Des scientifiques ont développé un laser DUV à l’état solide de 60 milliwatts à 193 nm en utilisant des cristaux LBO, établissant de nouvelles références en termes d’efficacité. Cette recherche ouvre de nouvelles perspectives dans de nombreux domaines d’application, de la lithographie à l’usinage laser.
Dans le domaine de la science et de la technologie, l’exploitation de sources de lumière cohérente dans la région des ultraviolets profonds (DUV) revêt une importance considérable pour diverses applications telles que la lithographie, l’inspection des défauts, la métrologie et la spectroscopie. Traditionnellement, les lasers de 193 nanomètres (nm) à haute puissance ont joué un rôle central dans la lithographie, faisant partie intégrante des systèmes utilisés pour la structuration précise.
Cependant, les limites de cohérence associées aux lasers excimères ArF conventionnels entravent leur efficacité dans les applications nécessitant des motifs à haute résolution, comme la lithographie par interférence.
Le concept de « laser excimère ArF hybride »
L’intégration d’une source laser à l’état solide de 193 nm à faible largeur de raie à la place de l’oscillateur ArF permet d’améliorer la cohérence et d’obtenir une faible largeur de raie, ce qui améliore les performances de la lithographie par interférence à haut débit. Cette innovation augmente non seulement la précision des motifs, mais accélère également la vitesse de la lithographie.
De plus, l’énergie des photons et la cohérence accrues du laser excimère ArF hybride facilitent le traitement direct de divers matériaux, y compris les composés carbonés et les solides, avec un impact thermique minimal. Cette polyvalence souligne son potentiel dans divers domaines, de la lithographie à l’usinage laser.
Optimisation de l’ensemencement pour un amplificateur ArF
Pour optimiser l’ensemencement d’un amplificateur ArF, la largeur de raie du laser de départ à 193 nm doit être méticuleusement contrôlée, idéalement en dessous de 4 gigahertz (GHz). Cette spécification dicte la longueur de cohérence cruciale pour l’interférence, un critère facilement rempli par les technologies laser à l’état solide.
Comme rapporté dans Advanced Photonics Nexus, ils ont réalisé un remarquable laser DUV à l’état solide de 60 milliwatts (mW) à 193 nm avec une faible largeur de raie en utilisant un processus sophistiqué de génération de fréquence somme à deux étages employant des cristaux LBO. Le processus implique des lasers de pompe à 258 et 1553 nm, dérivés respectivement d’un laser Yb-hybride et d’un laser à fibre dopée Er.
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Le laser DUV généré, accompagné de son homologue à 221 nm, présente une puissance moyenne de 60 mW, une durée d’impulsion de 4,6 nanosecondes (ns) et un taux de répétition de 6 kilohertz (kHz), avec une largeur de raie d’environ 640 mégahertz (MHz). Il s’agit notamment de la puissance de sortie la plus élevée pour les lasers à 193 et 221 nm générés par un cristal LBO, ainsi que de la largeur de raie la plus étroite rapportée pour un laser à 193 nm.
Une efficacité de conversion remarquable
L’efficacité de conversion obtenue est remarquable : 27 % pour le passage de 221 à 193 nm et 3 % pour le passage de 258 à 193 nm, établissant de nouvelles références en termes d’efficacité. Cette recherche souligne l’immense potentiel des cristaux LBO pour générer des lasers DUV à des niveaux de puissance allant de centaines de milliwatts à des watts, ouvrant la voie à l’exploration d’autres longueurs d’onde laser DUV.
Selon le professeur Hongwen Xuan, auteur correspondant de ces travaux, la recherche rapportée démontre « la viabilité du pompage LBO avec des lasers à l’état solide pour une génération fiable et efficace de laser à faible largeur de raie à 193 nm, et ouvre une nouvelle voie pour fabriquer un système laser DUV rentable et de haute puissance utilisant LBO ».
Ces avancées repoussent non seulement les limites de la technologie des lasers DUV, mais promettent également de révolutionner une myriade d’applications dans les domaines scientifiques et industriels.
Légende illustration : Laser DUV à 193 nm généré par des cristaux LBO en cascade. Crédit : H. Xuan (branche GBA de l’Institut de recherche en information aérospatiale, Académie chinoise des sciences)
Article : « High-power, narrow linewidth solid-state deep ultraviolet laser generation at 193 nm by frequency mixing in LBO crystals » – DOI: https://doi.org/10.1117/1.APN.3.2.026012
