天博体育app下载kmlabs Xuus在25-50 nm处超快相干EUV₄™与连贯的Astrella®

简介

正如激光的发明在近几十年来彻底改变了科学技术一样，桌面规模的最新发展coherent在较短的波长，EUV和柔软的X射线上的激光源可能会对需要在这些短波长下需要激光样性能的科学和技术应用产生变革性的影响。天博体育app下载高峰值超快激光器驱动的高阶谐波生成（HHG）过程生成相干EUV。^[1]HHG光源的应用包括EUV光刻，光谱，显微镜，的计量学^[2]和分子的动态研究，^[3]磁性，^[4,5]材料，^[6]和纳米系统。^[7,8]根据申请要求，可以对HHG源特性进行量身定制以获得attosent Time分辨率或能量/频谱分辨率，高达30 MEV/0.1 nm，^[9-11]或以高达12 nm的空间分辨率启用相干成像。^[2]

在HHG过程中，强烈的飞秒激光聚焦于气体介质中，在气体的场电离过程中产生了高谐波。^[12]但是，最佳实现HHG源不仅是将光集中到气射流或单元格中的问题：转换为EUV的效率取决于多个参数，并且可能因幅度级而变化。在早期实验中，目标只是为了观察高谐波的产生，此优化（阶段匹配）并不重要。但是，由于这些来源被用于更具挑战性的现实应用程序，因此实现最高可能的通量变得越来越重要。过去，科学家经常仅花1 - 3年的时间实现即使那样，EUV中的通量测量值也很困难且容易出错，以至于源可能会大大不优化且功能不足，从而阻止了所需的应用中的成功。 成功实施基于HHG的EUV来源需要一种全面的方法，可以简化通量和频谱测量，并允许可靠的EUV通量规格。

KMLABS开发了技术来通过空心波导中的相匹配转换来提高EUV的效率，^[13-15]并在其商业Xuus中进一步优化了该技术₄™产品线。^[16]主力HHG“桌面X射线激光”系统的三个关键要素是：（1）强大的高平均功率，高重复率率率驾驶激光器； （2）用于高谐波产生的最佳成就，差异泵浦的气体目标几何； （3）设计的EUV输送系统，该系统设计为最大程度地减少损失和管理热负荷。这使得为​​应用提供稳定的高质量输出光束是可能的。 KMLABS提供了他们的Xuus₄™系统多年来，作为与其Dragon™和Wyvern™Ultrafast激光系统完全集成和指定的系统；但是，Xuus₄ ™和光束线系统可以由其他高质量的超快激光器（例如相干strella®）驱动，具有适当的脉冲持续时间，梁质量和稳定性规格。 

测试概述

用于测试的配置如图1所示。它由CooherentAstrella®组成，KMLABS XUUS₄ ™和一个模块化的EUV成像光谱仪光束线是KMLAB的标准光束线配置之一。在这里，我们总结了测试结果，并表明这种配置使得在磁通水平上的光子能量范围内产生稳定的EUV光输出，从而实现了一系列科学应用。整个系统，包括激光，XUUS₄ ™，光束线占据单一适度的光学表（〜5'x10'）。 

2.1 CooherentAstrella®

相干ASTRELLE®放大器激光系统是一种工业级的单箱超快TI：天博体育app下载Halt/Hass技术开发和构建的蓝宝石激光放大器，用于高可靠性和可靠的性能。它可以在800 nm处每脉冲最多7 mJ，在1 kHz的重复率下，<35 fs脉冲宽度（表1）。所有激光组件都处于紧凑型（26厘米x 79厘米x 125厘米）的头部，包括Vitara®振荡器，担架，带有连贯的Revolution®Q-Switched nd：YLF激光器的再生放大器，最终是脉冲压缩机。 Astrella®设计已经过广泛的测试，以实现可靠性和可靠的长期操作。

2.2 kmlabs Xuus₄ ™

kmlabs Xuus₄ ™是高度工程的HHG源和梁线系统，可让用户在安装一天内生成相干的EUV灯。 Xuus₄ ™TM HHG源以最佳的转换效率生产EUV，而光束线模块则大大简化了光束向实验的传递，并以最小的损失，最大的灵活性和广泛的用户自定义。这种方法降低了进入激动人心的激光科学技术新应用领域的进入障碍。

kmlabs的Xuus₄ ™系统建立在一个坚固的光力平台上。它以〜0.1- 6 mJ的能量，1-100 kHz重复率飞秒（〜<50 fs）激光束作为输入，并取决于XUUS₄ ™配置和驱动激光参数可产生一个连贯的EUV或软X射线梁，其波长可以跨越2到50 nm。 kmlabs xuus₄ ™将泵的光聚焦到充满气体的空心波导中^[13-15]将激光焦点保持在延长的长度上，同时还可以在激光束和气流的路径之间提供100％重叠。 Xuus₄ ™融合了专有的HHG WaveGuide墨盒设计，以实施该专利技术。优化的差分抽水可将气体天博体育app下载降至最低，即使是昂贵的HHG Gass，例如NE，KR和XE等经济天博体育app下载。在波导中产生的EUV在通过有效的差分抽水产生的真空路径中传播，以避免重新吸收产生的光。与汽油射流相比，气体消耗的数量级较小，差速抽水可以优化目标压力，同时天博体育app下载包括氦气在内的任何气体最小化真空泵加载（该气体需要高〜1 atm的目标压力，而该目标压力无法通过其他配置有效地维持）。不同的气体产生针对不同光谱区域进行优化的HHG光谱，XE/KR为更长的波长/较低的光子能提供了理想，并且最适合较短的波长（即13.5 nm）。。

，因为HHG的转换效率很大取决于峰值强度（即短脉冲，与M的紧密聚焦光束²〜1，最小的ASE），在将最佳光束传递到焦点时也受到了注意。 XUUS的专有激光束管理系统在长期操作中保持了来源的位置和通量稳定性。 这要归功于计算机辅助自动激光束对准和指向稳定系统。它还包括方便的实时激光束参数监视和记录系统。结果是EUV源的指向稳定性超过了驱动激光器的指向稳定性性能，这是在EUV波长处可靠对齐的关键要求。出色的长期和短期稳定性导致了至今实施的最稳定和最可用的HHG来源。这天博体育app下载户可以将源视为真正的桌面“ X射线激光器”，而不是本身就是实验。

测试结果

作为协作努力，KMLABS和CORERENT天博体育app下载生产Astrella®激光和XUUS进行了Coherent在Santa Clara的Coherent设施进行HHG测量₄™。在最初表征Astrella®输出并实现望远镜以调整输入梁大小后，安装了XUUS₄™发生了大约一天。

我们将HHG的组合XUUS/ASTRELLE®评估为两个波长区域：a）A）在氩气中产生的“近euv”光谱，光谱峰值达到〜35 nm； b）在氦气中产生的“深euv”光谱，光谱在13.5 nm处达到峰值。对于案例a）发现带有astrella®激光器的最佳脉冲能为1.5 mJ，而对于案例b）为6 mJ。 重要的是要注意，EUV生成不需要Astrella®激光器的全部输出，因此可以为其他目的保留脉冲能量的很大一部分，例如为泵浦探针实验泵送OPA。

表2总结了测得的关键EUV参数。为了获得通量的定量测量，我们天博体育app下载了EUV敏感的CCD摄像机，与可通过可衡量的EUV光电二极管进行了交叉引用，以及带有带有先前测量的横梁元素。附录A中更详细地讨论了光束线测试配置和校准方法。

The EUV spectrum obtained for case a) and b) are shown in Figure 2 and Figure 4 respectively, while the EUV beam power and pointing stability is shown in Figure 3. The shape of the EUV spectra are the result of several factors, including the peak intensity of the laser at the time during the pulse when the emission is bright and phase-matched, the re-absorption of the longer wavelengths in the氩气以及铝过滤器的传输，用于拒绝基本和低阶谐波。天博体育app下载AR气体记录的光谱，如图2所示，由奇数（17-27组成^th），达到23^rd。在检测器上测量的通量对应于1.2x10的通量¹¹（+/- 20％）光子/秒/23^rd35 nm的谐波（Hν= 35 eV）。在检测器上测得的通量为2.1x10⁷pH/sec，在这种情况下，天博体育app下载非常厚的高损失铝薄膜过滤器来衰减光束以避免检测器饱和并确保准确测量。

在天博体育app下载EUV光的设置实验中，源磁通量与实验的通量之间的通量之间的差异可能非常重要。即使在高度优化的光束线中，光损耗也对应于通常在0.1％-10％的范围内的吞吐量。确切的值取决于用于重新聚焦或选择特定波长的光学吞吐量，以及天博体育app下载薄膜滤波器的吞吐量，天博体育app下载的是任何可见光/NIR光（天博体育app下载对所有波长敏感的检测器时，都必须天博体育app下载任何可见光/NIR光（必要）。。实际实验应用的细节将确定光束输送系统所需的吞吐量，必须在实验吞吐量和可行性的任何计算中都可以考虑。

图4显示了天博体育app下载氦气的高能量HHG获得的情况B）。在这里，光谱在13.5 nm附近达到峰值，并且在优化后的通量确定为〜1.5 x 10⁷光子/秒/谐波，在源基于5.3x10检测器的测量通量⁴ph/sec。因此，天博体育app下载Astrella®可以天博体育app下载HHG至13.5 nm（92 eV）。但是，这种通量比35 nm处的通量低几个数量级。这种操作模式对于某些初步的光谱研究可能很有用，用户应该期望天博体育app下载Xuus₄™/astrella®设置主要用于HHG至Hν〜50 eV

摘要和结论

XUUS₄™系统是科罗拉多大学的Kapteyn/Murnane组超过20年的工作的高潮，其组开发了1）超快激光放大器系统的发展，生成20-30 FS脉冲的脉冲，2）探索大多数探索高性分子化进程的基本实验，以及3）的基础，3）苛刻的应用，例如高保真EUV成像。上面总结的测试结果为连贯的Astrella®的用户提供了一个可靠的基础，以期与KMLABS XUUS一起天博体育app下载激光时的期望₄™.

参考

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附录A：EUV通量测量方法

为了准确测量HHG通量，kmlabs天博体育app下载了光束线构型，如图5所示。在HHG Flux的准确测量中，有许多可能的陷阱 - 其中的主要是阻止all背景光撞击检测器，均以800 nm的基本驱动激光波长以及在检测器检测范围内的谐波波长处，但在光谱范围内的谐波波长处，这些波长的外部范围是光谱分辨的。 KMLABS开发了严格的程序，可以防止虚假测量结果。在最严格的过程中，天博体育app下载经过NIST校准的光电二极管测量HHG光束中的聚集通量，随后频谱分散到CCD上，以确定每个谐波顺序的通量。。

在这组测量值中，将CCD检测器与NistCalcal的二极管在KMLABS上进行了交叉校准，并天博体育app下载CCD确定通量测量。天博体育app下载略有不同的光束线配置对不同的光谱区域进行校准。例如，在图2的频谱中，天博体育app下载表3中概述的配置分离了来自30-50 nm的光谱。

天博体育app下载两个过滤器，以避免通过任何薄金属滤清器中不可避免地存在的小针孔泄漏任何800 nm的泄漏。此外，由于这些过滤器的吞吐量随着氧化而随时间减少，因此在线天博体育app下载了一系列三个过滤器。其中任何两个都足以阻止带外辐射，从而可以准确测量每个滤波器在感兴趣的光谱区域上的总透射。分散光谱的特征是CCD的特征，在该检测器上测量的综合计数估计的单光峰中的通量，以前交叉引用天博体育app下载天博体育app下载NIST校准的二极管测量的通量。然后考虑到梁线效率，可以在源的通量后备份。 对于13.5 nm的光谱测量，表4给出了光束线参数。