[发明专利]深紫外DUV连续波CW激光及产生DUV CW激光辐射的方法

说明书

本申请实施例涉及深紫外DUV连续波CW激光及产生DUV CW激光辐射的方法。一种深紫外DUV连续波CW激光包含：基波CW激光，其经配置以产生具有在约1μm与1.1μm之间的对应波长的基波频率；三次谐波产生器模块，其包含一或多个周期性极化的非线性光学NLO晶体，NLO晶体产生三次谐波及任选的二次谐波；及四次谐波产生器模块及五次谐波产生器中的一者。四次谐波产生器模块包含经配置以使基波频率与三次谐波组合以产生四次谐波的以基波频率谐振的腔。四次谐波产生器模块包含用于使基波频率与三次谐波组合以产生五次谐波的以基波频率谐振的腔或用于使二次谐波与三次谐波组合以产生五次谐波的以二次谐波频率谐振的腔。

本申请是发明名称为“深紫外DUV连续波CW激光及产生DUV CW激光辐射的方法”，申请号为201480039637.X，申请日为2014年6月11日的发明专利申请的分案申请。

相关申请案

本申请案主张2013年6月11日由庄(Chuang)等人申请的题为“具有改进的稳定性的CW DUV激光(CW DUV Laser with Improved Stability)”的第61/833,716号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案以引用方式并入本文中。

背景技术

半导体检测及计量学需要非常稳定、低噪声的光源以检测小缺陷及/或进行小尺寸的非常精密的测量。UV光源(即，具有波长100nm到400nm的光源)是非常重要的，这是因为一般来说，短波长对小缺陷或尺寸具有较佳敏感度。

低噪声、高稳定性激光对可见及近红外中的波长是可用的。然而，存在具有大于250mW的功率的非常少的可用深UV CW激光，且所述激光是昂贵的、有噪声的、具有较差的长期稳定性且可能需要频繁调整或维护。

当前可用的深UV(DUV)(即，短于300nm的波长)CW激光通过产生红外(IR)基波激光的四次谐波而操作。使用两个频率转换级：第一级产生二次谐波且第二级产生四次谐波。每一频率转换级使用非线性光学(NLO)晶体。

倍频过程取决于电场强度的平方。如果晶体内部的功率密度为低，那么转换过程就非常无效。几瓦特或几十瓦特功率的红外激光当聚焦于NLO晶体中时由于低功率密度而产生非常小的二次谐波。此与类似平均功率电平的脉冲激光相反，所述脉冲激光可产生大量二次谐波(在最佳情况中大致50％的输入可转换到二次谐波)，这是因为峰值功率密度高于平均功率密度许多倍。

DUV CW(连续波)激光使用谐振腔以增加NLO晶体中的功率密度以改进转换效率。未转换到二次谐波的穿过NLO晶体的大部分光在谐振腔中被再循环以便增强功率密度。允许二次谐波传递出谐振腔。最终，功率密度增强到其中作为二次谐波离开所述谐振腔的功率加所述谐振腔中的损耗等于输入功率的电平。因此，为产生深UV波长，这些腔中的两者必须串联连接。第一谐振腔通过再循环IR基波而产生二次谐波(即，可见波长，通常为绿光波长，例如532nm)，且第二谐振腔通过再循环所述二次谐波而产生四次谐波(即，深UV波长，例如266nm)。

图1说明包含两个谐振腔的示范性深UV CW激光100。在激光100中，用于产生二次谐波的第一腔包含镜110、111、112及113以及NLO晶体115。用于产生四次谐波的第二腔包含镜130、131、132及133以及NLO晶体135。显著地，这些腔必须经受主动控制。对所述第一腔的控制包含振荡器104(在频率f1下产生信号)、调制器103、光电二极管105以及同步检测器106(产生控制镜111的位置的致动器控制信号107)。对第二腔的控制包含振荡器124(在频率f2下产生信号)、调制器123、光电二极管125以及同步检测器126(产生控制镜131的位置的致动器控制信号127)。