橫流脈沖氣體激光器流場檢測及分析.pdf

1、橫流脈沖氣體激光器具有輸出功率高、效率高及成本低等優(yōu)點而得到廣泛研究，特別是紫外波段輸出的準(zhǔn)分子激光器在光刻領(lǐng)域獲得大量的應(yīng)用，目前已成為極大規(guī)模集成電路光刻的主流光源。該類型的氣體激光器通常都是采用脈沖放電的方式實現(xiàn)氣體增益，得到激光輸出，而流場的均勻性是決定高脈沖重復(fù)頻率和輸出能量穩(wěn)定性等參數(shù)的關(guān)鍵因素。
　　橫流脈沖氣體激光器的流場檢測的主要對象為激光器主放電區(qū)域的工作氣體密度均勻性，由于脈沖放電過程中在主放電區(qū)有大量能量快

2、速沉積，最后以熱能的形式表現(xiàn)出來，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)氣體密度的均勻性發(fā)生變化。本論文中主要采用光學(xué)檢測方法來對橫流脈沖氣體激光器的流場特性進行研究，重點研究了TEA CO2激光器和光刻機用高重頻準(zhǔn)分子激光器兩種橫流脈沖氣體激光器。論文的主要工作如下：
　　(1)研究了用于橫流脈沖氣體激光器流場的光學(xué)測試方法，分別搭建了基于馬赫曾德干涉法、紋影法和光束偏折法的三套實驗裝置，對這三種流場檢測方法的基本原理及在橫流脈沖氣體激光器的流場檢測中的

3、應(yīng)用特點進行了分析。
　　(2)采用上述三種流場檢測裝置對TEA CO2激光器腔內(nèi)的流場進行了實驗研究，觀察到了脈沖放電后腔內(nèi)流場的演化過程，并對腔內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的氣體流動速度進行了測量，此外還對循環(huán)系統(tǒng)中風(fēng)機的擾動進行了測量。另外通過三種流場檢測裝置的測量結(jié)果表明：干涉法能夠較全面地對放電區(qū)間較大，注入能量密度不是很高的TEA CO2激光器的流場進行檢測。
　　(3)利用干涉法對TEA CO2激光器脈沖放電后腔內(nèi)的激波和熱氣團

4、擾動規(guī)律和特性進行了研究，分析了三種激波擾動源和激波在腔內(nèi)的傳播規(guī)律，以及熱氣團的產(chǎn)生和發(fā)展過程。并進一步分析了激光器充電電壓、氣體壓強和氣體成分等不同工作參數(shù)對激波和熱氣團擾動規(guī)律的影響。
　　(4)研究了光刻機用準(zhǔn)分子激光器的腔內(nèi)流場擾動，對比了三種測試方法的實驗結(jié)果，確定了利用紋影法和光束偏折法來對光刻機用準(zhǔn)分子激光器流場擾動的空間演化和時間演化進行測量。并進一步利用高靈敏度的光束偏折法對腔內(nèi)的剩余擾動進行定量的測量，并觀察