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全固态深紫外激光及其应用

2007-09-10 17:17
姚看江湖
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陈创天(中国科学院理化技术研究所 北京人工晶体研究发展中心)

概要

全固态深紫外(一般指波长短于200nm)相干光源是目前正在开发的一个重要激光应用领域。此相干光源的开发将极大的推动193nm光刻技术、激光精密加工、各种光电子能谱仪、激光光谱仪、激光Raman光谱仪等高技术领域和先进仪器制造业的发展。

利用高功率可见/近红外全固态激光(DPL)作为基频光源,通过非线性光学晶体的多极变频技术是实现全固态深紫外激光输出的最有效方法。目前能使用最简单的倍频方法,实现深紫外相干光输出的非线性光学晶体只有KBe2BO3F2(KBBF)和RbBe2BO3F2(RBBF)两种。

本文将较为详细的介绍,我们如何使用熔盐生长技术,生长出3.7mm厚的KBBF单晶体和1.8mm厚的RBBF单晶体。在此基础上,制造成功KBBF晶体厚度为2.3mm的KBBF-CaF2光接触棱镜耦合器件(KBBF-PCT器件,图1)。


                                         图1 KBBF-CaF2 PCT器件

使用这一器件,我们已经获得了12.95mW 177.3nm平均功率输出(也就是Nd:YAG激光的6倍频,见图2)。


              图2 KBBF-CaF2 PCT器件输出12.9mW 177.3nm深紫外相干光

使用另一个KBBF-TCP器件,我们进一步获得了360mW,200nm平均功率输出(Ti:Sapphire激光的4倍频,见图3),这些实验结果在国际上均属首创,并将对193nm光刻技术和激光精密加工技术的发展起到重要作用。


                  图3 KBBF-CaF2 PCT器件输出360mW 200nm深紫外相干光

最后,本文将介绍177.3nm相干光源在建造超高分辨率光电子能谱仪上所起的关键作用。使用这一光源所建造的光电子能谱仪(图4),已经观察到化合物超导体的一系列新的现象,并将对这类超导体的机理解释做出十分重要的贡献。


                    图4 使用KBBF PCT器件建造的超高分辨率、角分辨光电子能谱仪

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