Laser unterstützte Gasentladung

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Florian Melsheimer

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  EUV Quellen Fraunhofer ILT

Dieser Bereich beschäftigt sich mit der Kombination von entladungsproduziertem- und laserproduziertem Plasma, mit dem Ziel der Erzeugung hochbrillanter extrem ultravioletter Strahlung (EUV).

In vielen Anwendungen, wie z.B. Mikroskopie, Ist die Brillanz (Strahlungsleistung pro emittierende Fläche und Raumwinkel) der limitierende Faktor in Bezug auf Auflösung und benötigter Messzeit. Die Strahlungsleistung wächst mit der Konversionseffizienz der Quelle. Die nutzbare Strahlungsleistung einer realen inkohärenten Strahlungsquelle mit räumlicher Ausdehnung ist durch die Geometrie und Größe des emittierenden Volumens begrenzt. Dabei ermöglicht ein kleineres emittierendes Volumen selber Leistung eine höhere Photonendichte innerhalb des optischen Systems.

Hochbrillante und kohärente EUV-Lichtquellen, wie Freie-Elektronen-Laser (FEL), Synchrotrone oder plasmabasierte X-Ray-Laser, sind enorm komplex und teuer im Betrieb. Für Laboranwendungen sind diese daher ungeeignet. Solange Kohärenz kein zwingendes Kriterium für die Anwendung ist, sind in Laboranwendungen entladungserzeugte Plasmen (discharge produced plasma - DPP) oder lasererzeugte Plasmen (laser produced plasma - LPP) die gängigsten Lichtquellen.

Nichtdestotrotz haben diese Quellen für viele Metrologie Anwendungen keine ausreichende Strahldichte (bzw. zu großes Étendue) oder aber sind zu ineffizient oder komplex. Eine Kombination dieser beiden Techniken ermöglicht einen neuen Typ von Quelle, welcher das Beste aus beiden Welten vereint. Dieser sogenannte laser heated discharge plasma (LHDP) Ansatz beruht auf einem elektrisch erzeugten z-Pinch Entladungsplasma welches während der Kompression in einem begrenzten Bereich zusätzlich durch eingekoppelte Laserstrahlung geheizt wird. Das Ziel ist die Erzeugung von hoch brillanter, inkohärenter EUV Strahlung bei minimaler elektrischer und optischer Eingangsleistung. Als Grundlage dient eine aktiv getriggerte Hohlkathoden-Gasentladungsquelle welche ein komprimiertes, dichtes und relativ kaltes Plasma erzeugt. Dieser Plasma-Pinch dient als Ziel für einen synchronisierten und fokussierten Nd:YAG Laserpuls. Das optische Heizen des Plasmas wirkt der durch Emission von Strahlung natürlichen Kühlung entgegen. Somit könnte die Emissionsdauer sowie –leistung erhöht werden. Durch das, im Verhältnis zum gesamten Pinch, deutlich kleinere geheizte Volumen verringert sich die effektive Größe des Emitters, was entsprechend zu einer höheren Brillanz und somit Strahldichte im optischen System führt.

 

Projektmitglieder High Brightness Sources

Name Kontakt
Girum Beyene M. Sc.
Doktorand, EXTATIC
+49 241 8906 211
+49 241 8906 112
Richard Lensing B.Sc.
Masterand
+49 2461 612347
Florian Melsheimer M.Sc.
Doktorand
+49 2461 61 2347
Malte Ranis
Bachelorand
+49 2461 612347
Xiaoduo Wang M.Sc.
Doktorand, DAAD