2025年3月25日，中國科學(xué)院空天信息研究院的一個團(tuán)隊成功研發(fā)出一種緊湊型固態(tài)納秒激光系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生193納米相干光，這是制造硅片的關(guān)鍵波長。這一突破性進(jìn)展有望大大提高半導(dǎo)體光刻的效率和精度，并為先進(jìn)制造技術(shù)開辟新途徑。

    一、技術(shù)原理與創(chuàng)新
    該激光系統(tǒng)采用自主研發(fā)的Yb:YAG晶體放大器，首先產(chǎn)生1030nm的激光，該激光分為兩部分。一部分通過四次諧波產(chǎn)生，得到輸出功率為1.2W的258nm激光；另一部分用于泵浦光參量放大器（OPA），產(chǎn)生平均輸出功率為700mW的1553nm激光。接著，將258nm激光和1553nm激光在級聯(lián)三硼酸鋰（LiB3O5）晶體中進(jìn)行頻率混合，從而產(chǎn)生所需的193nm激光以及平均功率為270mW的221nm激光。其中，193nm激光的平均功率為70mW，重復(fù)率為6kHz，對應(yīng)的脈沖能量超過10微焦耳（µJ），線寬小于880兆赫（MHz），半峰全寬小于0.11皮米（pm）。
    在1553nm光束的光路中引入螺旋相位板，將其高斯模式變?yōu)閿y帶軌道角動量（OAM）且拓?fù)潆姾蔀?的渦旋光束。利用該渦旋光束作為泵浦源進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，成功地將OAM轉(zhuǎn)移到193nm和221nm激光中，最終獲得了拓?fù)潆姾蔀?的193nm渦旋光束。這是首次用固態(tài)激光器產(chǎn)生193納米渦旋光束，為固態(tài)激光技術(shù)的應(yīng)用開辟了新的可能性。

    二、應(yīng)用前景
    1.半導(dǎo)體光刻
    在半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域，193nm波長的深紫外（DUV）光是目前高分辨率光刻的關(guān)鍵波長。傳統(tǒng)的DUV光源主要依賴于氬氟（ArF）準(zhǔn)分子激光器，但這種激光器存在體積大、功耗高、維護(hù)復(fù)雜等問題。而這種緊湊型固態(tài)DUV激光系統(tǒng)具有更高的相干性、更低的功耗和更小的體積，能夠大大提高半導(dǎo)體光刻的效率和精度，為先進(jìn)制造技術(shù)開辟新途徑。其窄線寬、高相干性和渦旋光束特性有助于實現(xiàn)更精細(xì)的光刻圖案和更高的加工精度，從而推動半導(dǎo)體物鏡工藝向更小的節(jié)點發(fā)展。
    2.其他領(lǐng)域
    除了半導(dǎo)體光刻，193nm的固態(tài)DUV激光器在高分辨率光譜、精密材料加工和量子技術(shù)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在高分辨率光譜中，窄線寬的激光可以用于精確測量物質(zhì)的光譜特性；在精密材料加工中，高相干性和高功率的激光可以實現(xiàn)更精細(xì)的加工；在量子技術(shù)中，渦旋光束的特殊性質(zhì)可以用于量子通信和光學(xué)微操作等領(lǐng)域。

    三、研究意義
    這一成果不僅在技術(shù)上取得了突破，而且在科學(xué)研究和實際應(yīng)用方面都具有重要意義。它為固態(tài)激光技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法，有望在多個領(lǐng)域帶來新的突破和發(fā)展。同時，這也標(biāo)志著我國在激光技術(shù)和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域取得了重要的進(jìn)展，為我國在相關(guān)領(lǐng)域的國際競爭中增添了新的優(yōu)勢。
    總之，中國科學(xué)院空天信息研究院團(tuán)隊研發(fā)的緊湊型固態(tài)納秒激光系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生193納米相干光和渦旋光束，為半導(dǎo)體光刻技術(shù)和其他領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這一研究成果已發(fā)表在《AdvancedPhotonicsNexus》上，將對未來的科技發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。