CN102576974B - 先进的激光器波长控制 - Google Patents

Abstract

通过使用棱镜的运动特性的模型来周期性地预测光控制棱镜的下一位置，由此提供激光器光波长控制。如果获得激光器输出波长的测量，那么，更新预测。然而，无需等待测量就做出预测，相比于激光器发射重复频率，可更频繁地做出预测，且可以在离散的时间点重新定位棱镜，这可以比激光器发射事件更频繁地进行。这也减少了由于相比于激光测量和所施加的所得到的激光器控制信号落后一个脉冲所引起的性能降级。

Description

先进的激光器波长控制

背景

发明领域

所公开的本主题属于激光器光控制的领域，且尤其属于控制可被用于半导体光刻工艺中的激光源的波长的领域。

相关领域

光刻法是半导体工业中通常使用的工艺。现代光刻法通常使用激光源来提供非常窄频段的光脉冲，该光脉冲照射掩模因而使得硅晶片上的光阻抗材料曝光。然而，半导体设备参数的进步已经对所使用的激光源的性能特性提出了不断增加的要求。越来越多地需要对操作的精度和速度的改进。

现在参见图1，可以看见可被用于现代光刻工艺的激光器系统100的框图。激光器系统100中的光源是主振荡器（MO）腔120。

已知当MO腔120发射时，所得到的光进入谱线窄化模块（LNM）110，在那之中光照射通过棱镜（实际上是若干棱镜）并照射在LNM 110内的光栅上。这充当光波长选择器，这是由于改变LNM 110中的棱镜的位置改变了激光器的波长。这种改变了波长的激光通过MO腔120返回到输出耦合器（OC）130，并随后传送到例如负责处理和曝光半导体晶片的步进器-扫描器（未示出）上。

输出耦合器130也将从MO腔120输出的激光传送到谱线中心分析模块（LAM）170。LAM 170是测量从MO腔120输出的光的波长的波长采样器。然后，将激光器光输出测量从LAM 170发送到控制计算机160。

控制计算机160使用该光输出测量来判断需要做出什么改变来重新定位LNM 110中的棱镜，以便获得针对下一激光器发射事件的所期望的激光器输出波长。LNM 110中棱镜的位置由施加到连接于LNM 110中棱镜的压电换能器（PZT）140上的电压来控制。控制计算机160因此确定应将什么电压施加到PZT 140以获得新的所期望的棱镜位置。

控制计算机160向PZT驱动电子设备150输出数字信号，该数字信号指示对LNM 110中棱镜将要做出的所期望的电压改变。PZT驱动电子设备包括将控制计算机160的数字信号转换成模拟电压信号的数模转换器（DAC）以及减少高频电噪声并放大模拟DAC电压信号的模拟低通滤波器。然后，将这一模拟电压信号从PZT驱动电子设备150传送到PZT 140，PZT 140重新定位LNM 110中的棱镜，这又引起在下一激光器发射事件中通过输出耦合器130从MO腔120输出的光的波长的改变。

当步进器-扫描器要求来自激光器系统的处于指定的脉冲频率、开始时间和波长的进一步的光脉冲的序列或猝发时，这个过程继续。

随着多年来光刻工艺的发展，出现了各种挑战。例如，半导体特征尺寸的减少已经使得所期望的激光源波长的减少，以维持所期望的焦距。减少波长要求在输出激光器光中的甚至更高的精度。

进一步的挑战由从167微秒改变到600微秒的脉冲周期所产生。在高脉冲频率下，很少的时间可供LAM 170用来进行测量、将该测量传送到控制计算机160；很少的时间可供控制计算机160用来为LNM 110中的棱镜计算新的电压值、将该电压值传送到PZT驱动电子设备150；很少的时间可供PZT驱动电子设备150用来进行模拟转换并对新的电压值进行滤波、将该电压值传送给PZT140；并且很少的时间可供PZT 140用来改变棱镜位置以便在下一激光器光脉冲发生之前改变来自MO腔120的光的波长。

现在参见图2，可以看见以上序列的时序图。示出了来自猝发形式的这些脉冲的序列的两个激光器发射事件，第一个被指示为在时间t₀发生且第二个被指示为在时间t₃发生。在时间t₀的第一激光器发射事件之后，由LAM 170测量所得到的输出波长（再次参见图1）。在图中将LAM 170处理中用于测量输出波长并将其提供给控制计算机160的延时示出为从时间t₀到时间t₁的LAM延时。将新的控制信号随后施加到LNM 110的棱镜的时间被示出为时间t₂。在时间t₁和t₂之间的延时是控制计算机160用来计算新的电压并使得该新电压通过PZT驱动电子设备150传播到PZT 140以便在t₃的激光器发射之前重新定位棱镜。

LAM 170测量延时是相对固定的，这是由于它取决于LAM 170处理时间以及从LAM 170到控制计算机160的传送时间。然而，激光器发射频率（在t₀和t₂之间的时间）由步进器-扫描器所指定。最终，由于较快的激光器发射频率，LAM 170测量延时可以潜在地长到足以使得随后的激光器发射事件在施加新的控制信号之前发生。如果发生这样的情况，那么，将存在性能损失，这是因为新的控制信号将随即基于来自较早的激光器发射事件的测量而非基于最近的激光器发射事件（即，最近的激光器发射事件落后一个脉冲）。因此，所需要的是一种可以使用不断增加的激光器发射频率的改进型激光器控制。已知的激光器控制的进一步的问题是激光器系统100中的各种扰动，这使得更难以精确地确定如何放置LNM 110中的棱镜。因此，另外需要的是一种可以解决激光器系统中所出现的各种扰动的改进型激光器控制。

概述

在此参考许多具体的实施例示出并描述了用于控制激光器的波长而不依赖于在重新定位棱镜之前接收激光测量的先进的系统和方法。

在一个实施例中，一种激光器波长控制的方法包括：在第一离散间隔对激光器系统中的棱镜的位置做出预测、在第二离散间隔接收激光器系统中的主振荡器腔的输出波长的测量，第二规则间隔比第一规则间隔长，其中，在每一个第一离散间隔期间，如果在第一离散间隔期间没有接收到输出波长测量，那么，在控制计算机中使用所预测的棱镜位置来为棱镜计算控制电压，如果在第一离散间隔期间已经接收到输出波长测量，那么使用该输出波长测量来更新所预测的棱镜位置并在控制计算机中使用经更新的所预测的棱镜位置来为棱镜计算控制电压，以及，将所计算的控制电压从控制计算机输出到用于定位棱镜的电子设备。

在另一实施例中，一种激光器波长控制的方法包括：在第一离散间隔对激光器系统中的棱镜的位置做出预测、在第二离散间隔接收激光器系统中的主振荡器腔的输出波长的测量，第二规则间隔比第一规则间隔长，其中，在每一个第一离散间隔期间，如果在第一离散间隔期间没有接收到输出波长测量，那么，在控制计算机中使用所预测的棱镜位置来为棱镜计算控制电压，如果在第一离散间隔期间已经接收到输出波长测量，且随后如果激光器自从接收到输出波长测量以来已经再次发射，那么使用该输出波长测量来更新先前的棱镜位置预测，基于经更新的先前棱镜位置预测而做出新的棱镜位置预测，并在控制计算机中使用新的棱镜位置预测来为棱镜计算控制电压，并且，如果激光器自从接收到输出波长测量以来没有再次发射，那么使用该输出波长测量来更新所预测的棱镜位置并在控制计算机中使用经更新的棱镜位置预测来为棱镜计算控制电压，以及，将所计算的控制电压从控制计算机输出到用于定位棱镜的电子设备。

在又一个实施例中，一种棱镜控制器方法包括：在第一离散间隔使用棱镜移动模型来预测棱镜的位置，在第二离散间隔接收由棱镜所控制的主振荡器腔的输出波长的测量，第二规则间隔比第一规则间隔长，其中，在每一个第一离散间隔期间，如果在第一离散间隔期间没有接收到输出波长测量，则使用所预测的棱镜位置为棱镜计算控制电压，如果在第一离散间隔期间已经接收到输出波长测量，那么使用该输出波长测量来更新所预测的棱镜位置并使用经更新的所预测的棱镜位置来为棱镜计算控制电压，以及，将所计算的控制电压输出到用于定位棱镜的电子设备。

附图简述

在下列详细描述和附图中公开各种实施例。

图1是可以用于一种实施例的示例性激光器系统的框图。

图2是阐释现有技术的事件序列的时序图。

图3是阐释根据示例性的实施例的事件序列的时序图。

图4是本方法的一种实施例的流程图。

图5是阐释根据一种实施例的激光器是否将在随后的电压更新事件之前再次发射的判断的时序图。

图6是阐释根据一种实施例的对随后的电压更新事件做出预测的时序图。

图7是阐释根据一种实施例的对下一次激光器发射事件做出预测的时序图。

图8是阐释跟据一种实施例的使用新的激光测量来更新针对下一次电压更新事件的预测的时序图。

图9是阐释根据一种实施例的更新针对先前的激光器发射事件的预测以及基于先前的激光器发射事件的经更新的预测对下一次电压更新事件做出新的预测的时序图。

详细描述

所提供的是一种用于控制可被用于半导体光刻法的激光器的波长的先进的系统和方法。代替在确定如何在激光器系统中重新定位棱镜之前等待激光器光测量，这种先进的系统和方法使用棱镜的运动特性模型和已知的扰动行为来周期性地预测激光器系统中棱镜的下一个位置。这些预测的周期通常比激光器发射事件的周期更快速，以使得在预测之间的间隔通常比在激光器发射事件之间的间隔短。这消除了现有技术对在重新定位棱镜之前接收激光器光测量的依赖。激光器输出波长的测量仍然在激光器发射事件发生时获得，并被用来更新或改善棱镜位置预测。无论是否更新，所预测的棱镜位置都被用来计算被用于驱动PZT（其控制棱镜位置）的控制信号。以此方式，周期性地做出预测，周期性地计算控制信号，并且因此周期性地重新定位棱镜。

在此描述的先进的激光器控制系统和方法可以被认为是“快离散/慢离散滤波器”。因为做出棱镜位置的预测而无需等待输出波长测量，相比于激光器发射重复频率（所谓的“快离散”）和所得到的输出波长测量（所谓的“慢离散”），可以更为频繁地做出预测。结果，可以在离散的时间点重新定位棱镜，这可以比激光器发射事件更频繁地发生。进一步，将做出预测的时刻与激光器发射事件发生的时刻的该种分离意味着更新棱镜控制的频率不再受到它用来测量激光器输出波长的时间（图2的“LAM延时”）的限制。这也意味着减少了由于相比于激光测量和所得到的激光器控制信号的施加而落后一个脉冲所引起的性能降级。

现在参见图3，可以看见以上序列的时序图。周期性的激光器发射事件被指示为在时间t₀和t₄发生，且波长测量数据被指示为在时间t₂变得可用。另外，更频繁地发生的是被指示为在时间t₁、t₃、t₅和t₆所施加的新的棱镜控制信号，且在棱镜控制信号之间的间隔被示出为T_控制器。这些棱镜控制信号是在每一控制信号施加循环期间做出的新的棱镜预测的结果。进一步，做出这些棱镜预测而无需等待波长测量数据变得可用。然而，如上面所说明的，当新的波长测量数据可用时，它被用来更新棱镜位置预测。如所示出的，相比于激光器发射事件的频率，施加新的控制信号的频率将更快地进行。本文在其他地方进一步解释这些操作的细节、改变和替代物。

再次参见图1，激光器系统100的框图将被用于描述本装置的一种实施例。

控制计算机160使用激光器系统100中的棱镜移动模型来做出对LNM 110中的棱镜位置的周期性预测，本文在其他地方更完全地解释该棱镜移动模型。控制计算机160使用周期性的棱镜位置预测来周期性地向PZT驱动电子设备150输出数字控制信号，该数字控制信号指示将要被施加到LNM 110中棱镜的所期望电压。PZT驱动电子设备150DAC将控制计算机160数字信号转换成模拟电压信号，且PCT驱动电子设备150模拟低通滤波器减少高频电噪声并放大模拟DAC电压信号。然后，将这一模拟电压信号从PZT驱动电子设备150传送到PZT 140，这就是施加新的控制信号。这一电压更新事件重新定位了LNM110中的棱镜，这随后引起了在下一激光器发射事件中通过输出耦合器130从MO腔120输出的光的波长的改变。

如先前所解释的，激光器系统100中的光源是MO腔120。当MO腔120发射时，所得到的光进入谱线窄化模块（LNM）110，在那之中光照射通过棱镜（实际上是多个棱镜，如本文在其他地方更完全地解释的）并照射在LNM 110内的充当光波长选择器的光栅上。改变了波长的激光器光通过MO腔120返回到输出耦合器（OC）130，输出耦合器（OC）130将从MO腔120输出的激光传送到谱线中心分析模块（LAM）170。LAM 170测量激光器光的波长并将测量值传送给控制计算机160。当控制计算机160接收到来自LAM 170的激光器输出测量时，控制计算机160使用测量值来更新所预测的棱镜位置，如本文在其他地方更完全地解释的。

如例如在图3中所示出的，对于随后的棱镜控制信号施加/电压信号更新循环，这一过程周期性地重复。另外，如果新的波长测量变得可用，如在图3中的时间t₂发生的那样，控制计算机160将使用该新近接收到的测量数据来更新所预测的棱镜位置。

如上面所说明的，控制计算机160使用激光器系统100中的棱镜移动模型来做出对LNM 110中的棱镜位置的周期性预测。棱镜移动模型是基于对棱镜在激光器系统100中的物理移动的各种特性的知识，并考虑了棱镜的振荡动作以及激光器系统100内的扰动。在优选的实施例中，所使用的模型的积分形式是：

(A)x(t+T)=e^ATx(t)+∫₀ ^Te^AτBu(T-τ)dτ

其中x(t+T)是初始状态x(t)的T秒前的所预测的状态，e^AT是线性系统的标准状态转换矩阵，且B是标准输入矩阵。

上面的公式(A)因而基于过去的事件的状态或预测对将来的事件做出预测。例如，再次参见图3，公式(A)可以被用来基于先前所做出的针对时间t₅的预测来做出针对时间t₆的棱镜位置预测，在这种情况中公式(A)中T=t₆-t₅。注意，为初始预测假设初始条件（例如，在激光器启动时，初始条件是预定义的常量，且在激光脉冲序列的开始时，初始条件是从先前的激光脉冲序列的结束加上任何猝发间操作（诸如,调整点改变）的最后状态）。

还应理解，上面的公式考虑激光器系统100中的波长的扰动。例如，猝发瞬变和稳态扰动引起不期望的激光波长改变。猝发开始的瞬变通常可见于所测量的波长，据信瞬变是由激波引起的，激波是激光腔声学的函数，且已知为随激光器发射频率而改变，这进一步使得情况变得复杂。这些猝发开始的瞬变被建模为随机行走过程。稳态扰动在波长信号中作为正弦曲线出现，且被如此这般地建模。据信这些正弦稳态扰动是由激光器系统100中的风扇以及其他振动源所引起的。在用于棱镜位置预测的模型中可以考虑全部这些扰动和激光器系统100中的所标识的任何其他扰动。

如先前所说明的以及本文在其他地方更完全地解释的，然后当接收到新的激光测量时，更新棱镜位置预测。经由下列公式完成更新棱镜位置预测：

(B)x(k|k)=(I-L_kC_k)x(k|k-1)+L_ky(k)

在以上等式中，

·k对激光器发射事件做出索引。

·I是适当大小的单位矩阵（n行n列，其中n是状态矢量x中的元素数量）。

·L_k是捕捉在“信任新数据以及相信先前预测”之间的折衷的增益矩阵。

·C_k是所预测的状态到所预测的输出的标准映射，例如y=C_x。

·x(k|k)是给定最新数据的，在索引k处的经更新的预测，

·x(k|k-1)是给定来自先前的激光器发射事件k-1的数据的，在激光器发射索引k处的“旧”状态预测。

如本文在其他地方更完全地解释的，上面的公式(B)因而更新先前所做出的预测。

现在参见图4，可以看见本方法的一种实施例的流程图。在图中，可以看见本方法逻辑上被分割成三个部分，但应理解，所描述的功能性可以以替代的配置来实现。测量更新部分401涉及在接收到新的激光测量时所发生的更新操作。计算控制部分402涉及在使用棱镜位置预测来计算新的控制信号时所发生的操作。时间更新部分403主要涉及做出针对随后的电压更新事件的预测时所发生的操作。在一种实施例的环境中，现在将更详细地解释这些部分中的每一个。

当由例如控制计算机中的计时器周期性地开始该过程时，在例如图1的控制计算机160上运行的过程从测量更新部分401开始。

在判决框405中，如果波长测量不可用，则该过程离开测量更新部分401并进入到计算控制部分402。在计算控制部分402，在步骤430中使用先前做出的下一棱镜位置预测来计算LNM 110中的粗糙波长棱镜的值。已知的是，LNM 110的典型的配置包括多于一个的棱镜，一个是粗糙波长控制棱镜，被用来维持PZT接近其中心值电压，而另一个是在此普遍所提及的用于精细波长控制的棱镜。尽管图4中未示出，但将粗糙波长控制棱镜的新的值从控制计算机160输出到适当的驱动电子设备。

在步骤435，使用先前所做出的下一棱镜位置预测来计算PZT电压差值。根据下列公式计算PZT电压的差值或改变：

(C)Δu(mτc)=-Kx(mτc)

·m对控制事件（即，电压更新事件）做出索引

·τc是控制器采样周期，因而使得x(mτc)成为在（即将到来的）电压更新的时间的状态

·K是状态反馈矩阵，被计算为使得控制能量和波长性能的加权和最小化。

然后，在步骤440中使用这一PZT电压差值来计算新的PZT控制信号。根据下列公式计算新的PZT控制信号：

(D)V(mτc)=V((m-1)τc)+Δu(mτc)

·V((m-1)τc)是来自先前更新的PZT控制信号

·Δu(mτc)是等式(C)的输出

·V(mτc)是新的PZT控制信号

注意，当上下文清楚时，为简单起见，诸如V(mτc)等的信号将被指示为V_m。

尽管在图4中未示出，但随后将PZT控制信号输出到例如图1的PZT驱动电子设备150以便将其施加到棱镜。

该过程通过离开计算控制部分402并进入到时间更新部分403而继续，其中，在步骤445，判断激光器是否将在随后的电压更新事件（随后的将新的控制信号施加到棱镜）之前再次发射，如参见图5所解释的。

如图5中可见，将周期性地施加在图中被指示为V_m-1、V_m和V_m+1的新的控制信号。然而，当前的过程被指示为处于时间C_m,并且存在有待考虑的两个可能的场景，其中激光器将在随后的电压更新事件之前进行发射。

在描述这两个场景之前，应理解，在该过程的这一时间点（即C_m），随后的电压更新事件是新的控制信号V_m+1的施加，而并非下一电压更新事件（施加新的控制信号V_m）。在下一电压更新事件和随后的电压更新事件之间的这种区分仅仅是周期性的过程在其循环中所处位置的函数。同样地，随后的电压更新事件变成下一循环的下一电压更新事件。

正如已经说明的，在时刻C_m，存在其中激光器将在随后的电压更新事件之前进行发射的两个场景。第一场景是在激光器系统已经从步进器-扫描器系统接收到MO腔120再次发射的触发信号的时候，例如在图中所示出的时刻T_k+1。然后，这一所接收的触发信号可以与已知的激光器触发延时（即，在扫描器触发信号和随后的光生成之间的已知时滞）结合使用，以估计所得到的激光器发射事件的定时（在图中被示出为LF_k+1），以便判断激光器发射事件是否将在随后的电压更新事件V_m+1之前发生（在这一示例中将是这样）。

第二场景是在激光器系统还没有从步进器-扫描器系统接收到触发信号的时候，由在图中在稍后的时间点T_k+1所接收到触发器来示出，该时间点T_k+1是在当前的时间C_m之后。还没有接收到触发信号，则该过程改为基于一个或多个先前所接收的周期性触发信号和已知触发延时来估计激光器发射事件，如图中LF_k+1所示出。然后，该过程判断这一所估计的激光器发射事件LF_k+1是否将在随后的电压更新事件V_m+1之前发生（在这一示例中将是这样）。

该过程现在已经判断在两个可能的场景下激光器是否将在随后的电压更新事件V_m+1之前进行发射。

回头参见图4，如果判定框445的结果是激光器将不在随后的电压更新事件之前进行发射，那么，在步骤455，对随后的电压更新事件做出棱镜位置预测。

现在将参考图6解释如在步骤455所进行的对随后的电压更新事件做出棱镜位置预测。如之前一样，该过程当前是在时间C_m。所做出的预测是用于被指示为V_m+1的随后的电压更新事件，如图中的箭头所指示，这种预测是基于先前对被指示为V_m的下一电压更新事件所做出的预测。在优选的实施例中，使用本文在其他地方描述的公式(A)对随后的电压更新事件做出预测。

回头参见图4，然后，在时间更新部分403，该过程完成一个操作循环。

应理解到，现在已经为随后的电压更新事件做出预测，判定框405判断没有可用的新的测量之后的次序是在步骤430、435和440计算新的控制信号，且借助于判定框445而判断激光器将不在进一步随后的电压更新事件之前进行发射，所有都引起在离散时间点的棱镜的周期性预测和重新定位，如图3的时序图所描述。

再次返回到判定框445，如果改为判断激光器将在随后的电压更新事件之前进行发射，那么，在步骤450，对下一激光器发射事件做出棱镜位置预测。

现在将参考图7描述在步骤450进行的对下一激光器发射事件做出棱镜位置预测。如之前一样，该过程当前是在时间C_m。进一步，在这一示例中以及如参考图5所解释的，现在已知激光器将在LF_k+1发射，LF_k+1是在下一电压控制更新V_m之后且在随后的电压控制更新V_m+1之前。该过程现在基于先前对电压更新事件V_m所做出的预测而对在LF_k+1的激光器发射事件做出棱镜位置预测，如图中的预测箭头所指示。在优选的实施例中，使用本文在其他地方描述的公式(A)来做出这种对在LF_k+1的激光器发射事件的预测。

回头参见图4，然后，该过程进行到步骤455，步骤455中，如已经描述的，对随后的电压更新事件做出棱镜位置预测。并且，如之前一样，然后，在时间更新部分403中，该过程完成一个操作循环。

再次参见判定框405并参见测量更新部分401中周期性地开始的过程的开始，如果改为新的激光器输出测量已经被接收到且因而是可用的，那么，该过程在测量更新部分401内通过使用新的测量来执行对先前的预测和/或新的预测的一个或多个更新而继续进行，如进一步所解释的。

如果在判定框410中确定了自从上次接收到新的激光器输出测量以来判断激光没有再次发射，那么，该过程继续到步骤420，步骤420中，用新的测量来更新对下一电压更新事件的预测。

现在将参考图8描述在步骤420进行的用新的测量来更新对下一电压更新事件的预测。如之前一样，该过程当前是在时间C_m，且在已经做出对随后的电压控制事件V_m+1（未示出）的预测之前，现在的激光器发射事件LF_k的激光器输出测量已经变得可用。该过程使用在将要施加下一控制信号V_m之前的剩余时间，以使用新近可用的激光器输出测量来更新先前对该电压更新事件所做出的预测。以此方式，来自激光器发射事件LF_k的新近可用的激光器输出测量被用来更新先前对新的控制信号施加V_m所做出的预测。在优选的实施例中，使用本文在其他地方描述的公式(B)来更新对下一电压更新事件做出的预测。

回头参见图4，现在已经更新了先前对下一电压更新事件所做出的棱镜预测，如先前所描述的，通过离开测量更新部分401并进入计算控制部分402，该过程继续，计算控制部分402从计算粗糙波长棱镜信号430等开始。然而，现在计算步骤430、435和440使用经更新的对下一电压更新事件的预测，因而受益于新近所接收的激光器输出波长测量数据。

替代地，回头参见测量更新部分401的判定框410，如果判断激光自从上次接收到新的激光器输出测量以来已经再次发射，那么，该过程继续到步骤415和步骤425，步骤415中用新的测量来更新对先前的激光器发射事件的预测，步骤425中将基于经更新的对先前的激光器发射事件的预测来做出对下一电压更新事件的新的预测，将进一步描述其中的每一个步骤。

现在将参考图9解释如在步骤415所进行的用新的测量来更新对先前的激光器发射事件的预测。如之前一样，该过程当前是在时间C_m，且现在来自激光器发射事件LF_k的激光器输出测量已经变得可用。该过程使用来自激光器发射事件LF_k的新的激光器输出测量来更新先前对激光器发射事件LF_k+1所做出的预测（如本文在其他地方所解释的，如在先前的过程循环中的步骤450中所做出的，）。在优选的实施例中，使用本文在其他地方描述的公式(B)来完成更新对先前的激光器发射事件的预测。

现在也将参考图9解释如在步骤420所进行的基于经更新的对先前的激光器发射事件的预测来对下一电压更新事件做出新的预测。如之前一样，该过程当前是在时间C_m。使用来自步骤415的经更新的对先前的激光器发射事件LF_k+1的预测来做出对下一电压更新事件的预测，下一电压更新事件在图中被示出为所施加的且由预测箭头所指示的新的控制信号V_m。在优选的实施例中，基于经更新的对先前的激光器发射事件的预测对下一电压更新事件做出新的预测是使用本文在其他地方描述的公式(A)来完成的。

回头参见图4，现在已经对下一电压更新事件做出新的预测，如其他地方所描述的，通过离开测量更新部分401并进入计算控制部分402，该过程继续，计算控制部分402从计算粗糙波长棱镜信号430等开始。然而，现在计算步骤430、435和440使用新近对下一电压更新事件所创建的预测，因而受益于新近所接收的激光器输出波长测量数据和新的激光器发射事件的已知定时。

最终，如本文在其他地方描述的，通过在时间更新部分403中执行适当的操作以便对随后的电压更新事件做出预测，该过程循环结束。

为了帮助理解，现在将揭示反映了发生的各种场景的各处理步骤的各种不同的序列。

在第一种可能的顺序中，计算并输出控制信号，且创建对随后的电压事件的预测。这一场景发生在已经没有新的激光器输出波长测量并且激光器将不在下一电压更新事件之前发射的时候。这一顺序包括处理步骤430、435、440和455。

在第二种可能的顺序中，计算并输出控制信号，对下一激光器发射事件做出预测，且创建对随后的电压事件的预测。这一场景发生在已经没有新的激光器输出波长测量并且激光器将在下一电压更新事件之前进行发射的时候。这一顺序包括处理步骤430、435、440、450和455。

在第三种可能的顺序中，更新对下一电压更新事件的预测，基于该经更新的下一电压更新事件来计算控制信号，且做出对随后的电压更新事件的预测。这一场景发生在新的激光器输出波长测量已经变得可用、激光器自从上次接收新的测量以来从未再次发射并且激光器将不在下一电压更新事件之前发射的时候。这一顺序包括处理步骤420、430、435、440和455。

在第四种可能的顺序中，更新对下一电压更新事件的预测，基于该经更新的下一电压更新事件来计算控制信号，做出对下一激光器发射事件的预测并且做出对随后的电压更新事件的预测。这一场景发生在新的激光器输出波长测量已经变得可用、激光器自从上次接收新的测量以来从未再次发射并且激光器将在下一电压更新事件之前进行发射的时候。这一顺序包括处理步骤420、430、435、440、450和455。

在第五种可能的顺序中，更新对先前的激光器发射事件的预测，基于经更新的先前的激光器发射事件做出对下一电压更新事件的预测，基于该对下一电压更新事件的预测来计算控制信号，并且做出对随后的电压更新事件的预测。这一场景发生在新的激光器输出波长测量已经变得可用、激光器自从上次接收新的测量以来从未再次发射并且激光器将不在下一电压更新事件之前发射的时候。这一顺序包括处理步骤415、425、430、435、440和455。

在第六种可能的顺序中，更新对先前的激光器发射事件的预测，基于经更新的先前的激光器发射事件而做出对下一电压更新事件的预测，基于该对下一电压更新事件的预测来计算控制信号，做出对下一激光器发射事件的预测并且做出对随后的电压更新事件的预测。这一场景发生在新的激光器输出波长测量已经变得可用、激光自从上次接收新的测量以来从未再次发射并且激光器将在下一电压更新事件之前进行发射的时候。这一顺序包括处理步骤415、425、430、435、440、450和455。

在此讨论的各实施例是本发明的阐释。当参考各阐释来描述本发明的这些实施例时，本领域中的技术人员可以明显看出所描述的方法和/或具体的结构的各种修改或改编。依赖于本发明的教导以及这些教导已经通过其推动技术发展的所有这样的修改、改编或改变都被认为是在本发明精神和范围内。因此，不应以限制意义来考虑描述和附图，而应理解，本发明决不仅限于所阐释的实施例。

作为一种可能的替代，应理解，在此描述的先进的激光器控制方法和装置可以用于以与在此描述的用于控制激光器光的波长的相似方式来控制激光器光的带宽。

还应理解，在此描述的本发明的精神和含义内可以使用替代的顺序和公式。

类似地，应理解，控制计算机160可以是包括处理器和存储器的任何计算系统，包括：运行软件指令用于执行所描述的操作的个人计算机、服务器或其他处理系统，这些指令本身可以来自计算机可读介质或驻留在计算机可读介质上。或者，控制计算机160可以是诸如专用集成电路（ASIC）等的带有或不带有固体的、被具体配置为执行所描述的操作的任何专用硬件或其他硬布线设备。

Claims (11)

1.一种激光器波长控制的方法，包括：

在第一规则离散间隔做出对激光器系统中的棱镜的位置的预测；

在第二规则离散间隔接收所述激光器系统中的主振荡器腔的输出波长测量，所述第二规则离散间隔比所述第一规则离散间隔长；

其中，在每一个第一规则离散间隔期间：

如果在第一规则离散间隔期间没有接收到所述输出波长测量，那么，在控制计算机中使用所预测的棱镜位置来为所述棱镜计算控制电压，

如果在所述第一规则离散间隔期间已经接收到所述输出波长测量，那么，使用所述输出波长测量来更新所预测的棱镜位置，并在所述控制计算机中使用经更新的所预测的棱镜位置来为所述棱镜计算控制电压，

以及

将所计算控制电压从所述控制计算机输出到用于定位所述棱镜的电子设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一规则离散间隔使用所述棱镜的移动模型来做出对所述棱镜的位置的所述预测。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述棱镜的移动模型是基于所述棱镜的物理移动以及在所述激光器系统内的扰动。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，以积分形式的所述模型是：

$x(t+T)=e^{\mathrm{AT}}x\left(t\right)+{\∫}_{0}T{e}^{A^{\mathrm{\τ}}}\mathrm{Bu}(T-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

其中

x(t+T)是初始状态x(t)的T秒前的所预测的状态，

e^AT是线性系统的标准状态转换矩阵，

B是标准输入矩阵，

u是压电换能器电压信号的值；以及

τ是虚拟变量。

5.一种激光器波长控制的方法，包括：

在第一规则离散间隔做出对激光器系统中的棱镜的位置的预测；

在第二规则离散间隔接收所述激光器系统中的主振荡器腔的输出波长测量，所述第二规则离散间隔比所述第一规则离散间隔长；

其中，在每一个第一规则离散间隔期间：

如果在第一规则离散间隔期间没有接收到所述输出波长测量，那么，在控制计算机中使用所预测的棱镜位置来为所述棱镜计算控制电压，

如果在所述第一规则离散间隔期间已经接收到所述输出波长测量，那么，

如果所述激光器自从接收到所述输出波长测量以来已经再次发射，那么，使用所述输出波长测量来更新先前的棱镜位置预测，基于所述经更新的先前棱镜位置预测来做出新的棱镜位置预测，并且在所述控制计算机中使用所述新的棱镜位置预测来为所述棱镜计算所述控制电压，

以及

如果所述激光器自从接收到所述输出波长测量以来从未再次发射，那么，使用所述输出波长测量来更新所预测的棱镜位置，并且在所述控制计算机中使用所述经更新的棱镜位置预测来为所述棱镜计算所述控制电压；

以及

将所计算的控制电压从所述控制计算机输出到用于定位所述棱镜的电子设备。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在第一规则离散间隔使用所述棱镜的移动模型来做出对所述棱镜的位置的所述预测。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述棱镜的移动模型是基于所述棱镜的物理移动以及在所述激光器系统内的扰动。

8.一种用于棱镜控制器的方法，所述方法包括：

在第一规则离散间隔使用棱镜的移动模型来预测棱镜的位置；

在第二规则离散间隔接收由所述棱镜所控制的主振荡器腔的输出波长测量，所述第二规则离散间隔比所述第一规则离散间隔长；

其中，在每一个第一规则离散间隔期间：

如果在第一规则离散间隔期间没有接收到所述输出波长测量，则使用所预测的棱镜位置来为所述棱镜计算控制电压，

如果在所述第一规则离散间隔期间已经接收到所述输出波长测量，那么，使用所述输出波长测量来更新所预测的棱镜位置，并使用经更新的所预测的棱镜位置来为所述棱镜计算控制电压，

以及

将所计算的控制电压输出到用于定位所述棱镜的电子设备。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在第一规则离散间隔使用所述棱镜的移动模型来做出对所述棱镜的位置的所述预测。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述棱镜的移动模型是基于所述棱镜的物理移动以及在激光器系统内的扰动。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，积分形式的所述模型是：

$x(t+T)=e^{\mathrm{AT}}x\left(t\right)+{\∫}_{0}T{e}^{A^{\mathrm{\τ}}}\mathrm{Bu}(T-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

其中

x(t+T)是初始状态x(t)的T秒前的所预测的状态，

e^AT是线性系统的标准状态转换矩阵，

B是标准输入矩阵，

u是压电换能器电压信号的值；以及

τ是虚拟变量。