專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
隨著光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)氟化氬(ArF)準(zhǔn)分子激光器已經(jīng)成功突破22nm節(jié)點(diǎn)，而這也已經(jīng)達(dá)到了準(zhǔn)分子激光器的極限，因此急需開(kāi)發(fā)下一代光刻光源，即EUV(Extreme Ultra Violet,極紫外)光源使摩爾定律得以延續(xù)。EUV光刻技術(shù)面臨著一系列的挑戰(zhàn)，其中的一個(gè)問(wèn)題是目前的光源功率太低，而LPP EUV (Laser Produced PlasmaExtreme Ultra Violet，激光等離子體極紫外)光源被期待提供高于200W的輸出功率。若要實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)要求的高功率和高可靠性，LPP主驅(qū)動(dòng)光源是關(guān)鍵因素之一。LPP的主驅(qū)動(dòng)光源必須是具有高功率(數(shù)百瓦)、高重復(fù)頻率和高光束質(zhì)量的激光，而MOPA (A masteroscillator and a power amplifier,主振蕩-功率放大)激光驅(qū)動(dòng)器已成為獲得LPP主驅(qū)動(dòng)光源的主要研究方向。因此相應(yīng)地急需一種新的測(cè)量裝置能對(duì)MOPA系統(tǒng)激光參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)參數(shù)包括·激光功率(能量)、激光脈沖波形和光束質(zhì)量M2等。同樣掌握和控制這些參數(shù)，對(duì)于高功率激光器在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也是十分重要的。激光參數(shù)的測(cè)量方法有很多，但它們都只能對(duì)單一的激光參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，若要對(duì)多種激光參數(shù)(如光束質(zhì)量、脈沖形狀、功率大小)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，則需要采用分光的辦法。為調(diào)整的方便，通常將分光鏡放置在激光輸出方向并與光軸方向成45°角,進(jìn)而對(duì)部分反射的激光的光束參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。45°布局的分束鏡，通常有較高的反射率。并且由菲涅爾公式可知，P分量與s分量的反射率和透射率一般是不一樣的，而且反射時(shí)還可能發(fā)生相位躍變。當(dāng)反射和折射后就會(huì)改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。另外這種方法較適合激光功率不是很高的情況，若激光能量過(guò)高，導(dǎo)致反射出的光束功率仍然超過(guò)探測(cè)器要求的最大功率閾值，會(huì)對(duì)儀器造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)不利于高功率激光束光束參數(shù)測(cè)量的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置，包括第一楔形鏡，第一探測(cè)器和第二探測(cè)器；線(xiàn)偏振激光入射至第一楔形鏡的外反射面上，偏振方向在入射面內(nèi)，經(jīng)第一楔形鏡的外反射面的反射光由第一探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)第一楔形鏡的內(nèi)反射面的反射光由第二探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。更進(jìn)一步地，還包括第二楔形鏡，第二楔形鏡的內(nèi)反射面與第一楔形鏡的外反射面平行且兩楔形鏡的楔角分別在激光光軸的兩邊，線(xiàn)偏振激光依次通過(guò)第一楔形鏡和第二楔形鏡后輸出激光光斑。更進(jìn)一步地，所述第二楔形鏡的外反射面與第一楔形鏡的內(nèi)反射面之間的間距為4-8cm。更進(jìn)一步地，所述第一探測(cè)器為光束質(zhì)量檢測(cè)儀，用于對(duì)激光光束的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。更進(jìn)一步地，所述第二探測(cè)器為光電探測(cè)器，用于對(duì)激光脈沖的波形進(jìn)行檢測(cè)。更進(jìn)一步地，所述測(cè)量裝置還包括能量計(jì)，用于對(duì)經(jīng)第二楔形鏡輸出的激光能量進(jìn)行測(cè)量。更進(jìn)一步地，所述第一楔形鏡的外反射面與所述線(xiàn)偏振激光的光軸的夾角為布儒斯特角。本發(fā)明采用按布儒斯特角度布局的楔形鏡克服了 45°分光鏡反射光束能量過(guò)高且會(huì)對(duì)光束偏振態(tài)產(chǎn)生變化的缺點(diǎn)，并能夠?qū)す夤馐鄠€(gè)參數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。當(dāng)線(xiàn)偏振的激光光束入射到第一楔形鏡表面，使入射激光的偏振方向在入射面(入射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)所在的平面)內(nèi)。當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射光束光強(qiáng)為零，適當(dāng)使外反射面有微小偏轉(zhuǎn)，將會(huì)有少量激光被反射用以對(duì)激光光束的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。而大部分透射的激光能量經(jīng)過(guò)第二楔形鏡后實(shí)現(xiàn)光斑無(wú)放大出射，其偏振特性不受影響。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置中單楔形鏡光斑放大光路圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得激光光斑三維圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得激光脈沖波形圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明利用以布儒斯特角入射時(shí)楔形鏡分束特性可以對(duì)高功率線(xiàn)偏振激光光束參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置包括第一楔形鏡I，第一探測(cè)器3和第二探測(cè)器4 ;線(xiàn)偏振激光入射至第一楔形鏡I的外反射面上，偏振方向在入射面內(nèi)，經(jīng)第一楔形鏡I的外反射面的反射光由第一探測(cè)器3進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)第一楔形鏡I的內(nèi)反射面的反射光由第二探測(cè)器4進(jìn)行測(cè)量。在本發(fā)明實(shí)施例中，第一探測(cè)器3為光束質(zhì)量檢測(cè)儀，用于對(duì)激光光束的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。第二探測(cè)器為光電探測(cè)器，用于對(duì)激光脈沖的波形進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明提供的一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置主要利用了以布儒斯特角入射時(shí)楔形鏡的分束特性，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量高功率線(xiàn)偏振激光器的多個(gè)參數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，高能量線(xiàn)偏振激光經(jīng)過(guò)第一楔形鏡I時(shí)，大部分能量被折射透過(guò)第一楔形鏡I。由于的激光經(jīng)過(guò)單楔形鏡時(shí)在平行入射面方向具有光斑放大作用，透過(guò)第一楔形鏡I的光斑直徑會(huì)被放大，若要保持光斑形狀不發(fā)生改變，應(yīng)在主光路上平行放置2個(gè)楔形鏡，具體放置方法如前所述，這樣才能彌補(bǔ)光束放大上的非均勻性，得到無(wú)放大輸出的高能量線(xiàn)偏振激光。因此，測(cè)量裝置還包括第二楔形鏡2，第二楔形鏡的內(nèi)反射面與第一楔形鏡的外反射面平行且兩楔形鏡的楔角分別在激光光軸的兩邊，，線(xiàn)偏振激光依次通過(guò)第一楔形鏡I和第二楔形鏡2后輸出激光光斑。光斑放大光路如圖2所不。在本發(fā)明實(shí)施例中，測(cè)量裝置還包括能量計(jì)，用于對(duì)經(jīng)第二楔形鏡2輸出的激光能量進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明采用布儒斯特角布局的楔形鏡克服了 45°分光鏡反射光束能量過(guò)高且會(huì)對(duì)光束偏振態(tài)產(chǎn)生變化的缺點(diǎn)，并能夠?qū)す夤馐鄠€(gè)參數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。當(dāng)線(xiàn)偏振的激光光束入射到第一楔形鏡I表面，使入射激光的偏振方向在入射面(入射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)所在的平面)內(nèi)。當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射光束光強(qiáng)為零，適當(dāng)使第一楔形鏡外反射面有微小偏轉(zhuǎn)，將會(huì)有少量激光被反射用以對(duì)激光光束的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。而大部分透射的激光能量經(jīng)過(guò)第二楔形鏡2后實(shí)現(xiàn)光斑無(wú)放大出射，其輸出激光能量基本保持不變且偏振特性不受影響。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在進(jìn)行激光等離子體極紫外光源的驅(qū)動(dòng)激光器高功率高重復(fù)率脈沖C02激光束的測(cè)試時(shí)，第二楔形鏡2的外反射面與第一楔形鏡I的內(nèi)反射面之間的間距為4-8cm。第一楔形鏡I的外反射面與所述線(xiàn)偏振激光的光軸的夾角為63°。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠同時(shí)測(cè)量高功率線(xiàn)偏激光器的多種參數(shù)；以布儒斯特角入射的楔形鏡不僅可以獲得較小的反射光強(qiáng)，同時(shí)由于楔形鏡的外反射面和內(nèi)反射面非平行，兩面的反射光間存在一個(gè)夾角，可以采用不同探測(cè)器進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，且在楔形鏡兩平面間的反射不會(huì)形成F-P干涉環(huán)，而且雙楔形鏡能獲得無(wú)畸變的光束輸出。本發(fā)明基于布儒斯特角分束鏡的激光分束作用，使高功率線(xiàn)偏振激光以略偏于布儒斯特角入射在楔形鏡上，反射的極少光束用于實(shí)時(shí)光束質(zhì)量和脈沖波形測(cè)量，而沿原入射方向平行出射的光束無(wú)放大無(wú)損耗出射。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置包括第一楔形鏡1，第二楔形鏡2、第一探測(cè)器3、第二探測(cè)器4。高能量線(xiàn)偏振激光照射在第一楔形鏡I外反射面上，使得偏振方向在入射面內(nèi)，且第一楔形鏡I外反射面的法線(xiàn)方向與入射激光方向的夾角為布儒斯特角。第一楔形鏡I的外反射面的反射光進(jìn)行反射后，由第一探測(cè)器3進(jìn)行測(cè)量，所述的第一探測(cè)器3可以是光束質(zhì)量檢測(cè)儀，用以對(duì)激光光束質(zhì)量的測(cè)量；同樣第一楔形鏡I的內(nèi)反射面的反射光進(jìn)行反射后，由第二探測(cè)器4進(jìn)行測(cè)量，所述的第二探測(cè)器4可以是光電探測(cè)器，用以對(duì)激光脈沖波形的檢測(cè)。第二楔形鏡的內(nèi)反射面與第一楔形鏡的外反射面平行且兩楔形鏡的楔角分別在激光光軸的兩邊，第二楔形鏡2的外反射面與第一楔形鏡I的內(nèi)反射面之間的間距為4-8cm，高能量線(xiàn)偏振激光依次通過(guò)第一楔形鏡I和第二楔形鏡2后激光光斑無(wú)放大出射。當(dāng)激光以布儒斯特角入射到第一楔形鏡I的外反射面時(shí)，反射光和折射光同為線(xiàn)偏振光，其中反射光為S偏振光(入射面振動(dòng)的方向),折射光為P偏振光(平行于入射面振動(dòng)的方向)。高能量線(xiàn)偏振激光的偏振方向在入射平面內(nèi)，即入射的高能量激光僅含P偏振光，它經(jīng)過(guò)第一楔形鏡I后將全部透射，且透射后的激光的偏振狀態(tài)保持不變。此時(shí)微調(diào)第一楔形鏡I的外反射面的反射角度，會(huì)有少量的激光被反射，反射激光的強(qiáng)度與偏轉(zhuǎn)的角度相關(guān)；使其略偏離布儒斯特角(偏轉(zhuǎn)角小于1°角)，則會(huì)有少量的激光反射，進(jìn)而對(duì)弱反射的激光進(jìn)行檢測(cè)，從而起到保護(hù)探測(cè)儀器的作用。經(jīng)第一楔形鏡I外反射面反射的激光由第一探測(cè)器3對(duì)激光進(jìn)行測(cè)量，若第一探測(cè)器3為光束質(zhì)量檢測(cè)儀，可以得到激光光斑的直徑、模結(jié)構(gòu)、激光的二維、三維光斑能量分布參數(shù)。同樣地，高能量激光經(jīng)第一楔形鏡I的外反射面折射后會(huì)在第一楔形鏡I的內(nèi)反射面產(chǎn)生少量反射，該反射光經(jīng)第一楔形鏡I的外反射面折射后出射由第二探測(cè)器4接收，若第二探測(cè)器4為光電探測(cè)器，可以對(duì)激光脈寬等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，為避免在測(cè)量結(jié)果中帶入楔形鏡結(jié)構(gòu)對(duì)光束質(zhì)量的影響，一般不采用內(nèi)反射面反射光進(jìn)行光束質(zhì)量監(jiān)測(cè)。由于第一楔形鏡I的內(nèi)反射面和外反射面間存在一個(gè)夾角，所以經(jīng)第一楔形鏡I反射的兩束反射光束傳播一段光路后將分離的更遠(yuǎn)，這樣可以采用探測(cè)器對(duì)兩束光進(jìn)行同時(shí)探測(cè)，彼此不會(huì)干擾；同時(shí)因?yàn)樾ㄐ谓堑拇嬖?，在楔形鏡兩平面間的反射不會(huì)形成F-P干涉環(huán)。下面結(jié)合高功率線(xiàn)偏振的C02激光器，對(duì)多個(gè)光束性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的實(shí)例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。高功率線(xiàn)偏振的C02激光器的線(xiàn)偏振激光為45°偏振。第一楔形鏡I的外反射面與水平面成45 °角，保證高能量線(xiàn)偏振激光的偏振方向在入射平面內(nèi)，并且控制第一楔形鏡I的外反射面法線(xiàn)與高能量線(xiàn)偏振激光光軸的夾角為63° (略小于布儒斯特角63. 7° )。第一楔形鏡I的外反射面和內(nèi)反射面產(chǎn)生的少量反射光分別由光束質(zhì)量檢測(cè)儀和光電探測(cè)器進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，光束質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)得光斑的三維截圖分別如圖3所示，光電探測(cè)器探測(cè)到的光斑脈沖如圖4所示。經(jīng)兩面楔形鏡透射后無(wú)畸變的激光通過(guò)能量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，平均功率為100W，其測(cè)量結(jié)果與未經(jīng)過(guò)本發(fā)明裝置直接測(cè)量的結(jié)果基本保持不變，說(shuō)明經(jīng)楔形鏡后只有少量的光束能量被反射；同時(shí)經(jīng)過(guò)楔形鏡后的光束的偏振特性也未發(fā)生變化。綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)高功率激光的多種參數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，反射光束的能量較小，在探測(cè)器的閾值范圍內(nèi)且對(duì)輸出光束的能量影響很小，經(jīng)楔形鏡后的透射光束的光斑大小和偏振狀態(tài)都沒(méi)有改變。此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置，其特征在于，包括第一楔形鏡，第一探測(cè)器和第二探測(cè)器； 線(xiàn)偏振激光入射至第一楔形鏡的外反射面上，偏振方向在入射面內(nèi)，經(jīng)第一楔形鏡的外反射面的反射光由第一探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)第一楔形鏡的內(nèi)反射面的反射光由第二探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，還包括第二楔形鏡，第二楔形鏡的內(nèi)反射面與第一楔形鏡的外反射面平行且兩楔形鏡的楔角分別在激光光軸的兩邊，線(xiàn)偏振激光依次通過(guò)第一楔形鏡和第二楔形鏡后輸出激光光斑。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二楔形鏡的外反射面與第一楔形鏡的內(nèi)反射面之間的間距為4-8cm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一探測(cè)器為光束質(zhì)量檢測(cè)儀，用于對(duì)激光光束的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。
5.如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二探測(cè)器為光電探測(cè)器，用于對(duì)激光脈沖的波形進(jìn)行檢測(cè)。
6.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括能量計(jì)，用于對(duì)經(jīng)第二楔形鏡輸出的激光能量進(jìn)行測(cè)量。
7.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一楔形鏡的外反射面與所述線(xiàn)偏振激光的光軸的夾角略偏離布儒斯特角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率線(xiàn)偏振激光光束性能的測(cè)量裝置；包括第一楔形鏡，第一探測(cè)器和第二探測(cè)器；線(xiàn)偏振激光以布儒斯特角入射至第一楔形鏡的外反射面上，入射光偏振方向在入射面內(nèi)，反射光束光強(qiáng)為零，適當(dāng)使楔形鏡的外反射面有微小偏轉(zhuǎn)，有少量激光經(jīng)第一楔形鏡的外反射面的反射光由第一探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)第一楔形鏡的內(nèi)反射面的反射光由第二探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。而大部分透射的激光能量經(jīng)過(guò)第二楔形鏡后實(shí)現(xiàn)光斑無(wú)放大出射，其偏振特性不受影響。本發(fā)明采用楔形鏡對(duì)入射激光進(jìn)行分光，能夠降低反射光束的能量及保持透射光束的偏振性，對(duì)激光光束多個(gè)參數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J11/00GK103063411SQ20121054476
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者楊蔓, 左都羅, 王新兵, 陸培祥, 徐勇躍, 胡耀文, 涂嬪 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)