内置标准具光栅腔XeF(C-A)准分子激光器的线宽压缩

为了避免阳光背景干扰,针对XeF(C-A)蓝绿激光水下应用需求开展了激光线宽压缩实验以提高信噪比。采用内置标准具的光栅谐振腔开展相关实验。利用光栅腔实现亚纳米级的激光线宽输出,然后在此基础上,通过插入标准具进行更精细的激光线宽压缩实验。利用光栅腔,采用1 200线/mm光栅并提高光栅辐照面积可以实现0.14nm的激光线宽输出。腔内插入反射率为50%的标准具,可以进一步将激光线宽压缩至39pm,激光单脉冲能量约为65mJ,脉冲宽度为1μs。实验结果表明:尽管XeF(C-A)蓝绿激光器的增益系数较低,但是通过优化光栅和标准具的工作参数,对谐振腔光学损耗进行合理的控制,激光器可以实现10pm量级的激光线宽输出。

XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩技术

利用表面放电光泵浦XeF（C-A）蓝绿激光器开展了激光线宽压缩技术研究,分别采用谐振腔腔镜谱带重叠法和光栅谐振腔法实现了线宽小于10 nm的窄线宽激光输出。采用谐振腔腔镜谱带重叠法,激光输出线宽约7 nm,采用光栅谐振腔法可以将激光线宽压缩到约1 nm,并实现XeF（C-A）激光的可调谐输出,调谐范围为470~495 nm。

双向光泵浦XeF(C-A)激光

讨论了双向光泵浦XeF(C-A)激光技术,给出了双向泵浦情况下的XeF2光解离波图像。在双向泵浦条件下XeF(C-A)激光输出能量提高了近3倍,最大输出达到3.3 J,激光脉宽增加到1 100 ns。激光输出特性受XeF2初始浓度的显著影响,激光形成时间随XeF2初始浓度增大而加长,激光脉宽先增大后减小,激光近场光斑呈现出不同的形状,由方形变化为“X”形状。

重频XeF蓝绿激光技术

利用表面放电光泵浦技术,研制了重频XeF(C-A)激光器,运行频率达到10 Hz。研究了运行频率、气体流量对激光输出能量稳定性的影响,分析了影响输出稳定性的主要因素,实验结果表明,提高气流量可有效改善重频输出能量的稳定性。同时,还给出了优化实验条件下不同运行频率连续20个脉冲较为理想的输出结果。运行频率分别为1,2,5 Hz时,输出能量稳定性较好,输出能量大于4.0 J;气流量大于53 L/s时,10Hz重频运行的输出稳定性已显著提高,平均输出能量也达到1.8 J。

XeF激光与YAG倍频激光对CCD软破坏效应对比实验研究

为了对比研究XeF(C-A)激光和YAG倍频激光对可见光面阵CCD的软破坏效应,分别建立了XeF(C-A)激光和YAG倍频激光对可见光面阵CCD辐照效应实验研究平台和CCD图像同步采集系统,在此基础上开展了上述两种激光对CCD的辐照效应实验,获得了CCD出现局部饱和、全饱和、串音以及全屏饱和时的激光能量密度阈值和CCD图像,并对实验数据进行了总结分析,采用激光能量密度阈值法和饱和面积法对CCD图像进行了分析处理。结果表明,两种激光对SONY SUPER HAD型CCD具有相同的软破坏效应。

表面放电光泵浦XeF(C-A)激光数值模拟

采用数值方法模拟表面放电光泵浦 Xe F( C-A)激光形成过程 ,分析反应粒子、气体温度、腔内损失、耦合透过率、Xe F2 压力对激光输出的影响 ,数值计算结果与自行研制的表面放电光泵浦 Xe F( C-A)激光器的实验结果吻合较好。

光泵浦XeF(C-A)激光技术研究进展

综述了西北核技术研究所在光泵浦XeF（C-A）激光技术研究方面取得的成果,研制的10 J级激光器最大输出能量为18.7 J,总转换效率达到0.25%,在国际上首次实现了XeF（C-A）激光重频运行,运行频率0.1-1 Hz;描述了光泵浦源的结构和供气装置的研制;介绍了在高重频光泵浦源和激光线宽压缩研究方面的最新进展,光泵浦源最高运行频率达90 Hz,XeF（C-A）激光线宽已被压缩到1 nm。

XeF_2光解离波的空间传输对形成XeF(C—A)激光的影响

利用XeF2光解离波图像，测量了现有激光实验条件下的解离波半径及传输速度，解离波厚度为5～8mm，传输速度随泵浦时间的增加而减慢，平均速度约13km／s。选择四种不同的腔轴位置，腔轴距泵浦源表面的距离d分别为10、13、16、20mm，激光实验结果表明，XeF2光解离波的空间传输对XeF（C—A）激光的形成有影响，激光形成时间、脉宽均随腔轴远离泵浦源而增加；输出能量在腔轴取13mm处最大。

低气压掺氪混合气放电XeF(C-A)激光

于0.22MPa气压和2.76MW/cm^3泵浦速率下,在商品准分子激光器上实现放电激励XeF(C-A)宽带自由振荡。使用峰值净益为1.24％/cm的掺氪四元混合气,获得兰绿激光输出1.17mJ,比能量输出9mJ/L,增本征效率0.016％,中心波长477nm,带宽32nm(FWHM)。

用于XeF蓝绿激光器的表面放电光泵浦源

基于Al2O3陶瓷、BN陶瓷和聚四氟乙烯三种基底建立了分段表面放电光泵浦源,对比研究了这三种表面放电光泵浦源的电学特性、辐射特性和烧蚀特性。利用放电波形计算了表面放电光泵浦源的等效电感、等效电阻和沉积效率,应用光谱法比较了它们的紫外辐射强度,并采用平均线烧蚀率评估了三种泵浦源的耐烧蚀性能。通过比较研究发现,在充电电压为13.5-26.8kV、间隙长度为8cm、放电室内混合气体气压为100kPa条件下,三种泵浦源中Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源的沉积效率最高,大于82%;辐射光谱具有紫外增强效应,紫外辐射最强;平均线烧蚀率最小（小于0.15μm/shot）,耐烧蚀性能最好。研究结果表明采用Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源作为大功率重频XeF蓝绿激光器的泵浦源,可提高XeF蓝绿激光器的寿命。

重频XeF(C-A)蓝绿激光器中XeF_2浓度的监测与控制

介绍了采用光谱吸收法实时监测重复频率XeF(C-A)蓝绿激光器中XeF2气体浓度的原理和控制XeF2气体浓度的方法;给出了监测窗中XeF2气体浓度与激光器气室中的XeF2气体浓度之间的关系,获得了在不同主/载气路气流量条件下激光器气室中XeF2气体浓度值,通过调节主/载气路的气流量实现了对激光器腔室内XeF2气体浓度的控制,保证了XeF(C-A)蓝绿激光器1 Hz重频运行。

基于滤光片XeF(C-A)激光器窄线宽输出实验研究

通过在谐振腔内插入窄带滤光片,开展了XeF(C-A)蓝绿激光窄线宽输出实验研究。研究结果表明,采用该方法,可以获得焦耳量级能量、线宽小于2nm、波长稳定的激光输出,激光最窄线宽为1.3nm。增大滤光片与谐振腔光轴的入射角,激光器输出能量降低。

XeF(C-A)蓝绿激光对可见光面阵CCD软损伤的实验研究

建立了脉冲激光辐照CCD器件实验平台,采用XeF(C-A)蓝绿激光辐照可见光CCD,获得CCD出现软损伤(局部饱和、全饱和、串扰及致眩)的激光能量密度阈值或量级及对应的CCD图像,用饱和面积法分析了蓝绿激光对CCD的软损伤效应。

实用型放电泵浦XeF(B-X)准分子激光器

研制了一台实用型放电泵浦的351 nm XeF(B-X)准分子激光器,激光器采用新型开关电源、结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构,通过优化储能电容和放电电容量及比值,选取合理的工作气体压力和配比,优化了激光器性能,提高了激光器输出参数:单脉冲能量153 mJ,平均功率12.9 W,转换效率最高达到0.88%,重复频率1～80 Hz,能量不稳定度小于4%,近场光斑尺寸7 mm×22 mm。激光器已应用到常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统的实验中。

面预电离F原子激光和XeF准分子激光实验研究

本文报道了面预电离F原子激光和XeF激光输出能量以及F原子激光光斑随各气体分压的变化情况。在适当的气体混合物中放电获得了F原子和XeF准分子激光充满放电截面的完整光斑，取得了满意预电离效果。获得了F原子623．9nm、634．8nm、712．8nm和731．1nm四波长激光同时振荡以及F原子激光和XeF激光同时振荡，并作了定性分析。

基于XeF(C-A)放大器的混合(固态/气态)超高功率飞秒激光系统(英文)

提出了基于前端发生器和终端放大器,使用光泵浦XeF（C-A）激活介质的太瓦级混合激光器（THL-100）系统。前端发生器由长532 nm的连续激光泵浦的钛宝石飞秒脉冲振荡器,脉冲展宽机构,532 nm的脉冲激光泵浦的再生多通道放大器,衍射光栅压缩器和二次谐波发生器（KDP）组成。其光束输出参数为：脉冲持续时间50 fs,二次谐波（475 nm）辐射能量5 mJ。前端发生器以10 Hz的单脉冲模式工作。XeF（C-A）放大器由双高压脉冲发生器（线性变压器）,爆炸式阴极发射真空二极管,电子束注入系统,充满Xe的气室转换器和激光单元组成。高压发生器包括12个变压器,每个变压器有8个电容（40 nF）和火花隙,电容可以充电至100 kV。真空二极管中的电子束参数为：总电流300 kA,峰值电压550kV,脉冲持续时间约150 ns。穿透金属箔片到达Xe转换器的6个100 cm×12 cm电子束的总能量为67 kJ。激光系统通过泵浦能量的级联处理导致Xe2＊的快速形成,并在（172±5）nm连续辐射。真空紫外辐射通过CaF2窗口辐射到含有XeF2蒸汽和氮气缓冲气体的激光单元中,使XeF2光解,形成XeF＊准分子。由真空紫外辐射泵浦的放大器激活介质长110 cm,直径为24 cm。文中通过数值模拟给出了输出参数和第一实验结果,根据XeF（C-A）放大器参数模型和增益测量结果,得到的输出能量高达23 J,这意味着50 fs脉冲的峰值功率高达4060 TW。

表面放电等离子体产生冲击波特性

采用压力传感器,分析XeF(C→A)激光器高电压表面放电光泵浦方式不同位置、不同放电电压条件下冲击波特性。研究结果表明,表面放电等离子体膨胀产生的冲击波持续时间为ms量级,在冲击波过后伴随有相对较弱的压力波。随着充电电压增加,放电过程释放能量增多,冲击波峰值压强也变大,最大压强可达1 MPa,同时冲击波峰值延后,冲击波持续时间变长。

陶瓷表面放电光泵浦源放电特性研究

为了提高表面放电光泵浦源的寿命,以Al2O3陶瓷作为放电基板,研制了分段表面放电光泵浦源。基于放电电压和电流波形,详细研究了泵浦源的放电周期,放电通道电阻,能量沉积效率和等离子体功率密度。发现泵浦源的放电周期、放电通道电阻和能量沉积效率均随放电间隙长度和混合气体气压的增大而变大,随充电电压的增加而减小;而等离子体功率密度主要取决于充电电压和放电间隙长度,基本不随混合气体气压的改变而变化。在充电电压为26.8 kV,气压为100 kPa,放电间隙长8 cm的条件下,泵浦源的能量沉积效率约为82%,等离子体功率密度达到了9.36 MW/cm。实验研究表明:Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源具有良好的放电特性,较同等条件下聚四氟乙烯表面放电光泵浦源的等离子体功率密度更高,可产生更强的真空紫外辐射,辐射亮度温度大于23 kK。Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源适用于光泵浦XeF2气体形成大功率XeF(C-A)蓝绿激光。

多通道沿面放电电学特性研究

介绍了一种多通道沿面放电光泵浦源,以聚四氟乙烯做绝缘基板,面积约10cm×10cm,其上均匀布置10对放电电极及对应的放电通道。在理论分析了泵浦源的触发特性后利用幅值25～40kV、上升时间约10ns的触发信号获得了多通道放电抖动<10ns的10通道均匀放电,实验研究了该泵浦源在多通道沿面放电下放电通道的电阻、电感及能量沉积效率等参数随储能、气体介质压强及放电通道数等实验条件的变化规律。当氮氩混合气体总气压0.1MPa(氮氩比例为3:7)、泵浦源储能电容0.5μF、充电电压20kV时,通道能量沉积效率约94%。实验结果表明:装置储能越小、介质气压越高、放电通道数越多,放电通道的电阻就越大、能量沉积效率越高。

印刷电路板激光投影成像照明系统均匀性分析

针对351 nm波长的XeF准分子激光器,自行设计了用于高精度、高产率、大面积且常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统。根据准分子激光的部分相干平顶高斯光束(PCFGB)理论模型,对微透镜阵列器(MLA)均束的衍射特性进行了理论分析。由PCFGB分布函数、稳定光强输出的衍射角和菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,定量分析衍射效应对MLA均束的影响。理论计算表明,微透镜边缘发生菲涅耳衍射和微透镜产生的多光束干涉都能引起光振幅调制,只不过衍射产生的尖峰更明显地出现在光束边缘。同时,由数值积分得到的PCFGB曲线,发现9×9 MLA均束器既能保证多个微透镜产生光束叠加的均匀性,又最大程度地减少了衍射和多光束干涉效应。通过采取加正六边形光阑的方法,不仅能满足大面积无缝扫描光刻的需要,而且能剪裁由衍射引起的光束边缘尖峰。由ZEMAX光学设计软件模拟其效果,显示其加工窗不大于士2%。