MOPA准分子激光全固化电源同步模块的设计.pdf

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1、２０１２年５月１５日现代电子技术Ｍａｙ２０１２第３５卷第１０期ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＶｏｌ．３５Ｎｏ．１０ＭＯＰＡ准分子激光全固化电源同步模块的设计尹洪虎１，宋莹２，鲍健１（１．中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥２３００３１；２．中国人民解放军电子工程学院，安徽合肥２３００３７）摘要：介绍了一种基于可编程逻辑器件ＦＰＧＡ的主振荡－功率放大（ＭＯＰＡ）准分子激光全固化脉冲电源同步模块。在ＱｕａｒｔｕｓⅡ环境下采用ＶＨＤＬ语言完成设计和综合，使用ＭｏｄｅｌＳｉｍ软件进行仿真。当采用３

2、００ＭＨｚ工作频率时，系统同步抖动不大于±３．３ｎｓ，满足系统设计要求。与传统系统相比，该系统具有体积小、可靠性高、便于验证修改和系统集成的优点。关键词：准分子激光器；全固化脉冲电源；同步抖动；ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＮ９１１－３４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）１０－０１３２－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｆｏｒＭＯＰＡｅｘｃｉｍｅｒｌａｓｅｒＳＳＰＰＭ１，ＳＯＮＧＹｉｎｇ２，ＢＡＯＪｉａｎ１ＹＩＮＨｏｎｇ－ｈｕ（１．ＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａ

3、ｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰＬＡ，Ｈｅｆｅｉ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＦＰＧＡ－ｂａｓｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒＭＯＰＡ（ｍａｓｔｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ）ｅｘｃｉｍｅｒｌａｓｅｒＳＳＰＰＭ（ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｐｕｌｓｅｄｐｏｗｅｒｍｏｄｕｌｅ）ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｙｎｔ

4、ｈｅｓｉｚｅｄｗｉｔｈＶＨＤＬｕｎｄｅｒｔｈｅＩＤＥｏｆＡｌｔｅｒａＱｕａｒｔｕｓＩＩ．ＡｎｉｄｅａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅＭｏｄｅｌＳｉｍ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｉｎｇｊｉｔｔｅｒｉｓｎｏｍｏｒｅｔｈａｎ±３．３ｎｓｗｈｅｎｏｐ－ｅｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ３００ＭＨｚ，ｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｈｉｇｈｒｅ

5、ｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅｓｏｆｓｙｓｔｅｍｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｃｉｍｅｒｌａｓｅｒ；ＳＳＰＰＭ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｔｉｍｉｎｇｊｉｔｔｅｒ；ＦＰＧＡ集成电路具有体积小、功能强、可靠性高、寿命长、（２）动态参数是指脉冲到下一个脉冲间会变化的成本低等优点，已广泛应用于科技、工农业生产和人民那些因素。静态参数的补偿容易实现，而动态参数的补生活

6、的各个方面。光刻是集成电路制造过程中的核心偿要困难得多，因为这种补偿必须在在新脉冲到来之前［６］步骤，提高光刻分辨力，研发相应的光刻设备是超大规做出。模集成电路发展的前提，对整个信息产业进步也具有重［１］要的影响。紫外激光因其波长短、光子能量大而广泛［２－３］应用于光刻、医疗、材料制备等领域。随着光刻对光源输出功率和线宽控制要求的提高，单腔体结构在功率和线宽方面不能兼顾而使光源供应商寻求新的结构。Ｃｙｍｅｒ利用图１所示的ＭＯＰＡ（ＭａｓｔｅｒＯｓｃｉｌｌａｔｏｒＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）结构提高输出功率并不断改良

7、其输图１ＭＯＰＡ结构原理图（Ｃｙｍｅｒ）［４］出性能。在这个结构中使用了两个独立的激光腔，同步模块作为同步器的核心部件，以ＩＰ核的形式ＭＯ腔提供后一级激光器所需的极窄线宽的激光脉冲，作为ＮＩＯＳⅡ处理器的外围器件使用。整个同步器除ＰＡ腔简单地放大来自ＭＯ腔激光的能量。两个单元外围接口和隔离电路外所有逻辑都放在一片ＦＰＧＡ芯的输出在时间上必须精密同步，这是因为激光脉冲能量片实现。设计中分别使用了３００ＭＨｚ，１００ＭＨｚ和［５］输出对这种同步定时极其敏感。５０ＭＨｚ等不同的内部时钟，由内置的ＰＬＬ模块实现高能够影响磁开

8、关同步的参数可以分为静态参数和精度的时钟管理。激光器同步器工作在高压磁脉冲强动态参数两类：干扰环境中，使用可编程逻辑器件设计，一方面可以快（１）静态参数是指脉冲到下一个脉冲间不变的或速实现原型设计，便于系统修改和升级；另一方面可以者变化很慢的那些因素；减小系统体积，提高系统的可靠性和抗干扰能力。收稿日期：２０１１－１２－１３１设计要求基金项目：