Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Unterdrückung von Strah- lungsrückkopplung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Laseranlage mit einer solchen Anordnung.

Bei der Mehrzahl der Anwendungen von Hochleistungslasern, von den typischen Einsatzfällen in der Lasermaterialbearbeitung bis hin zu so spezifischen Anord- nungen wie der Erzeugung von EUV-Strahlung, sind u.a. zwei Problemstellungen relevant: Erstens die Fokussierbarkeit der Strahlung, die von der Strahlqualität abhängt, und zweitens die Unterdrückung der Strahlungsrückkopplung zwischen Laser und Laserstrahlziel. Im charakteristischen Fall wird so fokussiert, dass der Fokus auf oder zumindest in der Nähe der Oberfläche des Laserstrahlziels liegt. Das bedeutet, dass fast die gesamte, aus dem Fokusvolumen in Richtung Fokus- sierelement zurückreflektierte bzw. -gestreute Strahlung quasi optimal paralleli- siert in Richtung Laser läuft. Diese kann vor allem bei hochreflektierenden Mate- rialien wie Kupfer oder Aluminium und bei ebenen Werkstückoberflächen be- trächtliche Werte erreichen, die weit über 10% der auf das Werkstück fallenden Strahlungsleistung liegen können. Speziell bei EUV-Anlagen treten Rückreflexe vom Tröpfchen oder vielen anderen Glintquellen (glitzernden Quellen) auf. Da das Auskoppelelement eines Lasers mehr oder weniger teildurchlässig ist, ge- langt ein wesentlicher Teil dieser Strahlung in den Resonator und sorgt für einen unerwünschten Abbau der Besetzungsinversion. Unerwünscht deshalb, da die vom Laserstrahlziel kommende Strahlung erstens statistische Intensitätsschwan- kungen aufweist und zweitens die Kohärenzeigenschaften der ursprünglichen La- serstrahlung weitgehend verloren hat. Wird diese Strahlung dann im Resonator verstärkt, werden damit sowohl die mühsam erzeugte transversale Modenstruk- tur (möglichst TEM ₀₀ ) als auch bei gepulsten Lasern der P(t)-Verlauf gravierend verschlechtert.

Zur Unterdrückung der genannten Rückkopplung werden seit langem für unter- schiedlichste Lasertypen vor allem Kombinationen aus polarisationsempfindlichen Reflexions- oder Transmissions-Bauelementen (für CO ₂ -Laser sind dies üblicher- weise ATFR-Spiegel oder Anordnungen von Brewsterplatten) mit l/4- Phasenschiebem (typischerweise in Form von Phasenschieberspiegeln) genutzt. Diese haben sogar eine Doppelfunktion, da neben der Strahlungsentkopplung die häufig gewünschte zirkulare Polarisation der zum Laserstrahlziel laufenden Strah- lung erzeugt wird. Die Entkopplung mit solchen Anordnungen ist allerdings nicht optimal, was erstens auf die Unvollkommenheit der optischen Bauelemente, zweitens auf Mängel in der Justierung und drittens auf die Beeinflussung der Po- larisation der rücklaufenden Strahlung bei der Wechselwirkung mit dem Laser- strahlziel zurückzuführen ist. Aus diesen Gründen gelangen stets mehrere Pro- zent dieser Strahlung in den Resonator, was allerdings bei vielen Anwendungen, z.B. bei cw-Betrieb des Lasers, bei dem kontinuierlich die Inversion abgebaut und auf einem relativ niedrigen Level gehalten wird, i.A. keine merklichen Folgen für den Bearbeitungsprozess hat. Bei bestimmten externen, d.h. außerhalb des Laserresonators vorgenommenen definierten Strahlformungen, kann die Rückkopplung ebenfalls zu dramatischen Verschlechterungen des gewünschten Ergebnisses führen, auch wenn der Laser selbst im kontinuierlichen Betrieb arbeitet.

Noch kritischer stellt sich die Situation bei einem gütegeschalteten Laser für hohe Spitzenleistungen dar. Das Prinzip der Güteschaltung beruht auf einer extremen temporären Überhöhung der Besetzungsinversion und damit der Verstärkung im aktiven Medium als Voraussetzung für die gezielte Erzeugung der leistungsstar- ken Strahlungsimpulse. In diesem Zeitpunkt der maximalen Verstärkung ist das System außerordentlich anfällig für die Wirkung kleinster unerwünscht in das ak- tive Medium rückgekoppelter Strahlungsmengen, die dann auf einem „round trip" im Resonator ohne weiteres um einen Faktor 10 ⁴ bis 10 ⁵ verstärkt werden kön- nen. Es ist klar, dass dies gravierende Auswirkungen auf die Pulserzeugung hat, da der gewünschte Aufbau der Besetzungsinversion massiv gestört wird. Hier reicht die vorstehend dargestellte „klassische" Entkopplung nicht mehr aus, es müssen zusätzliche effiziente Entkopplungsvarianten eingesetzt werden.

Ähnlich sensibel sind Laser-Verstärker-Anordnungen für höchste Leistungen, bei denen die vom Laserstrahlziel in Richtung Laser zurücklaufende Strahlung sogar noch vor Erreichen des Lasers die Verstärkerstufen passieren muss und dabei drastisch verstärkt wird. Ein aktuelles Beispiel für diese Situation sind die Anla- gen zur Erzeugung von EUV-Strahlung, bei denen ein CO ₂ -Seed-Laser die außer- ordentlich genau definierten Primär-Strahlungsimpulse erzeugt, die anschließend hoch verstärkt und auf das Laserstrahlziel (typischerweise in Form eines Tröpf- chens) fokussiert werden. Die dabei zurückgestreute Strahlung darf den Strah- lerzeugungsprozess nicht beeinflussen, d.h. auch hier bestehen höchste Anforde- rungen an die Entkopplung. Aus der Patentanmeldung DE 10 2015 211 426 Al ist bekannt, dass ein effizienter optischer Isolator, praktisch ein „optisches Tor" für kurze Impulse, mittels geeigneter Anordnungen passiver (Polarisationsstrahl- teiler) und aktiver (elektrooptischer Modulator) polarisationsselektiver Bauele- mente unter Ausnutzung der Laufzeit der Strahlungsimpulse im Verstärkersys- tem realisiert werden kann. Da diese Laufzeit i.A. sehr kurz ist (z.B. < 60ns bei Laufwegen bis etwa 20m), ist das Verfahren auf entsprechend kurze Impulse eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine hocheffektive Anordnung zur Strahlungsentkopplung zwischen einem Laser als Strahlungsquelle und einem Laserstrahlziel, das mit dieser Strahlung beaufschlagt wird, bereitzustellen. Dabei soll diese Anordnung nicht auf dynamische Bauelemente wie schnelle Modulato- ren mit aufwendiger Ansteuerung und gegebenenfalls Synchronisierung mit ge- pulste r Strahlung angewiesen sein, sondern eine feste, stationäre Entkopplungs- wirkung sowohl für kurze Impulse im ns - Bereich bis hin zu cw-Strahlung besit- zen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Laseranlage mit einer solchen Anordnung bereitzustellen. Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Laseranlage gemäß Patentan- spruch 9. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch eine Anordnung zur Füh- rung eines primären Laserstrahls auf einem Strahl weg. Die Anordnung ist weiter- hin dazu ausgebildet, zumindest teilweise einen von einem Laserstrahlziel reflek- tierten sekundären Laserstrahls zu führen. Die Anordnung weist folgende Kom- ponenten auf, durch die der Strahlweg des primären Laserstrahls geführt ist: a) Ein wellenlängenselektives Element; b) ein erstes Fabry-Perot-Interferometer, das in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 6° zur optischen Achse des Fabry-Perot- Interferometers im Strahlweg des primären Laserstrahls angeordnet ist; c) einen Polarisator; d) einen l/4-Phasenschieber.

Der neue Ansatz gemäß der Erfindung beruht auf der Kombination der „klassi- schen" Entkopplung mittels l/4-Phasenschieber und polarisationsempfindlichem Reflexions- oder Transmissions-Bauelement mit der Wirkung eines Fabry-Perot- Interferometers (FPI). Neben der außerordentlich effizienten Entkopplungswir- kung besitzt die Anordnung quasi nebenbei noch eine wirksame Verbesserung der Qualität der zum Laserstrahlziel laufenden Strahlung durch die Nutzung der spezifischen Eigenschaften des integrierten FPL

Der Grundgedanke aller Entkopplungsmethoden beruht darauf, einen generierten (oder bereits vorhandenen) Unterschied in den Parametern der hin- und der rücklaufenden Welle zur Vernichtung der rücklaufenden Welle zu nutzen. Bei der herkömmlichen Entkopplung ist dieser Parameter die Polarisation. Es gibt aber noch weitere Unterschiede zwischen diesen beiden Wellen, die mehr oder weni- ger ausgeprägt sein können. Diese sind:

1.) Die Divergenz: Bei der zum Laserstrahlziel laufenden Welle entspricht sie typischerweise der Divergenz des reinen Laserstrahles und liegt in der

Größenordnung 1 mrad. Die rücklaufende Welle wird, da erstens LA. keine ideale Reflexion an einem ideal ebenen Laserstrahlziel und zweitens keine völlig ideale Fokuslage auf der Oberfläche des Laserstrahlziels (gewollt o- der ungewollt) vorliegt, gemittelt über das gesamte Intensitätsprofil nach der Fokussierlinse ein merklich anderes („schlechteres") Divergenzverhal- ten besitzen,

2.) Die Strahlrichtung: Da erstens (gewollt oder ungewollt) keine ideale Or- thogonalität zwischen Strahlachse und Oberfläche des Laserstrahlziels und zweitens i.A. (gewollt oder ungewollt) keine ideale Fokuslage auf der Ober- fläche des Laserstrahlziels vorliegen, treten (wenn auch kleine) Unter- schiede in der Strahlrichtung von hin- und rücklaufendem Bündel auf.

3.) Die Kohärenz: Während sich der Original-Laserstrahl i.A. durch gute Kohä- renz auszeichnet, wird letztere durch die Reflexion oder Streuung an der

Oberfläche des Laserstrahlziels relevant beeinflusst, d.h. das rücklaufende Bündel hat eine merklich schlechtere Kohärenz. Die Polarisation: Die Laserstrahlung ist fast immer streng linear polarisiert.

Hinter einem l/4-Phasenschieber wird daraus im Idealfall zirkular polari- sierte Strahlung, die zum Laserstrahlziel läuft. Der nach der Wechselwir- kung mit dem Laserstrahlziel zurücklaufende Strahlungsanteil ist wegen der für die Reflexion bzw. Streuung verantwortlichen physikalischen

Grundprozesse jedoch nur noch unvollkommen zirkular polarisiert, so dass nach dessen Passieren des l/4-Phasenschiebers nicht die gewünschte ideal linear, aber senkrecht zur hinlaufenden Strahlung polarisierte Welle ent- steht und damit deren Vernichtung durch das polarisationsempfindliche Bauelement nur unvollkommen erfolgen kann. Die Leistung: Sie ist in typischen Anlagen für die Materialbearbeitung mit einem Hochleistungslaser für das hinlaufende Bündel maximal, für das rücklaufende durch die Wechselwirkung mit dem Laserstrahlziel und die optischen Bauelemente mehr oder weniger stark reduziert. In Laser-

Verstärker-Anordnungen (wie z.B. bei EUV-Systemen) kann sich aber auch die umgekehrte Situation ergeben, wenn der Punkt der Betrachtung, wel- cher der Anordnung des Entkopplungssystems entsprechen soll, zwischen dem (relativ leistungsschwachen) Seed-Laser und dem Hochleistungsver- stärker, der natürlich auch die rücklaufende Strahlung hoch verstärkt, liegt. Wirkung des Plasmas: Praktisch alle hier diskutierten Bearbeitungsaufga- ben sind mit der Entstehung eines Plasmafunkens, der direkt auf der Ober- fläche des Laserstrahlziels entsteht, bzw. sogar mit der Transformation des kompletten Laserstrahlziels/Tröpfchens in Plasma gekoppelt. Dessen Wir- kung z. B. auf die Richtung des fokussierten Bündels ist wegen seiner Nä- he zum Laserstrahiziel meistens vernachlässigbar, ist aber für Richtung, Divergenz, Frequenz und Leistung des rücklaufenden Bündels relevant. Die Wellenlänge (Frequenz): Wird das hinlaufende Bündel an einem sehr schnell bewegten Laserstrahlziel (z.B. einem schnell expandierenden Plas- ma) gestreut bzw. reflektiert, wird dem rücklaufenden Bündel gemäß dem Dopplereffekt eine gewisse Frequenz- bzw. Wellenlängenänderung aufge- prägt.

Alle aufgezählten Eigenschaften sind für das Transmissions- und Reflexionsver- halten eines FPI relevant und können in ihrer Summe zu einer Unterdrückung der rücklaufenden Welle genutzt werden.

Zum besseren Verständnis der wichtigsten Zusammenhänge werden nachfolgend die allgemeinen Eigenschaften eines FPI kurz diskutiert:

Die Transmission T _m des FPI als Funktion der Wellenlänge λ, der Plattenreflekti- vität R und des Plattenabstandes a berechnet sich gemäß

Für ein verlustfreies FPI gelten ferner die einfachen Beziehungen und

Für den Kontrast in Transmission, d.h. das Verhältnis der maximalen zur minima- len Transmission, gilt

Typische, für die Entkopplung in Betracht kommende FPI sind solche mit R = 0,5 und R = 0,8, für die sich Kontraste von 9 bzw. 81 ergeben. Allgemein kann man den sinnvoll nutzbaren R-Bereich beschränken auf 0,3 < R < 0,9. Später ist noch zu diskutieren, welche Wahl getroffen werden muss, wenn möglichst hohe Leis- tungen der Größenordnung 1 kW zu entkoppeln sind. Dann spielt nämlich ein weiterer Parameter, die Überhöhung der Leistung im FPI-Inneren P _FPI bei maxi- maler Transmission T _FPI = 1 eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die Belastung der FPI-Platten: Schließlich ist ein ganz wesentlicher Parameter für die angestrebte Entkopp- lungswirkung eines FPI seine Finesse F, die das Verhältnis von Periodenbreite zu Halbwertsbreite des Transmissionspeaks angibt: Für R = 0,8 ergibt sich z. B. eine Finesse von 14, die entscheidend mitbestimmt, wie empfindlich die Transmission eines FPI von der Einstrahlrichtung in Kombina- tion mit dem Plattenabstand a abhängt.

Die starke Winkelabhängigkeit der FPI-Transmission legt eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Anordnung gemäß der Erfindung nahe: Die Verbesserung der Strahlqualität des erzeugten Laserbündels durch die räumliche Filterwirkung des FPI mit optimiertem Plattenabstand.

Die Anordnung kann in Form einer Einheit, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse, angeordnet sein.

Der Winkel der optischen Achse des ersten Fabry-Perot-Interferometers zum Strahlweg beträgt vorzugsweise weniger als 5°, insbesondere weniger als 4°, besonders bevorzugt weniger als 3°. Hierdurch kann die Anordnung besonders effizient betrieben werden.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Anordnung einen ersten Absorber zur Absorption des vom ersten Fabry-Perot-Interferometer re- flektierten Anteils des primären Laserstrahls auf. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Anordnung einen zweiten Absorber zur Absorption des vom ersten Fabry-Perot-Interferometer reflektierten Anteils des sekundären Laserstrahls aufweisen. Durch den bzw. die Absorber kann eine Auskopplung der unerwünsch- ten Rückstrahlung sichergestellt werden. Um den Anteil unerwünschter Rückstrahlung bestimmen zu können, kann der erste Absorber und/oder der zweite Absorber jeweils in Form eines Strahlungsde- tektors ausgebildet sein. Die vorgenannten optischen Bauelemente sind für den primären Laserstrahl vor- zugsweise in folgender Reihenfolge angeordnet:

1.) Wellenlängenselektives Element;

2.) erstes Fabry-Perot-Interferometer; 3.) Polarisator;

4.) l/4-Phasenschieber.

Ein Fokussierelement kann nach dem l/4-Phasenschieber angeordnet sein. Be- sonders bevorzugt sind keine weiteren Bauelemente zwischen den vorgenannten Komponenten angeordnet.

Das erste Fabry-Perot-Interferometer kann zwei Platten aus transparentem Ma- terial aufweisen, deren sich gegenüberstehende Seiten eine Reflektivität R zwi- schen 0,3 und 0,9 aufweisen. Die Seiten weisen vorzugsweise eine Reflektivität R zwischen 0,5 und 0,8 auf. Die Platten weisen alternativ oder zusätzlich dazu vor- zugsweise einen Abstand zwischen 1 mm und 1000mm auf, insbesondere zwi- schen 10 mm und 30 mm. Die Platten sind bevorzugt aus ZnSe oder Diamant ausgebildet. Weiter bevorzugt ist das wellenlängenselektive Element in Form eines Beu- gungsgitters ausgebildet. Die Blaze-Wellenlänge des Beugungsgitters entspricht vorzugsweise der Wellenlänge des primären Laserstrahls.

Der Polarisator ist vorzugsweise in Form eines Absorbing Thin Film Reflector (ATFR) Spiegels ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich dazu ist der l/4- Phasenschieber vorzugsweise in Form eines l/4-Phasenschieberspiegels ausge- bildet.

Die vorgenannten Merkmale der optischen Bauelemente ermöglichen einen kon- struktiv einfachen Aufbau der Anordnung bei hoher Leistungsfähigkeit.

Die Anordnung kann eine Teleskopanordnung zur Aufweitung des primären La- serstrahls vor dem ersten Fabry-Perot-Interferometer aufweisen. Hierdurch kann das erste Fabry-Perot-Interferometer mit besonders hoher Leistung bestrahlt werden.

Der Faktor der Aufweitung liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 5, besonders be- vorzugt zwischen 1,5 und 3.

Die Anordnung kann ein dem ersten Fa b ry - Pe rot- 1 n te rf e ro m ete r nachgeordnetes zweites Fabry-Perot-Interferometer aufweisen. Hierdurch kann die Entkopplungs- effizienz signifikant gesteigert werden. Weiter bevorzugt ist dem zweiten Fabry- Perot-Interferometer ein drittes Fabry-Perot-Interferometer nachgeordnet. Die Reflektivität R der Platten der weiteren Fabry-Perot-Interferometer liegt vor- zugsweise zwischen 0,2 und 0,7, besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5. Weiter bevorzugt werden Interferometer mit unterschiedlicher Reflektivität R eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Laseranlage mit einer Laserstrahlquelle zur Abgabe eines primären Laserstrahls, einem Laser- strahlziel sowie einer hier beschriebenen Anordnung zur Führung des primären Laserstrahls, wobei der Strahlweg der Anordnung zwischen der Laserstrahlquelie und dem Laserstrahlziel verläuft.

Die Laserstrahlquelle ist vorzugsweise in Form einer Hochleistungs- Laserstrahlquelle zur Abgabe eines primären Laserstrahls mit einer mittleren Leistung von zumindest 1 kW ausgebildet. Die Laserstrahlquelle ist insbesondere in Form einer CO ₂ -Laserstrahlquelle ausgebildet. Die Laserstrahlquelle kann zur Abgabe eines primären Laserstrahls in Form von Strahlungspulsen mit Pulsdauern zwischen 10 ^-9 s und 10 ^'6 s vorgesehen sein. Die Laseranlage ist hierdurch besonders gut zur Erzeugung von EUV-Strahlung geeignet. Die Laseranlage kann ein Verstärkersystem aufweisen, das auf dem Strahl weg zwischen dem Laserstrahlziel und der Laserstrahlquelle angeordnet ist, wobei die Anordnung zwischen dem Ve rstä r ke rsy ste m und der Laserstrahlquelle angeord- net ist. Die Laseranlage kann darüber hinaus eine weitere hier beschriebene An- Ordnung aufweisen, die zwischen dem Verstärkersystem und dem Laserstrahlziel angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Laseranlage einen weite- ren l/4-Phasenschieber aufweisen, der zwischen dem Ve rstä r kersyste m und der weiteren Anordnung angeordnet ist. Mittels eines oder mehrerer dieser Merkmale ist eine besonders leistungsfähige und konstruktiv kompakt ausgebildete Laser- anlage realisierbar.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Laserstrahlziel zur Abstrahlung von EUV-Strahlung bei Bestrahlung mit dem primären Laserstrahl ausgebildet. Das Laserstrahlziel kann dabei in Form eines Tröpfchens ausgebildet sein. Das Laserstrahlziel ist vorzugsweise in Form eines Zinn-Tröpfchens ausge- bildet.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer hier beschriebenen Anord- nung und/oder einer hier beschriebenen Laseranlage in einer Anlage zur Erzeu- gung von EUV-Strahlung, insbesondere einer EUV-Lithografie-Anlage.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich- nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführ- ten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be- liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, son- dern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Fig. 1 zeigt Messungen zur Wirkung einer Unterdrückung der Strahlungs- rückkopplung auf die Ausbildung definierter Strahlungsimpulse;

Fig. 2 zeigt den Grundaufbau eines Fabry-Perot-Interferometers (FPI);

Fig. 3 zeigt die Transmissionskurven eines FPI für drei ausgewählte Plat- tenreflektivitäten R;

Fig. 4 zeigt schematisch die Trennung von einfallendem und reflektiertem

Laserstrahlbündel am FPI; Fig. 5 zeigt eine Rechnung zur relativen Lage einer um 100 MHz frequenz- verschobenen rücklaufenden Welle für ein FPI mit dem Plattenab- stand a = 10 cm und einer Finesse von 14;

Fig. 6 zeigt beispielhaft eine Messung der Strahlungsfilterung mittels eines FPI;

Fig. 7 zeigt den stark schematisierten Grundaufbau einer Anordnung ge- mäß der Erfindung;

Fig. 8 zeigt einen Aufbau gemäß der Erfindung für eine Laseranlage in Form einer Laser-Verstärker-Anordnung ; Fig. 9 zeigt die Aufweitung eines Strahlungsbündels hoher Leistung mittels eines Teleskops; und

Fig. 10 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines FPI-Tandems.

Fig. 1 zeigt ein charakteristisches Beispiel für die Notwendigkeit der Unterdrü- ckung der Strahlungsrückkopplung, bei dem mittels eines Interferenz- Laserstrahlungsmodulators aus der cw-Strahlung eines CO ₂ -Lasers definierte Im- pulse geformt werden sollten. Ohne Unterdrückung der Rückkopplung ergab sich der in Fig. la gezeigte, fast statistische P(t)-Verlauf, bei Einsatz der Entkopplung mittels ATFR-Spiegel und l/4-Phasenschieberspiegel die saubere gewünschte Pulsfunktion gemäß Fig. lb. Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel betrifft eine spezielle Anwendung definierter Strahlungsimpulse (Methode des Elementarvolumen- Abtrags - EVA) in der Feinbearbeitung mittels eines CO ₂ -Lasers. Dabei wurde mit Hilfe eines speziellen Interferenz-Laserstrahlungsmodulators (ILM), der auf ei- nem schnell durchstimmbaren FPI beruht, der gewünschte Pulszug aus der an sich kontinuierlichen Laserstrahlung erzeugt. Ohne Strahlungsentkopplung wird dieser Mechanismus empfindlich gestört. Es treten mehr oder weniger statistisch unerwünschte Impulse auf, wobei bereits an diesem Beispiel ein wichtiger Faktor beim Einsatz von Interferometern sichtbar wird: Die starke Abhängigkeit der FPI- Transmission von der Wellenlänge der Strahlung. Im dargestellten Beispiel be- ruht die Impulserzeugung auf der schnellen Umschaltung des ILM zwischen ma- ximaler Transmission und maximaler Reflexion, was natürlich nur für eine defi- nierte Wellenlänge funktioniert. Ohne Strahlungsentkopplung und ohne spezielle wellenlängenselektive Elemente (z.B. Gitter) zur Sicherung dieser definierten Wellenlänge kann jedoch beispielsweise ein Hochleistungs-CO ₂ -Laser, bei dem potentiell zahlreiche Rotations-Schwingungs-Übergänge zwischen 9 pm und 11 pm zur Verfügung stehen, parasitär anschwingen, auch wenn das FPI für die ei- gentlich gewünschte Wellenlänge gesperrt ist. Das zeigt sich instruktiv in Fig. la. Diese Tatsache muss auch bei der erfindungsgemäßen Lösung berücksichtigt werden, d.h. durch Integration eines wellenlängenselektiven Elementes muss das System auf eine ausgewählte Wellenlänge fixiert werden. Bei diesen Überlegun- gen ist generell zu beachten, dass trotz aller Verluste auf dem Strahlweg der Endspiegel des Laserresonators auf der einen und das Laserstrahlziel auf der an- deren Seite einen Resonator bilden. Daraus resultiert die Gefahr eines parasitä- ren Anschwingens, wobei sich bei entsprechender Möglichkeit die Strahlung ge- nau die Wellenlänge „aussuchen" wird, für welche das Verhältnis von Gewinn zu Verlusten am größten ist. Genau diese Möglichkeit unterbindet ein frequenzselek- tives Element, das gegebenenfalls bereits in den Laserresonator selbst integriert werden kann.

Fig. 2 zeigt den Grundaufbau eines FPI 10 mit Platten 12a und 12b im Abstand a zur Illustration der vorstehend aufgezählten Eigenschaften. Vorteilhafterweise wird man in der erfindungsgemäßen Lösung, bei der es häufig auf die Verarbei- tung hoher Leistungen ankommt, z.B. von mittleren Leistungen im Bereich von 1 kW und mehr, ein FPI 10 des dargestellten Aufbaus anwenden, bei dem sich zwi- schen den beiden entscheidenden Flächen der Reflektivität R Luft befindet. Dadurch ist die schädliche Wirkung der FPI-internen Leistungsüberhöhung, ins- besondere beim Einsatz von größeren R (R > 0,5), auf die R-Beschichtung selbst reduziert. Die mehr oder weniger große Grundabsorption des Trägermaterials der FPI-Platten 12a, 12b spielt eine untergeordnete Rolle. Bei den hier generell aus- führlicher diskutierten CO ₂ -Lasersystemen wird das Trägermaterial La. ZnSe oder Diamant sein. Mit „AR" sind in Fig. 2 Anti-Reflexionsbeschichtungen gekenn- zeichnet.

Fig. 3 zeigt die theoretische Transmission eines FPI 10 als Funktion des Platten- abstandes a für drei ausgewählte Reflektivitäten R. Sie veranschaulicht die starke R-Abhängigkeit von Kontrast und Finesse, die beide entscheidend für die Wirkung des FPI 10 zur Unterdrückung der Strahlungsrückkopplung zwischen Laserstrahl- ziel und Laserstrahlquelle sind. Dies betrifft sowohl die Empfindlichkeit gegenüber kleinsten Winkeländerungen des Strahlungseinfalls auf das FPI 10 als auch Fre- quenz- bzw. Wellenlängenänderungen der vom Laserstrahlziel zurücklaufenden Strahlung, die sich z.B. bei der Reflexion bzw. Streuung an einem schnell expan- dierenden Plasma, wie es für die Erzeugung von EUV-Strahlung charakteristisch ist, ergeben.

Neben der Reflektivität R sind aber noch zwei andere Größen für die FPI-Wirkung entscheidend. Das ist einmal der Plattenabstand a und zum anderen der Einfalls- winkel d der Strahlung relativ zur FPI-Achse. Letzterer ist von großer praktischer Bedeutung, da selbstverständlich dafür gesorgt werden muss, dass die vom FPI reflektierte Strahlung (das betrifft sowohl die von der Laserstrahlquelle zum La- serstrahlziel (Target) laufende Strahlung als auch die zurücklaufende Strahlung) aus dem Hauptstrahlengang entfernt wird. Insbesondere bei Laser-Verstärker- Systemen muss unbedingt verhindert werden, dass das FPI 10 einen Spiegel bil- det, der die Verstärkerkette anschwingen lässt.

Um diese Forderungen zu erfüllen, ist ein Mindestwinkel d nötig, der nach einer vorgegeben Strecke s für die Trennung von einfallendem und reflektiertem Bün- del ausreicht (siehe Fig. 4). Gleichzeitig sind jedoch vorzugsweise zwei Faktoren im Hinblick auf die FPI-Funktion zu beachten. Für eine effiziente Entkopplungs- wirkung des FPI 10 ist ein ausreichend großer Plattenabstand a bevorzugt. Des- sen optimale Größe hängt entscheidend vom jeweiligen Parameter der rücklau- fenden Strahlung ab, der vorrangig für die Entkopplung wirksam wird. Wegen der hohen Selektivität eines FPI 10 bezüglich des Einfallswinkels d sind für die Unter- drückung der Strahlungsanteile im rücklaufenden Strahl mit Divergenzen bzw. Neigungen gegen die FPI-Ache > 1 mrad bereits Plattenabstände a im cm- bevorzugt, wenn man eine Finesse des FPI von 14 voraussetzt. Ist der für die Entkopplung einflussgebende Parameter eine Frequenzverschiebung durch Dopp- lereffekt an einem schnell bewegten Laserstrahlziel, sind wesentlich größere Plat- tenabstände a bevorzugt. Nimmt man z.B. bei der EUV-Erzeugung eine Dopp- lerverschiebung von etwa 100 MHz an dem extrem rasch expandierenden Plasma des bestrahlten Tröpfchens an, sollte a für eine effiziente Entkopplungswirkung vorzugsweise mindestens 10 cm betragen (vgl. Fig. 5). Diese Forderung relati- viert sich allerdings, wenn man berücksichtigt, dass bei einer Frequenzverschie- bung von 100 MHz der optische Gewinn der aktiven Media z.B. von CO ₂ -Lasern bzw. -Verstärkern wesentlich sinkt, sodass hier ein zweiter Effekt auftritt, der zur Unterdrückung der zurücklaufenden Welle beiträgt. Diese Tatsache kommt der Konzeption des „optimalen" FPI 10 sehr entgegen, denn es muss berücksichtigt werden, dass sich mit wachsendem a und noch drastischer mit gleichzeitig wach- sendem d das in Fig. 3 gezeigte ideale FPI-Verhalten, bei dem senkrechte Inzi- denz und monochromatische Strahlung angenommen wurden, verschlechtert. Insbesondere wird sich die Maximaltransmission immer weiter vom Idealwert 1 entfernen, die Verluste für den Arbeitsstrahl also zunehmen. Als pauschale Opti- mierungsregel für den Plattenabstand a des FPI folgt daraus, dass a so groß wie nötig, aber so klein wie möglich zu wählen ist.

Fig. 4 illustriert noch einmal die beschriebenen geometrischen Verhältnisse. Als Randbedingungen sind dabei zu erfüllen, dass erstens eine saubere Trennung eines einfallenden Laserstrahlbündels 14 mit Durchmesser D vom am FPI 10 re- flektierten Anteil 16 mit etwa dem gleichen Durchmesser gewährleistet sein muss und zweitens dabei die erforderliche Strecke s nicht zu groß, der Winkel d also nicht zu klein sein sollte. Drittens ist die Rolle von d relativ komplex: Im Sinne einer hohen Filterwirkung bezüglich unerwünschter Strahlung und einer hohen Effizienz bei der Strahlungsentkopplung sollte d ebenfalls nicht zu klein sein, andererseits verschlechtert sich, wie vorstehend bereits gesagt, mit wach- sendem d die Maximaltransmission, die selbstverständlich für den Arbeitsstrahl nahe 1 sein sollte. Das Laserstrahlbündel 14 tritt dabei in Fig. 4 aus einem wel- lenlängenselektiven Element 18 aus.

In Abhängigkeit von den konkreten Gegebenheiten, insbesondere den Eigen- schäften des Laserstrahls selbst, ist d folglich vorzugsweise zu optimieren. Diese Optimierung ist eng an den Abstand a der FPI-Platten 12a, 12b gekoppelt, da letztlich neben der Platten reflektivität R die beiden geometrischen Parameter a und d die Wirksamkeit der beschriebenen Anordnung bestimmen. Nimmt man für die Divergenz der Laserstrahlung etwa 1 mrad an, lassen sich die geschilderten Forderungen mit „vernünftigen" Werten für a, wie vorstehend ausgeführt, im Be- reich bis etwa 10 cm, für D ca. 10 mm, für d = 2,5° und für s ab etwa 20 cm gut erfüllen. R = 0,8, also eine Finesse von 14 vorausgesetzt, kann dann für die drei relevanten Parameter Strahldivergenz, Neigung und Frequenzverschiebung ge- genüber dem Arbeitsstrahl mit hoher Wirksamkeit des FPI 10 im gewünschten Sinne gerechnet werden. Konkret heißt das, dass bei einem Justierzustand, der T ≈ 1 für den Arbeitsstrahl entspricht, die zu „vernichtenden" Strahlanteile (d.h. Strahlanteile geringer Strahlqualität und damit höherer Divergenz als typischer- weise 1 mrad im hinlaufenden Strahl sowie Strahlanteile im rücklaufenden Strahl mit Divergenzen bzw. Neigungen gegen die FPI-Ache > 1 mrad oder Frequenz- verschiebungen der Größenordnung 100 MHz. z.B. durch Dopplereffekt an einem schnell bewegten Laserstrahlziel) in den Bereich hoher Reflexion ( R _FPI > 0,8) ge- schoben werden und damit einfach eliminiert werden können. Im Hinblick auf die Rolle der diskutierten Frequenzverschiebung für die FPI-Wirkung bei der Strah- lungsentkopplung ist zu beachten, dass der an einem schnell expandierenden Plasma rückgestreute bzw. -reflektierte Strahlungsanteil auch Divergenz- und Richtungsschwankungen aufweist, deren Wirkung sich der Wirkung der Fre- quenzverschiebung im Sinne eines wesentlich größeren Gesamteffektes überla- gert.

Fig. 5 zeigt die „Filterwirkung" eines FPI 10 an einer um 100 MHz frequenzver- schobenen rücklaufenden Welle , wobei das FPI 10 einen Plattenabstand a = 10 cm und eine Finesse von 14 aufweist. In Fig. 5 ist dabei die Transmission T über der Frequenz f aufgetragen.

Fig. 6 zeigt weiterhin die Ergebnisse einer Messung, die anschaulich die Wirkung eines im Sinne der Erfindung optimierten FPI 10 als Strahlungsfilter illustriert. Untersucht wurde der Einfluss des Gasentladungsstromes I eines Niederdruck- CO ₂ - Lasers auf die Strahlqualität. Letztere ist charakterisiert durch den Quotien- ten P _T / PR, der das Verhältnis von Nutzleistung P _T (also vom FPI transmittierter Strahlung) zu auszufilterndem Leistungsanteil P _R , der vom FPI 10 reflektiert wird, wiedergibt. Da der Laser absichtlich in einem Regime betrieben wurde, das rela- tiv rasch zu einer Überhitzung des Lasergases führte, sieht man in dem Dia- gramm sehr instruktiv, wie die Strahlqualität (also der Quotient P _T / P _R ) bei rela- tiv niedrigem Strom zunächst ein deutliches Maximum annimmt, um bei darüber hinausgehenden Strömen und damit deutlicher Überhitzung drastisch abzufallen. Im dargestellten Beispiel steigt der herausgefilterte Strahlungsanteil von ca. 17 % der einfallenden Leistung auf ca. 25 %, was letztendlich bedeutet, dass die Qualität des Nutzstrahls annähernd konstant bleibt (allerdings bei abnehmender Leistung), obwohl der „Rohstrahl" des Lasers merklich an Qualität eingebüßt hat. Durch kontinuierliche Überwachung des herausgefilterten Strahlungsanteils, der ständig während der Bearbeitung für Messungen zur Verfügung steht, erhält man eine wichtige Größe zur Diagnostik des Bearbeitungsprozesses.

Fig. 7 zeigt den stark schematisierten Grundaufbau einer Anordnung 20 gemäß der Erfindung. In dieser Anordnung 20 wird zunächst von einer Laserstrahlquel- le 22, die hier z.B. ein gütegeschalteter CO ₂ -Hochleistungslaser sein kann, aus- gegangen. Deren primärer Laserstrahl 24 sei charakterisiert durch eine definierte Wellenlänge l, eine lineare Polarisation definierter Richtung 26 und eine mehr oder weniger gute Strahlqualität K. Da die erfindungsgemäßen Komponenten zur Strahlfilterung einerseits und zur Unterdrückung der Strahlungsrückkopplung an- dererseits für die genannte genau definierte Wellenlänge l zu konzipieren sind, muss ein Ausweichen des Systems auf dem Strahlweg „Laserstrahlquelle - Strahlführung und -formung - Laserstrahlziel (Target)" auf eine andere Wellen- länge verhindert werden, um ihre Funktion zu gewährleisten. Diese Gefahr be- steht z.B. bei Hochleistungs-CO ₂ -Lasern, die auf zahlreichen Wellenlängen im Bereich zwischen 9 μm und 11 pm anschwingen können. Ein wellenlängenselek- tives Element 28 (z.B. ein Beugungsgitter oder ein Prisma) sichert eine zuverläs- sige Fixierung des Systems auf das vorgegebene l. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass dieses wellenlängenselektive Element 28 auch schon in den Laser, d.h. die Laserstrahlquelle 22, selbst integriert sein kann und dann selbst- verständlich außerhalb des Lasers nicht noch einmal erforderlich ist. Etwas an- ders stellt sich allerdings die Situation in Hochleistungs-Laser- Verstärker-Anlagen dar, wie sie z.B. in EUV-Systemen eingesetzt werden (vgl. Fig. 8). In der dort gegebenenfalls erforderlichen zweiten Anordnung zur Unterdrückung der Strah- lungsrückkopplung wird auf das wellenlängenselektive Element vorzugsweise nicht verzichtet.

Auf seinem weiteren Weg passiert der primäre Laserstrahl 24 ein zentrales Ele- ment der erfindungsgemäßen Lösung, das entsprechend den obigen Ausführun- gen optimierte Fabry-Perot-Interferometer (FPI) 10. Die erste Aufgabe dieses FPI 10, das auf maximale Transmission für die Wellenlänge A eingestellt ist, besteht im Herausfiltern von Strahlungsanteilen 30, welche die Strahlqualität, folglich die Fokussierbarkeit der Strahlung und letztlich die Bearbeitungsqualität mindern, Das sind typischerweise Strahlungsanteile, die mehr oder weniger stark vom Grundmode TEM ₀₀ abweichen. Sie werden im einfachsten Fall von einem Absor- ber 32 vernichtet, der - wie hier - in Form eines Strahlungsdetektors ausgebil- det sein kann. Dessen Messsignal gibt einerseits Auskunft über die Größe der parasitären Strahlungsanteile 30, liefert aber bei Registrierung des Zeitverlaufs u.a. auch wichtige Informationen über die Stabilität der Laserstrahlquelle 22 und/oder das Pulsverhalten des Lasers und kann folglich auch zu Zwecken der Diagnostik und Steuerung eingesetzt werden.

Die vom FPI 10 transmittierten und gefilterten Strahlungsanteile 34 werden an- schließend über eine „klassische" Kombination aus Polarisator 36 und Ä/4- Phasenschieber 38 zur Strahlungsentkopplung von Laser (Laserstrahlquelle 22) und Target (Laserstrahlziel 40) geschickt, wobei hier gleichzeitig die häufig er- wünschte Umwandlung der linear polarisierten in zirkular polarisierte Strahlung 42 erfolgt, die dann beispielsweise mittels eines fokussierenden Elementes 44 auf das Laserstrahlziel 40 geschickt werden kann.

Neben dieser ersten Umwandlung besteht die Wirkung der Elemente 36 und 38 darin, dass der vom Laserstrahlziel 40 in Richtung Laserstrahlquelle 22 zurück- laufende sekundäre Laserstrahl 46, der typischerweise noch mehr oder weniger partiell zirkular polarisiert ist, zunächst im A/λ- Phasenschieber 38 in einer zwei- ten Umwandlung in partiell linear polarisierte Strahlung 48 transformiert wird, deren Polarisationsrichtung senkrecht auf jener des primären Laserstrahls 24 steht. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass diese Strahlung 48 entsprechend des Grades der Linearpolarisation und der Qualität des Polarisators 36 zum gro- ßen Teil eliminiert und aus dem Strahl weg Laserstrahlquelle 22 - Laserstrahlziel 40 entfernt wird. Im Beispiel CO ₂ -Laser werden für die Elemente 36 und 38 üblicherweise eine Kombination von Brewsterplatten oder ein ATFR-Spiegel, der die zu vernichtende Strahlung der „falschen" Polarisationsrichtung absorbiert, sowie ein l/4- Phasenschieber -Spiegel eingesetzt. Aus den oben genannten Gründen wird al- lerdings die rücklaufende Strahlung nicht vollständig eliminiert. Ein Strahlungs- anteil 50, der durchaus im Prozentbereich des primären Laserstrahls 24 liegen kann, würde ohne weitere Vorkehrungen in Richtung Laserstrahlquelle 22 laufen und zu Störungen des Prozesses der Strahlungsbildung in der Laserstrahlquelle 22 führen. Diese Störungen sind umso gravierender, je höher die Besetzungsin- version im aktiven Medium und damit der optische Gewinn des Lasers ist. Das ist besonders bei gütegeschalteten Systemen der Fall, deren Prinzip auf einer Maxi- mierung der Besetzungsinversion unmittelbar vor der Impulserzeugung beruht. Zu diesem Zeitpunkt können Kleinsignalverstärkungen im aktiven Medium durch- aus die Größenordnung 10 ⁴ erreichen, d.h. selbst sehr kleine zurückgekoppelte Strahlungsmengen können die Ausbildung leistungsstarker Impulse gravierend beeinflussen.

Dieses Dilemma wird gemäß der Erfindung durch die Wirkung des speziell opti- mierten Fabry-Perot-Interferometers 10 gelöst. Das unter dem genannten klei- nen Winkel d angeordnete FPI 10 schwächt auf mehrfache Weise den Strah- lungsanteil 50 auf ein Maß, das für die Laserfunktion ungefährlich ist. Dabei sind die Unterschiede in den Parametern vom hinlaufenden Strahlungsanteil 34 und vom rücklaufenden Strahlungsanteil 50 entscheidend. Die wichtigsten Unter- schiede, die zu einer hohen Reflexion am FPI 10 und damit zur gewünschten Eli- minierung des Strahlungsanteils 50 führen, wurden bereits genannt. Es wurde auch bereits gesagt, dass eine genaue quantitative Erfassung aller mitwirkenden Effekte praktisch unmöglich ist. Für qualitative Überlegungen ist es sinnvoll, die Effekte in Kohärenz- unabhängige und Kohärenz-gebundene zu unterteilen. Als Kohärenz-gebundene wollen wir jene verstehen, die zu Interferenz führen und deshalb eng an die vorstehend diskutierten Eigenschaften eines FPI 10 gekoppelt sind. Bei diesen ist es relevant, dass sich Divergenz, Richtung und (eventuell) Wellenlänge des Strahlungsanteils 50 so stark vom ursprünglichen Strahl 34 un- terscheiden, dass sich das FPI 10, welches für den Strahl 34 auf optimale Trans- mission eingestellt ist, für Strahl 50 möglichst nahe dem Reflexionsmaximum befindet und wesentlich zu einem Strahlungsanteil 52 beiträgt.

Kohärenz-unabhängig ist z.B. die einfache Reflexion an den FPI-Flächen der Re- flektivität R, die beispielsweise bei R = 0,8 unter Berücksichtigung beider FPI- Flächen ohne Interferenzeffekte bereits etwa 90 % des Strahlungsanteils 50 in Richtung des Anteils 52 reflektiert. Je stärker die ursprünglich gute Kohärenz des Strahles 34 durch die Wechselwirkung mit dem Laserstrahlziel 40 zerstört wird, desto relevanter wird die Reflexion dieses weitgehend inkohärenten Strahlungs- anteils. Der gesamte Strahlungsanteil 52, der im Idealfall leistungsmäßig quasi dem Strahlungsanteil 34 entspricht, wird in einem zweiten Absorber 54 vernich- tet und sichert letztlich ein hocheffektives Abblocken der rücklaufenden Strah- lung.

Die Gesamtschwächung der rücklaufenden Strahlung erreicht dabei Faktoren, die zwischen 10 ³ und 10 ⁴ liegen können. Sie ist damit um mindestens 1 bis 2 Grö- ßenordnungen effizienter, als die herkömmlichen Kombinationen aus Polarisator und l/4-Phasenschieber und für Strahlungsentkopplungen geeignet, an die höchste Forderungen gestellt werden. An dieser Stelle sei noch einmal auf die bevorzugte Reihenfolge der Elemente 10, 36 und 38 hingewiesen, die insbesondere unter dem Aspekt der Leistungsemp- findlichkeit des FPI 10 wichtig und speziell bei La se r- Ve rstä rker- An o rd n u ng e n entscheidend ist (vgl. auch die Ausführungen zu den Figuren 8, 9 und 10). Über- schreitet nämlich die Strahlungsleistung, der das FPI 10 ausgesetzt ist - und das betrifft letztlich die Summe aus hin- und rücklaufender Strahlung- kritische Wer- te, die typischerweise im Bereich einiger kW liegen, treten thermische Effekte auf, die z.B. den sorgfältig eingestellten Arbeitspunkt (T = 1 für die zum Laser- strahlziel 40 laufende Strahlung) unkontrolliert verschieben und damit die Funk- tion des Gesamtsystems verschlechtern bzw. sogar gefährden können. Bei der Anordnung der Elemente 10, 36 und 38 gemäß der Erfindung wird auf alle Fälle die Leistungsbelastung des FPI 10 aus folgenden Gründen minimiert: Erstens ist das FPI 10, unabhängig von seiner Stellung vor oder hinter den Elementen 36 und 38, stets der vollen Leistung der zum Laserstrahlziel 40 laufenden Strahlung ausgesetzt, da man in guter Näherung annehmen kann, dass die Verluste in den Elementen 36 und 38 minimal sind. Damit hängen zweitens die Unterschiede in der Strahlungsbelastung von FPI 10 für die zwei Anordnungsvarianten praktisch ausschließlich von der Leistung der rücklaufenden Strahlung ab, die auf das FPI 10 treffen. Diese ist aber in der erfindungsgemäßen Reihenfolge der Elemente 10, 36 und 38 entscheidend durch die Entkopplungswirkung der Elemente 36 und 38 geschwächt, sodass selbst bei sehr leistungsstarken rücklaufenden Strah- lungsanteilen, wie sie in Hochleistungs-Laser-Verstärker-Anlagen auftrete n kön- nen, die FPI-Funktion 10 durch diese nicht gefährdet ist.

Insbesondere zur Vereinfachung der folgenden Ausführungen sind die für die Strahlfilterung und Strahlungsentkopplung gemäß der Erfindung relevanten Bau- elemente in der Anordnung 20 zusammengefasst. Fig. 8 zeigt eine Laseranlage 56 gemäß der Erfindung in Form einer Laser- Verstärker-Anordnung. Dabei kann ein Verstärkersystem 58 auch aus mehreren Stufen, z.B. einem zusätzlichen Vorverstärker oder mehreren Hochleistungsver- stärkern bestehen. Bei allen mehrstufigen Systemen stellt sich die Frage, wie oft und an welchen Stellen gefiltert und entkoppelt werden sollte. Während die Filte- rung unabhängig von konkreten Anordnungen möglichst unmittelbar nach dem Laserausgang erfolgen sollte, ist die Entkopplung wesentlich komplexer zu be- trachten. Das macht Fig. 8 deutlich. Die in einem Laser 22 erzeugte Strahlung 24 mit genau definierten Eigenschaften, z.B. Strahlungsimpulsen festgelegter Dauer und Folgefrequenz, wird hier im Verstärkersystem 58 auf einen Leistungslevel gebracht, der anspruchsvolle Applikationen ermöglicht. Damit treten wegen des sehr hohen optischen Gewinns im aktiven Medium des Ve rstä r ke rsy ste m s 58 Probleme auf, die weit über jene einer einfachen Laser 22 - Laserstrahlziel 40 - Anordnung gemäß Fig. 7 hinausgehen. So ist z.B. zu berücksichtigen, dass einer- seits die von einem Laserstrahlziel 40, insbesondere in Form eines Tröpfchens, zurückgeworfene Strahlung auf keinen Fall das Verstärkersystem 58 passieren sollte, da sie anderenfalls extrem verstärkt und damit die Entkopplung vom Laser 22 signifikant erschwert würde. Darüber hinaus ist bei Hochleistungsverstärkern der Teil der Superstrahlung zu berücksichtigen, der in Richtung Laser 22 läuft und in jedem Falle und unabhängig von der Strahlungsrückkopplung durch das Laserstrahlziel 40 auftritt.

Fig. 8 illustriert schematisch, wie diese Problematik gemäß der Erfindung gelöst werden kann. Demnach durchläuft die Laserstrahlung 24 zunächst eine erste An- ordnung 20a, die sämtliche zu Fig. 7 diskutierten Aufgaben übernimmt, also ers- tens die Strahlfilterung und zweitens die effiziente Unterdrückung der Rückkopp- lung von Strahlung in den Laser 22. Dieser Strahlungsanteil 60 wird aus zwei Anteilen bestehen: Erstens einem Anteil, der vom Laserstrahlziel 40 reflektiert bzw. gestreut, von einer zweiten Anordnung 20b nur unvollkommen vernichtet und im Ve rstä r ke rsy ste m 58 hoch verstärkt wurde, sowie zweitens einem Anteil, der auch bei idealer Funktion der zweiten Anordnung 20b auftritt, nämlich Ein- weg-Superstrahlung (ASE) des Verstärkersystems 58 selbst. Letztere ist im We- sentlichen unpolarisiert und wird deshalb durch die Einheit aus Polarisator 36 und l/4-Phasenschieber 38 (siehe Fig. 7) der ersten Anordnung 20a lediglich auf et- wa die Hälfte reduziert. Dies ist allerdings in vielen Fällen nicht ausreichend, so dass der Wirkung des FPI 10 besonders große Bedeutung zukommt. Nach Passie- ren der ersten Anordnung 20a wird die Strahlung im Ve rstä r ke rsy ste m 58 i.A. auf sehr hohe Werte der Impuls-Spitzenleistung, aber auch der mittleren Leis- tung verstärkt. Letztere kann z.B. bei CO ₂ -Laser-Verstärker-Anlagen für die EUV- Erzeugung im Multi-kW-Bereich liegen und erfordert deshalb spezielle Vorkeh- rungen für die zweite Anordnung 20b, die für eine sichere Abschirmung des Ver- stärkersystems 58 gegen die vom Laserstrahlziel 40 zurücklaufenden Strah- lungsanteile 62 sorgen soll.

Die Wirkung der zweiten Anordnung 20b, insbesondere bezüglich der Strahlungs- entkopplung, soll dabei ganz analog jener der ersten Anordnung 20a sein. Dazu ist zunächst verstärkte, zirkular polarisierte Strahlung 64 wieder in linear polari- sierte zu transformieren. Dies geschieht mittels eines l/4-Phasenschiebers 66. Für die zweite Anordnung 20b ist also im Vergleich zur ersten Anordnung 20a zu beachten, dass die einfallende Strahlung erstens wesentlich höhere Leistungs- werte aufweist und zweitens ihre Linearpolarisation um 90° gegenüber der La- serstrahlung 24 gedreht ist. Letzteres ist kein Problem, prinzipiell kann hierzu lediglich eine Einheit aus Polarisator 36 und l/4-Phasenschieber 38 (siehe Fig. 7) um 90° gedreht werden.

Wesentlich kritischer ist das sichere Beherrschen der hohen mittleren Leistung wegen der Empfindlichkeit des FPI 10 (siehe Fig. 7), die auf die Leistungsüber- höhung im FPI-Inneren zurückzuführen ist. Sie ist z.B. bei R = 0,8 und maxima- ler FPI-Transmission T = 1 bereits das 25-fache der einfallenden Leistung P ₀ und damit bei P ₀ im kW-Bereich selbst beim Einsatz von Diamant-Optiken im Grenz- bereich der zulässigen Maximalbelastung.

Für eine wirkungsvolle und flexible Abhilfe gibt es zwei Möglichkeiten. Die ein- fachste zeigt Fig. 9, die Aufweitung des Durchmessers eines Strahlbündels 68 mittels einer Teleskopanordnung 70 unmittelbar vor einem FPI 10, das eine dem aufgeweiteten Strahl 72 angepasste größere freie Apertur besitzt. Dadurch kann die Intensität auf den R-Flächen in weiten Grenzen so eingestellt werden, dass die FPI-Funktion und damit der vom FPI 10 ausgehende Strahl 74 nicht durch thermische Effekte beeinträchtigt wird.

Will man eine Änderung des Strahldurchmessers vermeiden, kann Abhilfe gemäß der Erfindung auch eine FPI-Kaskade schaffen. Die Grundversion, ein FPI- Tandem, zeigt Fig. 10. Die Lösung beruht dabei auf der Aufteilung der FPI- Wirkung zur Unterdrückung der Strahlungsrückkopplung auf mehrere FPI, hier einem ersten FPI 10 und einem zweiten FPI 76, insbesondere mit reduziertem R. Ein Zahlenbeispiel soll das illustrieren. Sollte z.B. die Wirkung eines FPI mit R = 0,8 äquivalent erreicht werden, die oben diskutierte Leistungsüberhöhung um einen Faktor 25 aber nicht akzeptabel sein, kann man einen Strahl 78 auf das erste FPI 10 mit R = 0,5 (das entspricht einer Leistungsüberhöhung von lediglich einem Faktor 4) und einen das erste FPI 10 verlassenden Strahl 80 auf das (ins- besondere gleiche) zweite FPI 72 senden. Dann ergibt sich die gewünschte Ge- samtwirkung, die R-Schichten der beiden FPI 10, 76 würden aber um einen Fak- tor 6,25 geringer belastet. Dieses Grundprinzip lässt sich erweitern und optimie- ren, indem beispielsweise zur weiteren Reduzierung der Strahlungsbelastung mehr als 2 Interferometer oder zur Maximierung der Entkopplungseffizienz bei gleichzeitiger Minimierung der Strahlungsbelastung mehrere Interferometer mit optimierten, unterschiedlichen R eingesetzt werden. Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend eine optische Anordnung 20, 20a, 20b zum Filtern von Laserstrahlung. Die Anordnung 20, 20a, 20b weist ein wellenlängenselekti- ves Element 28, ein erstes Fabry-Perot-Interferometer 10, einen Polarisator 36 und einen l/4-Phasenschieber 38 auf. Die optische Achse des Fabry-Perot- Interferometers 10 ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 6° zum auf das Fabry-Perot-Interferometer 10 auftreffenden Laserstrahl ausgerichtet. Das Fabry-Perot-Interferometer 10 ist sowohl zum Auskoppeln unerwünschter Strahlungsanteile 30 des auf das Fabry-Perot-Interferometer 10 auftreffenden primären Laserstrahls 24 ausgebildet als auch zum Auskoppeln unerwünschter Strahlungsanteile 52 der von einem Laserstrahlziel 40 reflektierten sekundären Laserstrahls 46. Vorzugsweise umfasst die Anordnung 20, 20a, 20b zumindest ein weiteres Fabry-Perot-Interferometer 76. Weiter bevorzugt umfasst die An- ordnung 20, 20a, 20b eine Teleskopanordnung 70 zur Aufweitung des auf das Fabry-Perot-Interferometer 10 auftreffenden primären Laserstrahls 24. Die Erfin- düng betrifft weiterhin eine Laseranlage 56 mit zumindest einer solchen Anord- nung 20, 20a, 20b. Vorzugsweise umfasst die Laseranlage 56 ein Verstärkersys- tem 58, das zwischen zwei Anordnungen 20a, 20b angeordnet ist. Besonders be- vorzugt ist die Laseranlage 56 zur Erzeugung von EUV-Strahlung ausgebildet. Hierzu kann das Laserstrahlziel 40 in Form eines Tröpfchens vorliegen.