CN111289124B - 激光器波长测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光器波长测量装置及方法，该激光器波长测量装置包括：第一光路组件和第二光路组件；以及第二光路组件与第一光路组件构成激光器波长测量光路，其中，第二光路组件包括：FP标准具组件和光学分级器，经过匀化处理后的所述激光光束经过FP标准具组件产生干涉条纹；以及光学分级器在激光器波长测量光路中设置于FP标准具组件之后，用于对经过FP标准具组件的激光光束进行偏折处理。本发明的FP标准具组件使得两个FP标准具共用同一光路进行干涉成像，结构紧凑体积小，设计简单，稳定性高；在光学分级器的配合下，可以同时实现对激光波长的精准测量，波长测量范围大，适用于激光器波长的在线测量以及对应的闭环控制反馈。

Description

激光器波长测量装置及方法
技术领域
本发明涉及激光光谱测量技术领域，具体涉及一种激光器波长测量装置及方法。
背景技术
激光器是现代工业中重要的光源设备，可以用于照明、激光加工、投影显示、光通信、物质分析、测试计量、半导体加工等领域，其中在一些高端领域(如在测试计量和半导体加工等领域)，要求激光具有很高的波长稳定性。因此，这就要求在激光器需要设计对应的激光器波长测量装置，根据测量结果对激光器的波长实现闭环反馈，以确保激光器稳定的波长输出。
在半导体加工技术领域中，准分子激光器是应用于半导体光刻工艺中的主要光源。例如，ArF准分子激光器的中心波长在193.4nm，KrF准分子激光器的中心波长在248.3nm。激光器中心波长的变化直接影响光刻机曝光焦平面的变化，其会引起曝光线条变宽，导致芯片的良品率降低。另外，对于110nm工艺节点，要求激光器的中心波长稳定性高于0.05pm，而对于28nm工艺节点，要求激光器的中心波长稳定性高于0.03pm。
因此，需要对激光器的波长测量设计一种具有pm级的波长测量装置。通过波长测量装置实时测量激光器的波长，并进行闭环控制，从而实现激光器波长的稳定性输出。
激光器激光波长的测量方法有很多，例如色散法和干涉法，色散法包括棱镜色散和光栅色散，干涉法包括傅里叶变换法和Fabry-Perot标准具(以下简称FP标准具)法：
基于棱镜色散和低阶闪耀光栅的方法测量波长的精度低，无法实现高精度的波长测量。另外，基于傅里叶变换法的波长测量，需要有元件的机械运动，稳定性差，无法实现高速波长测量。
现有用于高速、高精度激光器波长测量方法主要包括中阶梯光栅法和FP标准具法。采用中阶梯光栅测量激光器中心波长，中阶梯光栅衍射级次高，可以实现高精度的中心波长测量。然而，中阶梯光栅波长计体积庞大，不适合用于激光器波长的在线测量，一般用于离线测量。而FP标准具法，因为体积比较小，光谱分辨率高，是激光器在线测量波长的理想选择。通过FP标准具法，激光在经过FP标准具后，产生干涉条纹，根据干涉条纹峰值的位置，得到入射激光器的波长。
但是，现有FP标准具测量波长的范围比较小，一般无法通过一个FP标准具实现大范围和高精度的波长测量。例如，采用FP标准具和光栅联合的方式测量波长，将入射激光分为两束，分别照射到光栅和FP标准具上，其中光栅用于波长的粗测，FP标准具用于波长的精测，从而得到激光器的波长的精确值。
另外，还可以采用两个FP标准具测量激光器波长，其中一路FP标准具测量范围比较大，用于中心波长的粗测，另一路FP标准具测量范围比较小，用于中心波长的精测。采用分束镜将激光器的激光光束分为两束，分别照射到两个FP标准具上，然后计算两个FP标准具干涉条纹，得到波长粗测和精测结果，从而得到激光器波长的精确值。
之外，还可以采用了两个串联的FP标准具对波长进行测量，一个FP标准具粗略确定波长偏差，另一个FP标准具精确确定波长偏差，通过对比两个FP标准具之后干涉信号的强度，得到激光器的波长偏差，从而维持激光器波长稳定。
或者，采用两个并行的FP标准具和一个光栅作为干涉型滤波片对入射激光器的强度进行检测，每个滤光片的波长测量精度不同，逐级测量出激光器的波长，得到激光器波长的精确值。
基于上述激光器波长测量的方法，采用至少两套波长测量装置，一个(或多个)用于波长粗测，一个采用FP标准具法用于波长精测，需要对入射激光进行分束，两套波长测量装置无法做到完全共光路，装置比较复杂。最终的波长测量结果只取决于一路FP标准具精测的结果，容易受到外界环境的影响，波长测量精度和稳定性比较差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有技术中激光器波长测量装置无法做到完全共光路，装置比较复杂，以及波长测量结果容易受到外界影响导致波长测量精度和稳定性比较差的技术问题，本发明公开了一种激光器波长测量装置及方法。
(二)技术方案
本发明的一个方面公开了一种激光器波长测量装置，包括：第一光路组件和第二光路组件，第一光路组件用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理；以及第二光路组件与第一光路组件构成激光波长测量光路，用于对经过第一光路组件匀化处理之后的激光光束进行分级成像，其中，第二光路组件包括：FP标准具组件和光学分级器，经过匀化处理后的所述激光光束经过FP标准具组件产生干涉条纹；以及光学分级器在激光波长测量光路中设置于FP标准具组件之后，用于对经过FP标准具组件的激光光束进行偏折处理，以利于分级成像。
根据本发明的实施例，其中，第一光路组件包括：沿激光波长测量光路依次设置的分束镜和匀光组件；其中，分束镜用于将激光器出射的一部分激光光束反射至激光波长测量光路；匀光组件用于对被分束镜反射至所述激光波长测量光路的激光光束进行匀化处理。
根据本发明的实施例，其中，匀光组件包括：沿激光波长测量光路依次设置的光学匀光元件、第一会聚镜和反射镜；其中，光学匀光元件用于对激光光束进行匀化，以减小激光光束质量对测量精度的影响；第一会聚镜用于将光学匀光元件匀化处理后的激光光束会聚至第二光路组件中；反射镜用于将第一会聚镜会聚后的激光光束反射至第二光路组件中。
根据本发明的实施例，其中，第二光路组件还包括：沿激光波长测量光路依次设置的匀光片、视场光阑以及准直镜，其中，匀光片在激光波长测量光路中对应设置于第一光路组件之后，用于对经过第一光路组件入射至第二光路组件的激光光束作进一步的匀化处理；视场光阑用于控制经过匀光片匀化处理之后的激光光束在分级成像中的成像范围；准直镜在激光波长测量光路中对应设置于FP标准具组件之前，用于保证入射至FP标准具组件的激光光束的准直特性。
根据本发明的实施例，其中，第二光路组件还包括：孔径光阑，在激光波长测量光路中设置于FP标准具组件和光学分级器之间，用于限制经过FP标准具组件的激光光束的走向。
根据本发明的实施例，其中，第二光路组件还包括：沿激光波长测量光路依次设置的第二会聚镜和成像设备，其中，第二会聚镜设置于在激光波长测量光路中设置于光学分级器之后，用于将经过光学分级器的激光光束会聚至成像设备中；成像设备用于对经过第二会聚镜的激光光束进行成像。
根据本发明的实施例，其中，FP标准具组件包括：外壳、第一FP标准具和第二FP标准具，外壳用于构成FP标准具组件的密封腔体；第一FP标准具设置于密封腔体内，用于对应产生分级成像的第一干涉条纹；第二FP标准具对应于第一FP标准具设置于密封腔体内，用于对应产生分级成像的第二干涉条纹。
根据本发明的实施例，其中，第一FP标准具和第二FP标准具满足：
Figure BDA0002433538020000041
其中，k＜0.2，FSR1为第一FP标准具的自由光谱程，FSR2为第二FP标准具的自由光谱程。
根据本发明的实施例，其中，外壳包括：第一密封槽、第一密封圈和第一窗口件，以及第二密封槽、第二密封圈和第二窗口件，第一密封槽对应于外壳的进光口设置；第一密封圈匹配于第一密封槽设置于进光口上；第一窗口件匹配于第一密封圈设置于第一密封槽内；以及第二密封槽对应于外壳的出光口设置；第二密封圈匹配于第二密封槽设置于出光口上；第二窗口件匹配于第二密封圈设置于第二密封槽内；其中，第一窗口件和第二窗口件上均具有减反膜，或者第一窗口件的进光面的法线和/或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第一夹角，和/或第二窗口件的进光面的法线和/或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第二夹角，第一夹角或第二夹角为5度-10度。
根据本发明的实施例，其中，光学分级器包括：第一偏折件和第二偏折件，第一偏折件具有第一楔角，用于对经过第一FP标准具的激光光束进行偏折处理；第二偏折件具有第二楔角，通过第二楔角与第一偏折件的第一楔角对应设置，用于对经过第二FP标准具的激光光束进行偏折处理。
根据本发明的实施例，其中，光学分级器包括：第三偏折件，具有第三楔角，用于对经过第一FP标准具的激光光束进行偏折处理，或对经过第二FP标准具的激光光束进行偏折处理。
根据本发明的实施例，其中，光学分级器包括：第四偏折件，包括:透光孔，平行于激光光束进光方向穿设于第四偏折件上；其中，当第四偏折件对经过第一FP标准具的激光光束进行偏折处理时，透光孔用于使得经过第二FP标准具的激光光束穿过透光孔；当第四偏折件对经过第二FP标准具的激光光束进行偏折处理时，透光孔用于使得经过第一FP标准具的激光光束穿过透光孔。
本发明的另一个方面公开了一种激光器波长测量系统，包括：上述的激光器波长测量装置和激光器，激光器用于产生入射至激光器波长测量装置的激光光束。
本发明的又一个方面公开了一种激光器波长测量方法，应用于上述的激光器波长测量装置，实现对激光器的激光波长的测量。
(三)有益效果
本发明一种激光器波长测量装置及方法，该激光器波长测量装置包括：第一光路组件和第二光路组件，第一光路组件用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理；以及第二光路组件与第一光路组件构成激光波长测量光路，用于对经过第一光路组件匀化处理之后的激光光束进行分级成像，其中，第二光路组件包括：FP标准具组件和光学分级器，经过匀化处理后的所述激光光束经过FP标准具组件产生干涉条纹；以及光学分级器在激光波长测量光路中设置于FP标准具组件之后，用于对经过FP标准具组件的激光光束进行偏折处理，以利于分级成像。本发明的FP标准具组件使得两个FP标准具共用同一光路进行干涉成像，结构紧凑体积小，设计简单，稳定性高；在光学分级器的配合下，可以同时实现对激光波长的精准测量，波长测量范围大，适用于激光波长的在线测量以及对应的闭环控制反馈。
附图说明
图1是本发明实施例中的激光器波长测量装置的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的激光器波长测量装置的FP标准具组件和一光学分级器的结构组成示意图；
图3是本发明实施例中的激光器波长测量装置的另一光学分级器的结构组成示意图；
图4是本发明实施例中的激光器波长测量装置的又一光学分级器的结构组成示意图；
图5是本发明实施例中的激光器波长测量装置的对应图2所示的FP标准具组件和光学分级器对应的激光光束干涉条纹在CCD成像设备上的成像结果；
图6是本发明实施例中的对应激光器波长测量装置的激光器的激光波长对应其干涉条纹的分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
为解决现有技术中激光器波长测量装置无法做到完全共光路，装置比较复杂，以及波长测量结果容易受到外界影响导致波长测量精度和稳定性比较差的技术问题，本发明公开了一种激光器波长测量装置及方法。
本发明的一个方面公开了一种激光器波长测量装置，如图1所示，激光器波长测量装置2包括：第一光路组件和第二光路组件，第一光路组件用于对激光器1出射的激光光束进行匀化处理；以及第二光路组件对应于第一光路组件设置，与第一光路组件构成激光波长测量光路，第二光路组件用于对经过第一光路组件匀化处理之后的激光光束进行分级成像。由激光器1产生的待测激光光束入射至第一光路组件之后，沿上述激光波长测量光路经过第一光路组件入射至第二光路组件，并在第二光路组件中进行分级成像，获得测量结果，例如对应激光光束的干涉条纹。
根据本发明的实施例，第二光路组件包括：FP标准具组件11和光学分级器13，FP标准具组件11用于对应激光光束产生干涉条纹；具体地，经过FP标准具组件11的激光光束照射至成像设备15上之后，被成像设备15检测并据此获取其对应的干涉条纹，即经过匀化处理后的所述激光光束经过FP标准具组件后产生干涉条纹。其中，FP标准具组件11中可以包括多个FP标准具，例如可以存在两个FP标准具密封在FP标准具组件的同一腔体内，因此实现了至少两个FP标准具共用同一光路进行干涉成像，使得光路结构紧凑，稳定性更高。同时，在至少两个FP标准具的FP标准具组件设计中，由于FP标准具之间的自由光谱程FSR比较接近，均可以实现对激光光束的波长进行精确测量。波长测量结果可以是至少两个FP标准具的测量结果的平均值，进一步提高了波长测量精度，同时波长测量范围还可以是至少两个FP标准具自由光谱程FSR的乘积，进一步提高了波长的测量范围。
另外，光学分级器13在激光波长测量光路中对应设置于FP标准具组件11之后，用于对经过FP标准具组件11的激光光束进行偏折处理，以利于分级成像。激光光束沿上述激光波长测量光路经过FP标准具组件11入射至光学分级器13，光学分级器13可以将激光光束偏折为两束，使得对应激光光束的干涉条纹在成像设备15上分开成像，从而助于通过计算两个干涉条纹的强度位置，获得入射激光光束的波长。
因此，本发明的FP标准具组件11使得至少两个FP标准具共用同一光路进行干涉成像，结构紧凑体积小，设计简单，稳定性高；在光学分级器13的配合下，可以同时实现对激光器的激光波长的精准测量，波长测量范围大，适用于激光波长的在线测量以及对应的闭环控制反馈。
根据本发明的实施例，其中，如图1所示，第一光路组件包括：沿激光波长测量光路依次设置的分束镜3和匀光组件4；其中，激光器1产生待测激光光束，入射至激光器波长测量装置2。具体地，待测激光光束入射至第一光路组件中。在第一光路组件中，待测激光光束照射至分束镜3上，分束镜3为一平板玻璃或带楔角的玻璃，用于将大部分光透过该分束镜3，同时还用于将该激光器出射的一部分激光光束反射至激光波长测量光路，即使得部分待测激光光束经反射入射至第一光路组件中的匀光组件中。匀光组件4在激光波长测量光路中对应设置于分束镜3之后，用于对被分束镜3反射至所述激光波长测量光路的激光光束进行匀化处理。
根据本发明的实施例，其中，如图1所示，匀光组件4包括：沿激光波长测量光路依次设置的光学匀光元件5、第一会聚镜6和反射镜7.其中，光学匀光元件5用于对激光光束进行匀化，以减小激光光束质量对测量精度的影响，该光学匀光元件5可以是微透镜阵列、光学积分棒或衍射光学元件(DOE)等元件。第一会聚镜6用于将光学匀光元件5匀化处理后的激光光束会聚至第二光路组件中。其中，在第二光路组件和第一会聚镜6之间还可以设置一反射镜7，该反射镜7用于将第一会聚镜6会聚后的激光光束反射至第二光路组件中，该反射镜7可以在反光面上镀设一层高反膜，用于增强反射激光光束的能力。通过反射镜7可以改变激光波长测量光路的路径，使得激光器波长测量装置2的结构更加紧凑，有利于缩小该激光器波长测量装置2的体积。
根据本发明的实施例，其中，如图1所示，第二光路组件还包括：沿激光波长测量光路依次设置的匀光片8、视场光阑9以及准直镜10，其中，经过第一会聚镜6会聚后，经过第一光路组件的反射镜7的反射的激光光束反射至第二光路组件中的匀光片8上，匀光片8在激光波长测量光路中对应设置于第一光路组件的反射镜7之后，用于对经过第一光路组件入射至第二光路组件的激光光束作进一步的匀化处理，该匀光片8可以是毛玻璃或其他具有匀光效果的元件。视场光阑9用于控制经过匀光片8进一步的匀化处理之后的激光光束在分级成像中的成像范围，即控制干涉条纹在成像设备15的成像面上的成像范围。准直镜10在激光波长测量光路中对应设置于FP标准具组件11之前，用于保证入射至FP标准具组件11的激光光束的准直特性，并使得依次经过匀光片8、视场光阑9的激光光束经过准直镜10入射至到FP标准具组件11。
根据本发明的实施例，其中，如图1所示，第二光路组件还包括：孔径光阑12，在激光波长测量光路中设置于FP标准具组件11和光学分级器13之间，用于限制经过FP标准具组件11的激光光束的走向。在本发明实施例的FP标准具组件11中可以存在至少两个FP标准具(FP1和FP2)，经过两个FP标准具的激光光束经过孔径光阑12，可以防止两条激光光束交叉。当然FP标准具组件11中也可以有三个FP标准具，或者更多。
根据本发明的实施例，其中，如图1所示，第二光路组件还包括：沿激光波长测量光路依次设置的第二会聚镜14和成像设备15，其中，第二会聚镜14设置于在激光波长测量光路中设置于光学分级器13之后，用于将经过光学分级器13的激光光束会聚至成像设备15中；成像设备15用于对经过第二会聚镜14的激光光束进行成像，成像设备15可以是CCD成像相机。具体地，激光光束在经过孔径光阑12后入射至光学分级器13上，光学分级器13将对应不同入射位置的光束偏折为不同的出射角度，再入射至第二会聚镜14上，最后经过第二会聚镜14的会聚作用，两条激光光束在不相互影响的情况下入射至成像设备15中完成成像。因为光学分级器13的存在，将经过FP标准具FP1和FP标准具FP2的光偏折了不同的角度，所以FP标准具FP1和FP标准具FP2的干涉条纹可以成像在成像设备15的不同位置，选择合适的偏转角度，可以在成像设备15上得到不同的干涉条纹。如图5所示，为在CCD成像相机上获得的FP标准具FP1和FP标准具FP2的干涉条纹，其中左侧为FP1的干涉条纹，右侧为FP2的干涉条纹。
根据本发明的实施例，其中，如图1、图2所示，FP标准具组件11包括：外壳16、第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2，即在本发明的实施例中，激光器波长测量装置2的FP标准具组件中可以设计为两个FP标准具。
外壳16用于构成FP标准具组件11的密封腔体，密封腔体用于密封内置其中的第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2。第一FP标准具FP1设置于密封腔体内，用于对应在成像设备15上产生分级成像的第一干涉条纹；第二FP标准具FP2对应于第一FP标准具FP1设置于密封腔体内，用于对应产生分级成像的第二干涉条纹。如图2所示，第一FP标准具FP1设置于密封腔体的上方，第二FP标准具FP2对应设置于第一FP标准具FP1的下方，第一FP标准具FP1与第二FP标准具FP2可以满足：
Figure BDA0002433538020000101
其中，k＜0.2，FSR1为第一FP标准具FP1的自由光谱程，FSR2为第二FP标准具FP2的自由光谱程。换言之，第一FP标准具FP1的自由光谱程FSR1和第二FP标准具FP2的自由光谱程FSR2相近。在本发明的实施例中，在半导体加工技术领域中，应用于光刻工艺的准分子激光器波长变化范围通常为几百pm，为了保证激器光波长测量的测量精度和测量范围，可以取FSR1＝20pm，FSR2＝20.5pm。本领域技术人员应当理解，上述关参数FSR1和FSR2的数值只是本发明实施例的一具体实施数据，并非是对该参数数据的具体限制。另一方面，如图6所示，当激光器的波长发生变化时，FP标准具对应激光器产生的激光光束的干涉条纹的分布也会产生相应变化，借此，当其中一个FP标准具(例如第一FP标准具FP1)达到一个自由光谱程FSR1后，因为第二FP标准具FP2的自由光谱程FSR2与第一FP标准具FP1的自由光谱程FSR1略有不同，使得二者所对应产生的干涉条纹不会发生重复，因此扩大了本发明的激光器波长测量装置2的波长测量范围，波长测量范围至少可以实现410pm(即二者乘积FSR1×FSR2)，使其满足了准分子激光器波长测量需求。同时，两个FP标准具使得激光器波长测量装置2兼具高光谱分辨率。
至此，以上述的准分子激光器为例，以对本发明实施例中激光器波长测量装置2的波长测量予以进一步说明，如下：
对于FP标准具，激光器入射到激光波长测量光路的激光光束波长(即待测激光器的中心波长λ)满足如下公式(1)：
Figure BDA0002433538020000102
其中，λ为激光器的中心波长，n为FP标准具内气体的折射率，d为FP标准具的间距，m为FP标准具干涉条纹的级次，θ为FP标准具对应的激光光束的出射角。
设FP标准具干涉条纹的半径为r，第二会聚镜14的焦距为f时，根据上述FP标准具对应的干涉条纹的半径r即可得到该FP标准具测得的激光器的中心波长λ满足如下公式(2)：
Figure BDA0002433538020000111
相应地，在本发明的实施例中，当第一FP标准具FP1的间距为d1，第二FP标准具FP2间距为d2时，各自对应的干涉条纹(如图5所示)的半径分别为r1和r2，则其对应的激光器的中心波长分别满足如下公式(3)和(4)：
Figure BDA0002433538020000112
Figure BDA0002433538020000113
另外，根据第一FP标准具FP1的间距d1，第二FP标准具FP2间距d2，可以得到第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2的自由光谱程分别满足如下公式(5)和(6)：
Figure BDA0002433538020000114
Figure BDA0002433538020000115
分别计算第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2的干涉条纹，可以得到激光器的中心波长各自满足如下公式(7)和(8)：
λFP1＝λ1+N·FSR1
λFP2＝λ2+M·FSR2
其中，N和M为整数，在一定范围内可以选取不同的整数N和M，使λFP1-λFP2最小，此时得到激光器的中心波长λlaser为：
Figure BDA0002433538020000116
可以看出，测得激光器的中心波长λlaser为两个FP标准具(即第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2)各自精测波长的平均值，其稳定性高于单独一个FP标准具的测量结果，同时还实现了波长测量范围。如果为三个FP标准具，则激光器的中心波长则为三个PF标准具各自精测波长的平均值。
根据本发明的实施例，其中，如图1和图2所示，FP标准组件11的外壳16包括：第一密封槽、第一密封圈18a和第一窗口件17a，以及第二密封槽、第二密封圈18b和第二窗口件17b，用于确保对该外壳16的密封腔体实现较好的密封效果。
第一密封槽对应于外壳16的进光口设置，如图2所示光路箭头，外壳16左侧对应于第一窗口件17a的透光口为进光口，第一密封槽可以是围绕该进光口的边缘内凹于外壳16设计的环形闭合密封槽结构。其中，如图2所示，第一密封圈包括第一固定槽和第一主体槽，分别用于对应设置第一密封圈18a和第一窗口件17a。
第一密封圈18a匹配于第一密封槽设置于进光口上，具体地，第一密封圈18a内置于第一固定槽中，第一密封圈18a为围绕该进光口的边缘设计的环形闭合实体结构，其形状和尺寸与上述的第一固定槽的形状尺寸匹配设计，用于将第一密封圈18a恰好装设于第一固定槽内。
第一窗口件17a匹配于第一密封圈18a设置于第一密封槽内；具体地，第一窗口件17a内置于第一主体槽中，第一窗口件17a与第一主体槽的尺寸、形状匹配设计，使得第一窗口件17a恰好装设于第一主体槽内，以配合第一密封圈18a将进光口密封完好。
第二密封槽对应于外壳16的出光口设置；如图2所示光路箭头，外壳16右侧对应于第二窗口件17b的透光口为出光口，第二密封槽可以是围绕该出光口的边缘内凹于外壳16设计的环形闭合密封槽结构。其中，如图2所示，第二密封圈包括第二固定槽和第二主体槽，分别用于对应设置第二密封圈18b和第一窗口件17b。
第二密封圈18b匹配于第二密封槽设置于出光口上；具体地，第二密封圈18b内置于第二固定槽中，第二密封圈18b为围绕该出光口的边缘设计的环形闭合实体结构，其形状和尺寸与上述的第二固定槽的形状尺寸匹配设计，用于将第二密封圈18b恰好装设于第二固定槽内。
第二窗口件17b匹配于第二密封圈18b设置于第二密封槽内；具体地，第二窗口件17b内置于第二主体槽中，第二窗口件17b与第二主体槽的尺寸、形状匹配设计，使得第二窗口件17b恰好装设于第二主体槽内，以配合第二密封圈18b将出光口密封完好。
其中，第一密封圈18a和第二密封圈18b均可以采用橡胶、硅胶等具有弹性形变性能的材料。第一窗口件17a和第二窗口件17b均可以采用玻璃等具有透光性能的材料。另外，第一窗口件17a和第二窗口件17b上均具有减反膜，和/或第一窗口件17a的进光面的法线和/或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第一夹角，和/或第二窗口件17b的进光面的法线和/或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第二夹角，第一夹角或第二夹角为5度-10度，以减小第一窗口件17a和第二窗口件17b上反射光对激光器波长测量结果的影响。换言之，激光光束不可以以垂直角度入射至第一窗口件17a和/或第二窗口件17b的进光面和/或出光面。因此，第一窗口件17ah和/或第二窗口件17b可以为具有楔角的结构；或者，第一窗口件17a以斜向角度摆设在进光口并将其密封，和/或第二窗口件17b以一定斜向角度摆设在出光口并将其密封。
根据本发明的一实施例，当第一窗口件17a和第二窗口件17b为具有楔角的结构时，入射激光光束入射方向与第一窗口件17a的进光面和出光面无法垂直，第一窗口件17a的进光面的法线或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第一夹角，第一夹角为5度-10度；同理，第二窗口件17b的进光面的法线或出光面的法线与激光光束的入射方向呈第二夹角，第二夹角为5度-10度。
根据本发明的另一实施例，第一窗口件17a也可以不具有楔角的结构，例如可以为平板玻璃，斜向安装至外壳16的进光口，激光光束的入射方向与第一窗口件17a的进光面的法线和出光面的法线分别呈5-10度的夹角，即使得入射激光光束入射方向与第一窗口件17a的进光面和/或出光面无法垂直；同理，第二窗口件17b可以斜向安装至外壳16的出光口，具体不再赘述。其中，在本发明的实施例中，进光面为光学元件上光线照射至的表面，出光面为光学元件上自其出射的表面，一般可以是进光面的背表面。
借此，可以确保第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2处于同一密封环境中，以保证激光器波长测量的稳定性和精度。
根据本发明的实施例，其中，如图1和图2所示，光学分级器13包括：第一偏折件19a和第二偏折件19b，用于对经过光学分级器13的激光光束进行偏折处理。其中，第一偏折件19a具有第一楔角，用于对经过第一FP标准具FP1的激光光束进行偏折处理；第一偏折件19a的进光面垂直于经过第一FP标准具FP1的激光光束的入射方向，第一偏折件19a的出光面为一斜面，使得该第一偏折件19a的出光面和进光面之间具有对应第一楔角的夹角，该第一楔角可以对应于第一偏折件19a的顶端设置。
对应地，第二偏折件19b具有第二楔角，通过第二楔角与第一偏折件19a的第一楔角对应设置，用于对经过第二FP标准具FP2的激光光束进行偏折处理。第二偏折件19b的进光面垂直于经过第二FP标准具FP2的激光光束的入射方向，第二偏折件19b的出光面为一斜面，使得该第二偏折件19b的出光面和进光面之间具有对应第二楔角的夹角。其中，第一楔角可以等于第二楔角，该第二楔角可以对应于第二偏折件19b的顶端设置。
在本发明的实施例中，为使得经过第一偏折件19a被其偏折处理的激光光束，与经过第二偏折件19b被其偏折处理的激光光束不发生交叉，第一偏折件19a和第二偏折件19b需要顶端相对设置，即第一偏折件19a具有第一楔角的顶端和第二偏折件19b具有第二楔角的顶端相接触，第一偏折件19a和第二偏折件19b的进光面在垂直于进光方向上持平。
在本发明的另一实施例中，第一偏折件19a的进光面也可以不垂直于经过第一FP标准具FP1的激光光束的入射方向，同理，第二偏折件19b的进光面也可以不垂直于经过第一FP标准具FP1的激光光束的入射方向。此时，第一偏折件19a和第二偏折件19b还可以以顶端相对设置。
因此，经过FP标准具组件的激光光束在通过孔径光阑12之后，其形成的空间位置发生变化，分为两条激光光束入射至光学分级器13上，光学分级器13采用第一偏折件19a和第二偏折件19b分别对两条光束进行偏折，改变其各自的出射角度，使其出射方向产生不同，从而使得其入射至成像设备15(例如CCD成像相机)上时，成像设备15能够获得对应各自激光光束的不同位置的干涉条纹。
根据本发明的另一实施例，其中，如图1、图3所示，光学分级器13还包括：第三偏折件21，具有第三楔角，用于对经过第一FP标准具FP1的激光光束G1进行偏折处理，或对经过第二FP标准具FP2的激光光束G2进行偏折处理。同样地，第三偏折件21的进光面垂直于激光光束G1(或激光光束G2)的入射方向，第三偏折件21的出光面为一斜面，使得该第三偏折件21的出光面和进光面之间具有对应第三楔角的夹角。此时，该光学分级器13中仅仅具有使得入射至该第三偏折件21的激光光束G1(或激光光束G2)发生偏折的作用，对于另一未入射至第三偏折件21的激光光束G2(或激光光束G1)而言，可以直接发生无偏折角度的出射，最后入射至成像设备15进行成像。
换言之，该光学分级器13可以只设计一个第三偏折件21，即可以实现对入射经过的两条激光光束实现偏折，使其出射方向产生不同，从而使得其入射至成像设备15(例如CCD成像相机)上时，成像设备15能够获得对应各自激光光束的不同位置的干涉条纹。其中，该第三偏折件21只占据原光学分级器13的上端部分空间或下端部分空间，体积尺寸较小，有利于光学分级器13的尺寸缩小，以助于本发明的激光测量装置尺寸的缩小。
根据本发明的又一实施例，其中，如图1、图4所示，光学分级器13包括：第四偏折件22，第四偏折件22包括:透光孔23，平行于激光光束进光方向穿设于第四偏折件22上，具体地，第四偏折件22具有第四楔角，用于对经过第一FP标准具FP1的激光光束G1进行偏折处理，或对经过第二FP标准具FP2的激光光束G2进行偏折处理。同样地，第四偏折件22的进光面垂直于激光光束G1(或激光光束G2)的入射方向，第第四偏折件22的出光面为一斜面，使得该第四偏折件22的出光面和进光面之间具有对应第四楔角的夹角。其中，可以在第四偏折件22上靠近第四楔角所在的顶端部位穿设透光孔23，使得其与第四偏折件22的主体部分间隔一定距离，避免相互影响。
因此，当第四偏折件22对经过激光光束G1进行偏折处理时，透光孔23用于使得激光光束G2穿过透光孔23；当第四偏折件对激光光束G2进行偏折处理时，透光孔用于使得激光光束G1穿过透光孔23。
可见，该光学分级器13也可以只设计一个第四偏折件22，即可以实现对入射经过的两条激光光束实现偏折，使其出射方向产生不同，达到与第三偏折件21类似的技术效果。其中，该第四偏折件22可以占据光学分级器13的大部分空间，其体积尺寸可以保证加工制作的便利性。
最后，本领域技术人员应当理解，上述实施例中对光学分级器13的解释，并非是对其的限定。其中，如图1、图2、图3和图4所示，第一偏折件19a、第二偏折件19b、第三偏折件21、第四偏折件22等可以为偏折棱镜，也可以为反射镜、摆镜或微振镜等具有激光光束偏折效果的元件或结构。
本发明的另一个方面公开了一种激光器波长测量系统，如图1所示，包括：上述的激光器波长测量装置2和激光器1，激光器1用于产生入射至激光器波长测量装置2的待测激光光束，通过该激光器波长测量装置2获取对应待测激光光束的中心波长。其中，该激光器1和激光器波长测量装置2之间具有在线测量和闭环控制反馈的设计。
本发明的又一个方面公开了一种激光器波长测量方法，应用于上述的激光器波长测量装置2，根据前文所提及的激光器波长测量运算过程，实现对激光器1的激光光束的中心波长的测量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光器波长测量装置，其特征在于，包括：
第一光路组件，用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理；以及
第二光路组件，与所述第一光路组件构成激光波长测量光路，用于对经过所述第一光路组件匀化处理后的激光光束进行分级成像；
其中，所述第二光路组件包括：
FP标准具组件，所述FP标准具组件包括两个FP标准具，所述两个FP标准具设置在同一密封腔中并接收所述第一光路组件匀化处理后的同一激光光束，匀化处理后的所述激光光束经过所述FP标准具组件产生干涉条纹；以及
孔径光阑，在所述激光波长测量光路中设置于所述FP标准具组件之后，用于限制经过所述FP标准具组件的激光光束的走向；
光学分级器，在所述激光波长测量光路中设置于所述孔径光阑之后，用于对经过所述孔径光阑的激光光束进行偏折处理，以分级成像。
2.根据权利要求1所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述第一光路组件包括：沿所述激光波长测量光路依次设置的分束镜和匀光组件；其中：
所述分束镜，用于将激光器出射的一部分激光光束反射至所述激光波长测量光路；
所述匀光组件，用于对被所述分束镜反射至所述激光波长测量光路的激光光束进行匀化处理；所述匀光组件包括：沿所述激光波长测量光路依次设置的光学匀光元件、第一会聚镜和反射镜；其中：
所述光学匀光元件，用于对所述激光光束进行匀化，以减小所述激光光束质量对测量精度的影响；
第一会聚镜，用于将所述光学匀光元件匀化处理后的激光光束会聚至所述第二光路组件中；
反射镜，用于将所述第一会聚镜会聚后的激光光束反射至所述第二光路组件中。
3.根据权利要求1所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述第二光路组件还包括：沿所述激光波长测量光路依次设置的匀光片、视场光阑、准直镜、第二会聚镜以及成像设备，其中，
所述匀光片在所述激光波长测量光路中对应设置于所述第一光路组件之后，用于对经过所述第一光路组件入射至所述第二光路组件的激光光束作进一步的匀化处理；
所述视场光阑用于控制经过所述匀光片匀化处理之后的激光光束在所述分级成像中的成像范围；
所述准直镜在所述激光波长测量光路中对应设置于所述FP标准具组件之前，用于保证入射至所述FP标准具组件的激光光束的准直特性；
所述第二会聚镜，在所述激光波长测量光路中设置于所述光学分级器之后，用于将经过所述光学分级器的激光光束会聚至所述成像设备中；
所述成像设备，用于对经过所述第二会聚镜的激光光束进行成像。
4.根据权利要求1所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述FP标准具组件包括：
外壳，用于构成所述FP标准具组件的密封腔体；
第一FP标准具，设置于所述密封腔体内，用于对应产生所述分级成像的第一干涉条纹；
第二FP标准具，对应于所述第一FP标准具设置于所述密封腔体内，用于对应产生所述分级成像的第二干涉条纹。
5.根据权利要求4所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述第一FP标准具和所述第二FP标准具满足：
Figure FDA0002794414330000021
其中，k＜0.2，FSR1为第一FP标准具的自由光谱程，FSR2为第二FP标准具的自由光谱程。
6.根据权利要求4所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述外壳包括：
第一密封槽，对应于所述外壳的进光口设置；
第一密封圈，匹配于所述第一密封槽设置于所述进光口上；
第一窗口件，匹配于所述第一密封圈设置于所述第一密封槽内；以及
第二密封槽，对应于所述外壳的出光口设置；
第二密封圈，匹配于所述第二密封槽设置于所述出光口上；
第二窗口件，匹配于所述第二密封圈设置于所述第二密封槽内；
其中，所述第一窗口件和所述第二窗口件上均具有减反膜，或者
所述第一窗口件的进光面的法线和/或出光面的法线与所述激光光束的入射方向呈第一夹角，和/或
所述第二窗口件的进光面的法线和/或出光面的法线与所述激光光束的入射方向呈第二夹角，
所述第一夹角或第二夹角为5度-10度。
7.根据权利要求1所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述光学分级器包括：
第一偏折件，具有第一楔角，用于对经过第一FP标准具的激光光束进行偏折处理；
第二偏折件，具有第二楔角，通过所述第二楔角与所述第一偏折件的第一楔角对应设置，用于对经过第二FP标准具的激光光束进行偏折处理。
8.根据权利要求1所述的激光器波长测量装置，其特征在于，所述光学分级器包括：
第三偏折件，具有第三楔角，用于对经过第一FP标准具的激光光束进行偏折处理，或对经过第二FP标准具的激光光束进行偏折处理；
或者
第四偏折件，所述第四偏折件包括:
透光孔，平行于激光光束进光方向穿设于所述第四偏折件上；其中，
当所述第四偏折件对经过所述第一FP标准具的激光光束进行偏折处理时，所述透光孔用于使得经过所述第二FP标准具的激光光束穿过所述透光孔；
当所述第四偏折件对经过所述第二FP标准具的激光光束进行偏折处理时，所述透光孔用于使得经过所述第一FP标准具的激光光束穿过所述透光孔。
9.一种激光器波长测量方法，应用于权利要求1至8中任一项所述的激光器波长测量装置，实现对激光器产生的激光波长的测量，其中
当第一FP标准具FP1的间距为d1，第二FP标准具FP2间距为d2时，各自对应的干涉条纹的半径分别为r1和r2，则第一FP标准具FP1对应的激光器的中心波长满足如下公式：
Figure FDA0002794414330000041
第二FP标准具FP2对应的激光器的中心波长满足如下公式：
Figure FDA0002794414330000042
根据第一FP标准具FP1的间距d1，第二FP标准具FP2间距d2，得到第一FP标准具FP1的自由光谱程满足如下公式：
Figure FDA0002794414330000043
第二FP标准具FP2的自由光谱程满足如下公式：
Figure FDA0002794414330000044
分别计算第一FP标准具FP1和第二FP标准具FP2的干涉条纹，可以得到第一FP标准具FP1对应的激光器的中心波长满足如下公式：
λFP1＝λ1+N·FSR1
第二FP标准具FP2对应的激光器的中心波长满足如下公式：
λFP2＝λ2+M·FSR2
其中，N和M为整数，在预定范围内选取不同的整数N和M，使λFP1-λFP2最小，此时得到激光器的中心波长λlaser为：
Figure FDA0002794414330000051
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