近日，中心李波副教授团队在面向极紫外光刻光源的短脉冲CO₂激光高效放大领域取得重要进展。该团队的研究论文“Optimization of efficiency of short-pulsed fast flow CO₂laser amplifier with dual-band and multispectral lines”在国际知名光学期刊《Optics Express》上发表。硕士生游聪为第一作者，华中科技大学光学与电子信息学院为论文第一完成单位。

图1 论文封面

13.5nm极紫外光源是新一代极紫外光刻机的关键核心部件，基于高功率、高重频、短脉冲CO₂激光驱动的等离子体极紫外光源是目前唯一的商用方案，使用轴快流CO₂激光放大器作为主放大器的主振荡功率放大结构是其核心技术之一。然而短脉冲相对于振荡器和长脉冲来说，对于增益的提取效率大幅降低，因此需要采用更多级的放大器和注入更高的电能才能达到更高EUV光功率所需的CO₂激光功率，随之带来的是结构复杂庞大、耗电量高、热负荷大、运行成本高等缺点。

团队使用双波段和多谱线技术，基于六温度模型和随机旋转弛豫模型，优化了短脉冲CO₂激光在轴快流CO₂激光放大器中的放大效率，成功证明了与单线10P（20）放大相比，10.6μm与9.6μm双波段双线15ns脉冲的提取效率提高了约70%，强于10.6μm单波段四线放大。此外，该研究不仅可以为短脉冲CO₂激光在轴快流CO₂激光放大器中的高效放大提供理论支撑，还可以优化放大器参数，以获得更高的放大输出能量。

图2双波段放大能级结构图

图3不同脉宽下多线对比单线提取效率的柱状图

图4(a)双波段多谱线与单波段多谱线放大提取效率随脉宽的变化；

(b)不同脉宽下,双波段双线与单波段双线分别与单线放大提取效率对比

论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.539532