei die Strahlablenkeinrichtung einen akustooptischen Deflektor und/oder einen akustooptischen Modulator umfasst und wobei die Steuerungseinrichtung die Strahlablenkeinrichtung derart ansteuert, dass der Eingangslaserstrahl mittels der Strahlablenkeinrichtung gleichzeitig in mindestens zwei aus der Strahlablenkeinrichtung austretende Laserstrahlen aufgeteilt wird und sich jeweilige Strahlquerschnitte der austretenden Laserstrahlen in der Fokuszone zumindest abschnittsweise derart überlappen, dass eine Fokuszone mit nichtrotationssymmetrischem Querschnitt ausgebildet wird.
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 einen Querschnitt von bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen, wobei eine Positionierung der gepulsten Laserstrahlen relativ zu einem Targetmaterial in unterschiedlichen Betriebsmodi dargestellt ist;
Fig. 3 eine Darstellung von unterschiedlichen Frequenzen einer Steuerspannung, welche zur Ansteuerung einer Strahlablenkeinrichtung des Lasersystems verwendet wird, wobei eine Leistung in Abhängigkeit der jeweiligen Frequenz aufgetragen ist; Fig. 4 einen Querschnitt von bereitgestellten Laserstrahlen, wobei sich jeweilige Strahlquerschnitte der Laserstrahlen überlappen und eine Fokuszone ausbilden;
Fig. 5 ein erstes Beispiel einer Positionierung von bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen in Abhängigkeit der Zeit relativ zu dem Targetmaterial; und
Fig. 6 ein zweites Beispiel einer Positionierung von bereitgestellten gepulsten Laserstrahlen in Abhängigkeit der Zeit relativ zu dem Targetmaterial.
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 Laserstrahlquelle 102, mittels welcher im Betrieb des Lasersystems 100 ein gepulster Eingangslaserstrahl 103 bereitgestellt wird. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein auf dem Eingangslaserstrahl 103 basierender gepulster Laserstrahl 104 ausgebildet wird und dieser auf ein Targetmaterial 106 gerichtet wird. Durch Wechselwirkung von dem Eingangslaserstrahl 103 bzw. dem gepulsten Laserstrahl 104 zugeordneten Laserpulsen 108 mit dem Targetmaterial 106 kann Sekundärstrahlung 110 erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Wechselwirkung das Targetmaterial 106 zur Erzeugung von Sekundärstrahlung vorbereitet werden.
Zur Erzeugung von Sekundärstrahlung kann die Laserstrahlquelle 102 beispielsweise als CO2-Laser ausgebildet sein, welche im Betrieb des Lasersystems 100 eine Durchschnittsleitung von 1 kW oder mehr aufweist.
Falls das Lasersystem 100 zur Vorbereitung des Targetmaterials 108 genutzt werden soll, kann die Laserstrahlquelle 102 beispielsweise als Nd:YAG-Laser oder Yb-YAG-Laser ausgebildet sein. Die Durchschnittsleistung beträgt in diesem Fall beispielsweise zwischen 500 W und 800 W. Der mittels der Laserstrahlquelle 102 bereitgestellte Eingangslaserstrahl 103 und/oder gepulste Laserstrahl 104 weist dann beispielsweise Laserpulse 108 mit einer Pulswiederholrate im kHz-Bereich auf, wie z.B. im Bereich zwischen 40 kHz und 100 kHz. Eine jeweilige Pulsdauer der Laserpulse 108 liegt insbesondere im ns-Bereich, beispielsweise im Bereich von 1 ns bis 500 ns, insbesondere im Bereich von 5 ns bis 20 ns.
Grundsätzlich kann das Lasersystem 100 mehrere Laserstrahlquellen 102 aufweisen, z.B. eine zur Erzeugung von Sekundärstrahlung 110 und eine weitere zur Vorbereitung des Targetmaterials 108.
Die Laserstrahlquelle 102 kann beispielsweise eine Laserstrahlquellen- Steuerungseinrichtung 109 aufweisen, mittels welcher eine Abgabe von Laserpulsen 108 durch die Laserstrahlquelle 102 zu bestimmten Zeitpunkten auslösbar und/oder steuerbar ist. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Laserstrahlquelle 102 ein oder mehrere Laserpulse 108 abgibt, wenn die Steuerungseinrichtung 109 ein entsprechendes Steuersignal empfängt. Es lassen sich dadurch Laserpulse 108 gezielt zu bestimmten Zeitpunkten anfordern und/oder es lassen sich durch die Laserstrahlquelle 102 regelmäßig abgegebene Laserpulse 108 zueinander zeitlich versetzen. Dies kann beispielsweise mittels Puls-on-Demand-Konzepten realisiert sein.
Die durch Wechselwirkung des Targetmaterials 106 mit den Laserpulsen 108 des Laserstrahls 104 bereitstellbare Sekundärstrahlung 110 ist beispielsweise EUV- Strahlung. Beispielsweise ist oder umfasst das Targetmaterial 106 Zinn.
Das Lasersystem 100 weist einen Zielbereich 112 auf, in welchem das Targetmaterial 106 anordenbar ist, um dieses mit dem Laserstrahl 104 zu beaufschlagen. Es ist vorgesehen, dass im Betrieb des Lasersystems 100 das Targetmaterial 106 in den Zielbereich 112 eingebracht wird und dort mit den Laserpulsen 108 in Wechselwirkung gebracht wird. Insbesondere wird der auf das Targetmaterial 106 gerichtete gepulste Laserstrahl 104 auf das Targetmaterial 106 und/oder den Zielbereich 112 fokussiert. Hierzu kann beispielsweise eine Fokussieroptik 113 vorgesehen sein. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Zielbereich 112 in einer fluiddichten und/oder gasdichten Kammer 114 ausgebildet und/oder positioniert ist. In der Kammer 114 ist beispielsweise ein Vakuum ausgebildet.
Zur Zuführung des Targetmaterials 106 zu dem Zielbereich 112 kann das Lasersystem 100 eine Zuführeinrichtung 116 aufweisen, mittels welcher eine Einbringung des Targetmaterials 106 in den Zielbereich 112 gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann Targetmaterial 106 mittels der Zuführeinrichtung 116 derart abgegeben werden, dass es den Zielbereich 112 zu bestimmten, insbesondere regelmäßigen, Zeitpunkten durchläuft, und/oder zu bestimmten, insbesondere regelmäßigen, Zeitpunkten in dem Zielbereich 112 positioniert ist.
Beispielsweise wird das Targetmaterial 106 mit einer Geschwindigkeit zwischen 60 m/s und 120 m/s in den Zielbereich eingebracht, wobei das Targetmaterial 106 in diesem Fall insbesondere in Form von einzelnen Tropfen vorliegt, welche den Zielbereich nacheinander durchlaufen.
Hinsichtlich der technischen Details betreffend die Einkopplung von Targetmaterial 106 in den Zielbereich 112 zur Erzeugung von Sekundärstrahlung wird auf die wissenschaftliche 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, verwiesen.
Beispielsweise kann Targetmaterial 106 mittels der Zuführeinrichtung 116 in Form von einzelnen Elementen und/oder Tropfen bereitgestellt werden, welche jeweils den Zielbereich 112 zu bestimmten Zeitpunkten nacheinander durchlaufen. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Schwerkraftrichtung in negative y-Richtung orientiert, sodass mittels der Zuführeinrichtung 116 abgegebenes Targetmaterial 106 den Zielbereich 112 von oben nach unten (d.h. in negative y- Richtung) durchläuft.
Es kann vorgesehen sein, dass das Lasersystem 100 eine Targetmaterial- Detektionseinrichtung 118 aufweist, mittels welcher detektierbar ist, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Targetmaterial 106 in dem Zielbereich 112 angeordnet ist. Die Targetmaterial-Detektionseinrichtung 118 umfasst beispielsweise eine Kamera, um das Targetmaterial 106 in dem Zielbereich 112, beispielsweise mittels Bilderkennung, zu detektieren.
Das Lasersystem 100 umfasst eine Strahlablenkeinrichtung 120, in welche der Eingangslaserstrahl 103 eingekoppelt wird. Die mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 basierend auf dem Eingangslaserstrahl 103 ausgebildeten und aus der Strahlablenkeinrichtung 120 austretenden gepulsten Laserstrahlen werden als gepulste Laserstrahlen 104 bezeichnet.
Die Strahlablenkeinrichtung 120 ist dazu geeignet, den Eingangslaserstrahl 103 abzulenken und/oder aufzuteilen. Folglich können grundsätzlich ein gepulster Laserstrahl 104 oder mehrere gepulste Laserstrahlen 104 gleichzeitig aus der Strahlablenkeinrichtung 120 austreten. Mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 sind eine Ausrichtung und/oder eine Position des gepulsten Laserstrahls 104 bzw. der gepulsten Laserstrahlen 104 relativ zu dem Zielbereich 112 einstellbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist oder umfasst die Strahlablenkeinrichtung 120 einen akustooptischen Modulator und/oder einen akustooptischen Deflektor. Der auf die Strahlablenkeinrichtung 120 einfallende gepulste Laserstrahl 104 wird bei dem gezeigten Beispiel mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 in mehrere Teilstrahlen unterschiedlicher Beugungsordnung aufgeteilt, wobei der Teilstrahl 1. Ordnung als Nutzlaserstrahl bzw. gepulster Laserstrahl 104 zur Beaufschlagung des Targetmaterials 106 genutzt wird. Typischerweise weist der genutzte Teilstrahl 1. Ordnung mehr als 90% einer Strahlintensität des ursprünglich auf die Strahlablenkeinrichtung 120 einfallenden Laserstrahls 104 auf. Der mit 104a bezeichnete Teilstrahl 0.
Ordnung wird, ebenso wie die Teilstrahlen weiterer anderer Ordnungen, nicht genutzt und beispielsweise in eine Strahlfalle 122 geführt.
Zur Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung 120 umfasst das Lasersystem 100 eine Steuerungseinrichtung 124, welche beispielsweise mit der Strahlablenkreinrichtung 120 signalwirksam verbunden ist oder in die Strahlablenkeinrichtung 120 integriert ist. Durch Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung 120 mittels der Steuerungseinrichtung 124 lässt sich der gepulste Laserstrahl 104 relativ zu dem Zielbereich 112 verlagern, d.h. es lassen sich die Ausrichtung und/oder Position dieses Strahls relativ zu dem Zielbereich 112 einstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Lasersystem eine Strahl- Detektionseinrichtung 125 (angedeutet in Fig. 1) zur Detektion einer Orientierung und/oder einer Position von aus der Strahlablenkeinrichtung 120 austretenden gepulsten Laserstrahlen 104 aufweist. Die Strahl- Detektionseinrichtung 125 umfasst insbesondere mehrere Detektoren und/oder Kameras, mittels welchen die Orientierung und/oder Position erfassbar ist. Beispielsweise ist oder umfasst die Strahl-Detektionseinrichtung 125 einen Beamtracker.
Mittels der Strahl-Detektionseinrichtung 125 lässt sich insbesondere eine Stabilisierung der Orientierung und/oder Positionierung der gepulsten Laserstrahlen 124 durchführen. Das Lasersystem 100 kann hierzu eine Einrichtung zur Stabilisierung der Orientierung und/oder Positionierung der gepulsten Laserstrahlen 124 aufweisen (nicht gezeigt), welche von der Strahl- Detektionseinrichtung 125 Informationen hinsichtlich der Orientierung und/oder Positionierung der gepulsten Laserstrahlen 124 erhält und auf Grundlage dieser Informationen die Stabilisierung durchführt.
Ferner kann die Strahl-Detektionseinrichtung 125 signalwirksam mit der Steuerungseinrichtung 124 verbunden sein, um an diese Informationen hinsichtlich der Orientierung und/oder Positionierung von aus der Strahlablenkeinrichtung 120 austretenden gepulsten Laserstrahlen 104 zu übermitteln. Es lässt sich dadurch insbesondere eine Regelung der Orientierung und/oder Positionierung der gepulsten Laserstrahlen 104 mittels der Steuerungseinrichtung 124 bzw. der Strahlablenkeinrichtung 120 realisieren.
Es ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung 124 einen ersten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Strahlablenkeinrichtung 120 derart angesteuert wird, dass der aus dieser austretende gepulste Laserstrahl 104 auf den Zielbereich 112 gerichtet ist und die Laserpulse 108 den Zielbereich 112 und/oder ein in diesem angeordnetes Targetmaterial 106 treffen. In diesem Fall können die Laserpulse 108 des gepulsten Laserstrahls 104 mit dem im Zielbereich 112 angeordneten Targetmaterial 106 wechselwirken.
Der in diesem ersten Betriebsmodus aus der Strahlablenkeinrichtung 120 ausgekoppelte gepulste Laserstrahl 104 ist in Fig. 1 zusätzlich mit 104-bl bezeichnet.
Weiter weist die Steuerungseinrichtung 124 einen zweiten Betriebsmodus auf, in welchem die Strahlablenkeinrichtung 120 derart angesteuert wird, dass der aus dieser austretende gepulste Laserstrahl 104 den Zielbereich verfehlt. In diesem Fall werden der Zielbereich 112 und/oder ein darin angeordnetes Targetmaterial 106 von den Laserpulsen 108 nicht getroffen oder nahezu nicht getroffen. In diesem Fall können die Laserpulse 108 nicht bzw. nur so geringfügig mit dem Targetmaterial wechselwirken. In diesem Fall wird je nach Anwendungsfall keine Sekundärstrahlung 110 erzeugt oder erzeugte Sekundärstrahlung 110 liegt nur unterhalb einer Schwellenintensität vor, bzw. es findet keine hinreichende Wechselwirkung zur Vorbereitung des Targetmaterials statt.
Es gibt grundsätzlich eine Vielzahl an Möglichkeiten, wie der gepulste Laserstrahl 104 mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 abgelenkt wird, um den Zielbereich 112 zu verfehlen. Im zweiten Betriebsmodus können daher mehrere Varianten hinsichtlich der Ausrichtung und/oder Position des gepulsten Laserstrahls 104 relativ zu dem Zielbereich 112 vorgesehen sein.
Wie in Fig. 1 angedeutet können beispielsweise zwei unterschiedliche Varianten vorgesehen sein, wobei bei einer ersten Variante des zweiten Betriebsmodus der gepulste Laserstrahl 104 beispielsweise in eine erste Richtung abgelenkt wird, um den Zielbereich 112 und das darin befindliche Targetmaterial 106 zu verfehlen (gepulster Laserstrahl 104-b2'), und bei einer zweiten Variante in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung abgelenkt wird, um den Zielbereich 112 und das darin befindliche Targetmaterial 106 zu verfehlen (gepulster Laserstrahl 104-b2"). Es ist grundsätzlich möglich, weitere Varianten des zweiten Betriebsmodus vorzusehen, bei welchen der gepulste Laserstrahl 104 in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, um den Zielbereich 112 und/oder das Targetmaterial 106 zu verfehlen.
Erfolgt beispielsweise eine Zuführung des Targetmaterials 106 mittels der Zuführeinrichtung 116 wie in Fig. 1 gezeigt von oben nach unten (d.h. in negative y-Richtung) in den Zielbereich 112, wird der Laserstrahl 104-b2' bezüglich der Bewegungsrichtung des Targetmaterials 106 räumlich hinter das Targetmaterial 106 abgelenkt, um dieses zu verfehlen, d.h. der Laserstrahl 104- b2' befindet sich hinter dem Targetmaterial 106, wenn dieses im Zielbereich 112 positioniert ist. Der Laserstrahl 104-b2" wird räumlich vor das Targetmaterial 106 abgelenkt, um dieses zu verfehlen, d.h. der Laserstrahl 104-b2" befindet sich vor dem Targetmaterial 106, wenn dieses im Zielbereich 112 positioniert ist.
Es versteht sich von selbst, dass der gepulste Laserstrahl 104 beispielsweise auch in eine zur Bewegungsrichtung des Targetmaterials 106 quer oder senkrecht orientierte Richtung abgelenkt werden könnte, um dieses zu verfehlen. Grundsätzlich kann der gepulste Laserstrahl 104 hierzu in jede beliebige Richtung abgelenkt werden, welche senkrecht zu seiner Strahlausbreitungsrichtung 126 orientiert ist.
Fig. 2 zeigt die Positionierung der gepulsten Laserstrahlen 104-bl, 104-b2' und 104-b2" relativ zu dem Zielbereich 112 und dem Targetmaterial 106 in einer Querschnittsebene, welche senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung 126 des auf den Zielbereich 112 einfallenden gepulsten Laserstrahls 104-bl orientiert ist und an dem Targetmaterial 106 positioniert ist (bei dem gezeigten Beispiel ist die Strahlausbreitungsrichtung 126 parallel zur z-Richtung und die Querschnittsebene parallel zur x-y-Ebene orientiert).
Ein jeweiliger Strahlquerschnitt der Laserstrahlen 104-bl, 104-b2' und 104-b2" ist in Fig. 2 durch Kreise angedeutet. Insbesondere sind die Laserstrahlen 104- bl, 104-b2' und 104-b2" bezüglich der Strahlausbreitungsrichtung 126 auf Höhe des Zielbereichs 112 und/oder des Targetmaterials 106 fokussiert.
Die im zweiten Betriebsmodus vorgesehenen gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" verlaufen vorzugsweise symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene. Insbesondere liegt der im ersten Betriebsmodus ausgebildete gepulste Laserstrahl 104-bl in dieser Symmetrieebene (bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Symmetrieebene parallel zur Strahlausbreitungsrichtung 126 und/oder parallel zur x-z-Ebene orientiert).
Insbesondere sind die jeweiligen Mittelpunkte 128 der Strahlquerschnitte der gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" punktsymmetrisch bezüglich einer Position des Targetmaterials 106 und/oder punktsymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts des Strahlquerschnitts des im ersten Betriebsmodus ausgebildeten gepulsten Laserstrahls 104-bl angeordnet.
Bei einer weiteren Variante des zweiten Betriebsmodus kann es vorgesehen sein, dass der in die Strahlablenkeinrichtung 120 eingekoppelte Eingangslaserstrahl 103 mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 gleichzeitig in zwei oder mehr abgelenkte Teilstrahlen aufgeteilt wird. Beispielsweise wird der gepulste Laserstrahl 104 mittels der Strahlablenkeinrichtung 120, wie in Fig. 1 angedeutet, in die beiden gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" aufgeteilt. Diese weisen dann beispielsweise jeweils ungefähr die Hälfte der Intensität des im ersten Betriebsmodus ausgebildeten und auf den Zielbereich 112 gerichteten gepulsten Laserstrahls 104-bl auf.
Die Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung 120, welche bei dem gezeigten Beispiel als akustooptischer Modulator und/oder akustooptischer Deflektor ausgebildet ist, erfolgt durch die Steuerungseinrichtung 124 mittels einer Steuerspannung. Die Steuerspannung weist eine definierte Frequenz und/oder ein definiertes Frequenzspektrum auf. Beispielsweise ist oder umfasst die Steuerspannung eine Sinusspannung.
Im ersten Betriebsmodus erfolgt die Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung 120 mit einer bestimmten Trägerfrequenz fo (Fig. 3), um den auf das Targetmaterial 106 treffenden Laserstrahl 104-bl zu realisieren. Die Trägerfrequenz fo beträgt beispielsweise 80 MHz.
Im zweiten Betriebsmodus wird zur Realisierung der gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" die Frequenz der Spannung gegenüber der Trägerfrequenz fo erhöht oder verringert. Beispielsweise wird zur Realisierung des gepulsten Laserstrahls 104-b2' die Strahlablenkeinrichtung 120 mit einer gegenüber der Trägerfrequenz fo verringerten Frequenz f- angesteuert und zur Realisierung des gepulsten Laserstrahls 104-b2" die Strahlablenkeinrichtung 120 mit einer gegenüber der Trägerfrequenz fo erhöhten Frequenz f+ angesteuert.
Beispielsweise sind die verringerte Frequenz f- und die erhöhte Frequenz f+ symmetrisch um die Trägerfrequenz fo verteilt. Die verringerte Frequenz f- beträgt beispielsweise 79 MHz und die erhöhte Frequenz f+ beträgt beispielsweise 81 MHz.
Im Fall der vorstehend genannten weiteren Variante des zweiten Betriebsmodus, bei welcher der Eingangslaserstrahl 103 mittels der Strahlablenkeinrichtung 120 gleichzeitig in zwei oder mehr abgelenkte Teilstrahlen aufgeteilt wird, erfolgt eine Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung 120 mittels einer Spannung, deren Spektrum zwei oder mehr Frequenzen aufweist. Beispielsweise weist die Spannung eine Überlagerung und/oder Schwebung von Signalen mit zwei oder mehr Frequenzen auf.
Zur gleichzeitigen Ablenkung des einfallenden gepulsten Laserstrahls 104 in den gepulsten Laserstrahl 104-b2' und den gepulsten Laserstrahl 104-b2" wird die Strahlablenkeinrichtung 120 mittels der Steuerungseinrichtung 124 beispielsweise mit einer Spannung angesteuert, welche einer Überlagerung von Signalen mit der verringerten Frequenz f- und der erhöhten Frequenz f+ aufweist.
Bei einer alternativen Ausführungsform eines Lasersystems, welches nachfolgend mit 100' bezeichnet ist, umfasst dieses die Laserstrahlquelle 102, die Strahlablenkeinrichtung 120, die Steuerungseinrichtung 124 und insbesondere die Fokussieroptik 113, wobei die Strahlablenkeinrichtung 120 als akustooptischer Deflektor und/oder akustooptischer Modulator ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform wird mittels der Laserstrahlquelle 102 der Eingangslaserstrahl 103 bereitgestellt, welcher nicht notwendigerweise ein gepulster Laserstrahl ist. Die Strahlablenkeinrichtung 120 wird mittels der Steuerungseinrichtung 124 mit einer Spannung angesteuert, welche eine Überlagerung und/oder Schwebung aus zwei oder mehr Frequenzen aufweist. Die der Spannung zugeordneten Frequenzen werden so gewählt, dass sich die jeweiligen fokussierten Strahlquerschnitte der ausgebildeten gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104- b2" zumindest abschnittsweise überlappen (Fig. 4). Dadurch wird eine Fokuszone 129 mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt ausgebildet (bezüglich einer zur Strahlausbreitungsrichtung 126 senkrecht orientierten Querschnittsebene). Dies kann beispielsweise für Anwendungen in der transparenten Materialbearbeitung relevant sein. Beispielsweise weist die Fokuszone einen elliptischen Querschnitt auf.
Das Lasersystem 100 funktioniert wie folgt:
Im Betrieb des Lasersystems 100 wird mittels der Laserstrahlquelle 102 und der Strahlablenkeinrichtung 120 der gepulste Laserstrahl 104 bereitgestellt. Damit Sekundärstrahlung 110 erzeugt wird und/oder das Targetmaterial 106 vorbereitet wird, um mit diesem Sekundärstrahlung 110 erzeugen zu können, wird der gepulste Laserstrahl 104 mit dem Targetmaterial 106 in Wechselwirkung gebracht, d.h. das Targetmaterial 106 wird mit den Laserpulsen 108 beaufschlagt.
Hierzu wird die Strahlablenkeinrichtung 120 mittels der Steuerungseinrichtung 124 im ersten Betriebsmodus angesteuert, sodass insbesondere genau ein auf den Zielbereich 112 gerichteter gepulster Laserstrahl erzeugt wird, beispielsweise der gepulste Laserstrahl 104-bl. Die diesem Laserstrahl 104-bl zugeordneten Laserpulse 108 fallen auf den Zielbereich 112 ein und werden derart in den Zielbereich 112 eingebracht, dass diese zeitlich mit dem in den Zielbereich 112 eingebrachten Targetmaterial 106 synchronisiert sind. Dadurch findet eine Wechselwirkung von einem oder mehreren Laserpulsen 108 mit dem im Zielbereich 112 befindlichen Targetmaterial 106 statt.
Eine Vorhandensein von Targetmaterial 106 im Zielbereich 112 kann beispielsweise mittels der Targetmaterial-Detektionseinrichtung 118 detektiert werden. Beispielsweise kann die Targetmaterial-Detektionseinrichtung 118 bei Vorhandensein von Targetmaterial 106 im Zielbereich ein Steuersignal an die Laserstrahlquellen-Steuerungseinrichtung 109 abgeben, welche dann die Laserstrahlquelle 102 ansteuert, um zu einem bestimmten Zeitpunkt Laserpulse 108 abzugeben oder um abgegebene Laserpulse 108 zeitlich zu versetzen. Eine Abgabe von Laserpulsen 108 zu vorgegebenen Zeitpunkten lässt sich beispielsweise mittels Pulse-on-Demand-Verfahren realisieren. Es lassen sich dadurch beispielsweise Unregelmäßigkeiten bei der Einkopplung des Targetmaterials 106 in den Zielbereich 112 ausgleichen und es lässt sich sicherstellen, dass im Fall des ersten Betriebsmodus ein sich in einem bestimmten Zeitfenster im Zielbereich 112 befindliches Targetmaterial 106 tatsächlich zur Erzeugung von Sekundärstrahlung 110 und/oder zur dessen Vorbereitung von den Laserpulsen 108 getroffen wird.
Insbesondere können die Einkopplung von Targetmaterial 106 in den Zielbereich 112 und die Repetitionsrate der Laserpulse 108 derart aufeinander abgestimmt werden und/oder derart zueinander synchronisiert werden, dass das Targetmaterial 106 im ersten Betriebsmodus von den Laserpulsen 108 getroffen wird, wenn es innerhalb eines bestimmten Zeitfensters im Zielbereich positioniert ist. Typischerweise vorhandene (kleinere) zeitliche Unregelmäßigkeiten bei der Einkopplung des Targetmaterials 106 in den Zielbereich 112 können wie beschrieben durch einen zeitlichen Versatz der von der Laserquelle 102 abgegebenen Laserpulse 108 ausgeglichen werden.
Um beispielsweise eine Intensität und/oder eine Dosis der erzeugten Sekundärstrahlung 110 zu variieren kann es vorgesehen sein, dass eine Wechselwirkung der Laserpulse 108 mit im Zielbereich 112 angeordnetem Targetmaterial 106 zeitweise unterbunden wird. Infolgedessen kann beispielsweise die Intensität der abgegebenen Sekundärstrahlung 110 im zeitlichen Mittel verringert werden.
Hierzu wird die Strahlablenkeinrichtung 120 mittels der Steuerungseinrichtung 124 im zweiten Betriebsmodus angesteuert, wodurch die gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und/oder 104-b2" ausgebildet werden, welche den Zielbereich 112 und das Targetmaterial 106 verfehlen. Die jeweiligen Laserpulse 108 dieser gepulsten Laserstrahlen 104-b2', 104-b2" tragen nicht oder nicht wesentlich zur Erzeugung von Sekundärstrahlung 110 bzw. zur Vorbereitung des Targetmaterials 108 bei.
Bei den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Beispielen wird die Strahlablenkeinrichtung 120 mittels der Steuerungseinrichtung 124 zeitlich wechselweise im ersten Betriebsmodus und im zweiten Betriebsmodus angesteuert (Fig. 5 und 6).
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 5 wird in zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi der gepulste Laserstrahl bezüglich des Zielbereichs 112 und/oder des Targetmaterials 106 alternierend zu unterschiedlichen Seiten hin abgelenkt, d.h. es werden die gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" in zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi alternierend ausgebildet. Die gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" im zweiten Betriebsmodus sind dadurch bei dem gezeigten Beispiel im zeitlichen Mittel symmetrisch bezüglich des gepulsten Laserstrahls 104-bl im ersten Betriebsmodus positioniert.
Beispielsweise werden die gepulsten Laserstrahlen 104-b2' bzw. 104-b2" im zweiten Betriebsmodus bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel bezüglich einer Position des Zielbereichs 112 und/oder des Targetmaterials 106 wechselweise zu einer ersten Seite 130a und zu einer der ersten Seite 130a gegenüberliegenden zweiten Seite 130b abgelenkt.
Alternativ hierzu wird bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 der gepulste Laserstrahl im zweiten Betriebsmodus gleichzeitig in die beiden gepulsten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" aufgeteilt. Diese gleichzeitig ausgebildeten Laserstrahlen 104-b2' und 104-b2" sind symmetrisch bezüglich des gepulsten Laserstrahls 104-bl im ersten Betriebsmodus positioniert. Bezugszeichenliste fo Trägerfrequenz f- verringerte Frequenz f+ erhöhte Frequenz
100, 100’ Lasersystem 102 Laserstrahlquelle 103 gepulster Eingangslaserstrahl 104 gepulster Laserstrahl 104-bl gepulster Laserstrahl (erster Betriebsmodus) 104-b2' gepulster Laserstrahl (zweiter Betriebsmodus) 104-b2" gepulster Laserstrahl (zweiter Betriebsmodus) 104a Teilstrahl 0. Ordnung 106 Targetmaterial 108 Laserpuls 109 Laserstrahlquellen-Steuerungseinrichtung 110 Sekundärstrahlung 112 Zielbereich 113 Fokussieroptik 114 Kammer 116 Zuführeinrichtung 118 Targetmaterial- Detektionseinrichtung 120 Strahlablenkeinrichtung 122 Strahlfalle 124 Steuerungseinrichtung 125 Strahl- Detektionseinrichtung 126 Strahlausbreitungsrichtung 128 Mittelpunkt 129 Fokuszone 130a erste Seite 130b zweite Seite

Claims

Patentansprüche Lasersystem zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial (106) vorgesehenen gepulsten Laserstrahls (104), umfassend eine Strahlablenkeinrichtung (120), eine der Strahlablenkeinrichtung (120) zugeordnete Steuerungseinrichtung (124), eine Laserstrahlquelle (102) zur Bereitstellung eines gepulsten Eingangslaserstrahls (103) zur Einkopplung in die Strahlablenkeinrichtung (120) und einen Zielbereich (112) zur Anordnung des Targetmaterials (106), wobei der gepulste Eingangslaserstrahl (103) mittels der Strahlablenkeinrichtung (120) ablenkbar und/oder aufteilbar ist und mittels der Strahlablenkeinrichtung (120) basierend auf dem gepulsten Eingangslaserstrahl (103) mindestens ein aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretender gepulster Laserstrahl (104) bereitgestellt wird, wobei die Steuerungseinrichtung (124) eingerichtet ist, eine Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) relativ zu dem Zielbereich (112) durch Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung (120) zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Steuerungseinrichtung (124) einen ersten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) so gewählt wird, dass dieser auf den Zielbereich (112) gerichtet ist, um mit einem im Zielbereich (112) angeordneten Targetmaterial (106) zu wechselwirken, und wobei die Steuerungseinrichtung (124) einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) so gewählt wird, dass dieser den Zielbereich (112) verfehlt, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus bereitgestellte gepulste Laserstrahlen (104; 104-b2', 104-b2") im zeitlichen und/oder räumlichen Mittel symmetrisch bezüglich der im ersten Betriebsmodus ausgebildeten gepulsten Laserstrahlen (104; 104-bl) positioniert sind. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus genau ein aus der Strahlablenkeinrichtung austretender gepulster Laserstrahl (104; 104-bl) bereitgestellt wird, welcher auf den Zielbereich (112) und/oder das Targetmaterial (106) gerichtet ist. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus genau ein aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretender gepulster Laserstrahl (104; 104-b2'; 104-b2") bereitgestellt wird, weicher den Zielbereich (112) verfehlt. Lasersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des genau einen gepulsten Laserstrahls (104; 104-b2'; 104-b2") in zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Betriebsmodi abwechselnd bezüglich des Zielbereichs (112) zu einer ersten Seite (130a) und zu einer der ersten Seite (130a) gegenüberliegenden zweiten Seite (130b) hin abgelenkt wird, und/oder abwechselnd bezüglich des Zielbereichs (112) in eine erste Richtung und in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung abgelenkt wird. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus zwei oder mehr aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretende gepulste Laserstrahlen (104; 104-b2', 104-b2") bereitgestellt werden, welche gleichzeitig aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austreten. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (120) einen akustooptischen Deflektor und/oder einen akustooptischen Modulator umfasst. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (120) mittels der Steuerungseinrichtung (124) im ersten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert wird, welche eine konstante Trägerfrequenz (fo) aufweist. Lasersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (120) mittels der Steuerungseinrichtung (124) im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert wird, welche eine gegenüber der Trägerfrequenz (fo) verringerte Frequenz (f-) oder eine gegenüber der Trägerfrequenz (fo) erhöhte Frequenz (f+) aufweist. Lasersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (120) mittels der Steuerungseinrichtung (124) im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert wird, welche eine Überlagerung von zwei oder mehr Frequenzen aufweist, wobei diese Frequenzen von der Trägerfrequenz (fo) verschieden sind. Lasersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (120) mittels der Steuerungseinrichtung (124) im zweiten Betriebsmodus mit einer Steuerspannung angesteuert wird, welche eine Schwebung von Signalen mit einer gegenüber der Trägerfrequenz (fo) verringerten Frequenz (f-) und einer gegenüber der Trägerfrequenz (fo) erhöhten Frequenz (f+) aufweist. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus Laserpulse (108) des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) derart in den Zielbereich (112) eingebracht werden, dass diese zeitlich mit einem in den Zielbereich (112) eingebrachten Targetmaterial (106) synchronisiert sind, sodass im ersten Betriebsmodus eine Wechselwirkung von einem oder mehreren Laserpulsen (108) mit dem Targetmaterial (106) im Zielbereich (112) stattfindet. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (102) eingerichtet ist, um Laserpulse (108) des gepulsten Eingangslaserstrahls (103) und/oder des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) mit einem konstanten Energie-Mittelwert bereitzustellen, wobei eine Energie der Laserpulse (108) im Betrieb des Lasersystems von dem Energie-Mittelwert um weniger als
2 % und insbesondere um weniger als 1 % abweicht, und/oder dass die Laserstrahlquelle (102) eingerichtet ist, um Laserpulse (108) des gepulsten Eingangslaserstrahls (103) und/oder des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) mit einem konstanten Pulswiederholrate-Mittelwert bereitzustellen, wobei eine Pulswiederholrate der bereitgestellten Laserpulse (108) im Betrieb des Lasersystems von dem konstanten Pulswiederholrate- Mittelwert um weniger als 20 % und insbesondere um weniger als 15 % abweicht. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (116) zur Zuführung von Targetmaterial (106) in den Zielbereich (112), und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (116) eingerichtet ist, das Targetmaterial (106) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s und/oder höchstens 200 m/s und bevorzugt mindestens 60 m/s und/oder höchstens 130 m/s in den Zielbereich (112) einzubringen. Lasersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Targetmaterial-Detektionseinrichtung (118) zur Detektion von Targetmaterial (106) innerhalb des Zielbereichs (112), wobei die Targetmaterial-Detektionseinrichtung (118) insbesondere dazu eingerichtet ist, bei Detektion von Targetmaterial (106) in dem Zielbereich (112) ein Steuersignal an die Laserstrahlquelle (102) und/oder an die der Strahlablenkeinrichtung (120) zugeordnete Steuerungseinrichtung (124) abzugeben, und/oder gekennzeichnet durch eine Strahl- Detektionseinrichtung (125) zur Detektion einer Orientierung und/oder einer Position von aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretenden gepulsten Laserstrahlen (104). Verfahren zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial (106) vorgesehenen gepulsten Laserstrahls (104), bei dem das Targetmaterial (106) in einem Zielbereich (112) angeordnet wird oder angeordnet ist, mittels einer Laserstrahlquelle (102) ein gepulster Eingangslaserstrahl (103) bereitgestellt wird, der gepulste Eingangslaserstrahl (103) in eine Strahlablenkeinrichtung (120) eingekoppelt wird, wobei der gepulste Eingangslaserstrahl (103) mittels der Strahlablenkeinrichtung (120) ablenkbar und/oder aufteilbar ist und mittels der Strahlablenkeinrichtung (120) basierend auf dem gepulsten Eingangslaserstrahl (103) mindestens ein aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretender gepulster Laserstrahl (104) bereitgestellt wird, wobei eine Position des aus der Strahlablenkeinrichtung (120) austretenden gepulsten Laserstrahls (104) relativ zu dem Zielbereich durch Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung (120) mittels einer Steuerungseinrichtung (124) gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Steuerungseinrichtung (124) einen ersten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) so gewählt wird, dass dieser auf den Zielbereich (112) gerichtet ist und mit dem im Zielbereich (112) angeordneten Targetmaterial (106) wechselwirkt, und wobei die Steuerungseinrichtung (120) einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in welchem die Position des mindestens einen gepulsten Laserstrahls (104) so gewählt wird, dass dieser den Zielbereich (112) verfehlt, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus bereitgestellte gepulste Laserstrahlen (104; 104-b2', 104-b2") im zeitlichen und/oder räumlichen Mittel symmetrisch bezüglich der im ersten Betriebsmodus ausgebildeten gepulsten Laserstrahlen (104; 104-bl) positioniert sind.
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