[发明专利]辐照密度高均匀性的ArF激光薄膜元件损伤测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及ArF准分子激光薄膜元件应用技术领域，特别涉及辐照密度高均匀性的ArF激光薄膜元件损伤测试装置。

背景技术

ArF准分子激光器所产生的强193nm脉冲激光包括在材料精细微加工、深紫外光刻、材料处理、激光打标等的激光工业应用，准分子激光医疗，以及科学研究等诸多领域具有十分重要的应用。无论是对ArF准分子激光器本身，还是ArF准分子激光应用系统，都是不可缺少光学薄膜元件，并且是最易受损的基本元件。光学薄膜元件的激光损伤将直接降低系统的光束质量，使激光应用系统的性能迅速退化，直至整个系统功能崩溃。提高193nm光学薄膜元件的抗激光损伤阈值与使用寿命，不仅可以满足高功率和高脉冲重频应用需要，同时还可以延长系统的维护周期，降低激光应用系统的使用成本。因此，对193nm光学薄膜元件激光辐射损伤的各种复杂因素进行分析，深入研究导致薄膜激光损伤的机理，并最大限度地提高193nm光学薄膜元件的使用寿命，具有十分重要的理论意义和实际应用价值。

鉴于193nm激光应用系统的重要性，国外从上世纪90年代开始对193nm光学薄膜元件的激光损伤和长期稳定性进行了大量的研究，例如德国和美国的研究小组相继搭建了针对ArF激光的光学薄膜元件损伤测试系统，并系统开展了ArF激光薄膜元件损伤研究。在这些ArF激光薄膜元件损伤研究中，所采用的光学薄膜元件损伤测试系统，无一例外都参照了以往1064nm等其它激光波段的光学薄膜元件损伤测试系统，以及光学元件损伤测试的国际标准ISO-11254。即与1064nm等其它激光波段的光学薄膜元件损伤测试系统类似，这些ArF激光薄膜元件损伤测试系统，除了包括必要的激光脉冲能量和光束光斑大小测量的装置之外，还包括一些非常简单的光束传输和聚焦装置，如场镜、光阑及聚焦镜等。由于这些简单的光束控制装置无法对ArF辐照激光束的光束质量，如光束的形状与分布、能量密度的均匀性等进行有效的控制，因此，在这些ArF激光薄膜元件损伤测试系统中，辐照到样品表面的脉冲激光的光束形状与分布、光束内的能量密度均匀性等光束质量指标往往比较随机，且并不理想，突出表现在光束内的能量密度均匀性非常不好，例如辐照到样品表面的光束中心能量密度要远远大于光束边缘能量密度。

样品表面辐射激光光束的这种不均匀性首先会使损伤阈值结果出现一定的随意性。例如当样品表面辐射激光光束的不均匀性不同时，采用不同的光斑确定标准得到的光斑大小结果可能会相差较大，其得到的激光损伤阈值结果也就不同。其次，从激光薄膜元件损伤研究的实践来看，辐射激光能量密度的不均匀性会带来更深层次的问题。由于辐射激光能量密度的不均匀性，采用这种能量密度不均匀性的激光辐射光学薄膜元件时，光学薄膜元件往往表现为在辐射光斑中央的针孔状损伤。这表明损伤其实是由最大能量密度的光斑中心导致的，或者说其时的能量密度才是真实的光学薄膜元件激光损伤阈值。然而，在实际中，由于光束的不均匀性，采用分别监测激光能量和激光光斑方法得到的辐射激光能量密度是不均匀辐射激光能量密度的平均，其数值要比上述真实光学薄膜元件激光损伤阈值更小，并且偏小程度随光束不均匀性的具体情况而变化。此外，由于采用这种能量密度不均匀性的激光辐射光学薄膜元件时，光学薄膜元件往往表现为在辐射光斑中央的针孔状损伤，这种局部少量的针孔状损伤对于损伤的实时在线准确判别增加了难度。

发明内容

针对现有ArF激光光学薄膜元件激光薄膜损伤测试，其辐射激光光束不均匀性会导致的线性吸收和介质电离、多光子吸收等各种非线性吸收和ArF激光薄膜元件损伤的因素更多、具体损伤机理更为复杂，局部表面激光辐射损伤的一致性出现分化，本发明提供一种辐照密度高均匀性的ArF激光薄膜元件损伤测试装置来解决现有技术存在的问题。

辐照密度高均匀性的ArF激光薄膜元件损伤测试装置，该装置包括：ArF激光传输模块、样品表面ArF激光辐射能量密度实时监控模块、光学薄膜样品表面损伤的实时监控与判别模块、电动样品控制台和实验同步控制与数据采集模块；

所述ArF激光传输模块发射并传输辐射能量密度高均匀性的ArF激光，入射到薄膜元件样品表面；

所述样品表面ArF激光辐射能量密度实时监控模块，用于获得薄膜元件样品表面ArF激光的辐射能量密度，通过实验同步控制与数据采集模块控制其测量动作，并将ArF激光辐射能量密度信息数据传送反馈到至实验同步控制与数据采集模块；