CN104316185B - 一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 - Google Patents
一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104316185B CN104316185B CN201410591968.6A CN201410591968A CN104316185B CN 104316185 B CN104316185 B CN 104316185B CN 201410591968 A CN201410591968 A CN 201410591968A CN 104316185 B CN104316185 B CN 104316185B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- spectrum
- energy
- detection
- spectral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 73
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置。本发明利用挡光系统将待测激光中具有特定光谱范围的激光入射到分光系统，并利用所述分光系统将激光分成两束，其中一束进行光谱的探测与显示，另一束进行能量探测，并调节挡光系统以改变通过该挡光系统的激光的光谱范围，并根据所显示的光谱范围以及与所显示的光谱范围对应的能量，获得待测激光的光谱能量分布。挡光系统可通过可调节开口大小和位置的可调狭缝构成。本发明可以同时观测入射激光的光谱及其相应能量分布，简便快捷，操作方便，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置。
背景技术
准分子激光由于其短波长等特点被广泛用于超大规模集成电路光刻。窄的辐射光谱宽度是光刻用准分子激光器最重要的技术指标之一，直接影响曝光系统物镜像差中色差大小及曝光宽容度。考察光刻光源光谱宽度有两个关键指标：FWHM(Full Width HalfMaximum)和E95带宽。其中，E95是衡量光谱纯度的重要指标，强调脉冲激光的光谱能量分布，其大小及稳定性对于光刻应用至关重要，影响曝光系统成像能力和临界尺寸的控制。
在先研究者们尝试了许多线宽压窄的方案(如申请号为201210553807.9的专利)，多以损失激光能量为代价。为了同时实现窄线宽及高输出激光能量，主振-功率振荡结构(MOPO)(如文献“准分子激光技术发展”，《中国激光》，2010，37：9)、复合腔结构(如文献“光参量振荡器的复合腔调频”，《中国激光》，1997，24：2)等光学结构被引入激光系统。在调整此种激光系统时，需要同时兼顾大能量和窄线宽两个指标，在提升输出激光能量的同时决不能以光谱展宽为代价。
图1为现有的未优化的准分子激光复合腔系统输出激光的光谱图。如图1所示，输出激光光谱中除了窄带部分，光谱底部出现了一个强度相对较弱的宽带包络，则系统需要继续优化调整，以最终使得能量提升仅限于窄带激光部分。在此过程中，需要相关的方法或装置来判定整个激光光谱能量分布情况。
以光刻用ArF准分子激光器为例，目前所需光源线宽极窄(一般为百fm量级)，而激光自由振荡谱线较宽(百pm量级)。若运用MOPO或复合腔等结构同时获得窄线宽及大能量输出，则调试过程中需同比例呈现上述自由振荡宽带谱与目标窄带谱的信息，包括光谱及其能量分布情况，用以判定系统是否已优化好。但是，由于二者相差三个数量级，若要实现两者光谱的同精度探测和显示非常困难，目前未见有相关仪器可直接应用，而单纯利用现有光谱仪探测上述光谱会引入误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明旨在解决窄谱及宽谱信息的同时探测和解调，以更加精确、便捷的探测激光光谱能量分布信息的问题。
(二)技术方案
本发明提出一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法，包括如下步骤：利用挡光系统将待测激光中具有特定光谱范围的激光入射到分光系统；利用所述分光系统将激光分成两束，其中一束进行光谱的探测与显示，另一束进行能量探测；调节挡光系统以改变通过该挡光系统的激光的光谱范围，并根据所显示的光谱范围以及与所显示的光谱范围对应的能量，获得待测激光的光谱能量分布。
优选地，所述挡光系统的通光口的位置和/或大小是可调的。
本发明还提出一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，包括激光色散分光系统、挡光系统、分光系统、成像系统、探测显示系统和能量探测系统，其中，所述激光色散分光系统用于将入射激光色散分光并将其入射到所述挡光系统，所述挡光系统用于使入射到其上的特定光谱范围的激光通过后发射到出光系统，所述分光系统用于使入射到其上的激光一分为二，其中一束经所述成像系统进入所述探测显示系统，另一束进入所述能量探测系统，所述成像系统用于使挡光系统处透射的激光分布图像等比例成像于所述探测显示系统，所述探测显示系统用于探测并显示激光的光谱信息，所述能量探测系统用于对激光进行能量测试，得到激光的能量数据。
根据本发明的具体实施方式，所述激光色散分光系统包括激光器、入射狭缝、准直镜、衍射光栅和聚焦镜，其中衍射光栅作为色散元件。
根据本发明的具体实施方式，所述挡光系统为一个可调狭缝，其开口的大小可调。
根据本发明的具体实施方式，所述可调狭缝的位置可以连续调节。
根据本发明的具体实施方式，所述分光系统为一个分光镜片。
根据本发明的具体实施方式，所述成像系统为1∶1成像透镜，其与所述挡光系统及所述探测显示系统的距离相同，均为该1∶1成像透镜焦距的2倍。
根据本发明的具体实施方式，所述探测显示系统包括CCD和显示处理器。
根据本发明的具体实施方式，所述能量探测系统为一能量计。
(三)有益效果
本发明的装置引入了分光系统，从而在光谱探测的同时，通过能量探测以获得光谱能量分布信息，因此能对特定光谱探测进行补充和修正。本发明可以同时观测入射激光的光谱及其相应能量分布，简便快捷，操作方便，可靠性高。
附图说明
图1为现有的未优化的准分子激光复合腔系统输出激光的光谱图；
图2为本发明的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置的光路结构原理图；
图3为本发明提出的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置的实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置，在系统中引入分光系统，在光谱探测的同时，引入能量探测获得光谱能量分布信息，以对光谱探测进行补充和修正。
本发明的方法主要为：利用挡光系统将待测激光中具有特定光谱范围的激光入射到分光系统；利用所述分光系统将激光分成两束，其中一束进行光谱的探测与显示，另一束进行能量探测；调节挡光系统以改变通过该挡光系统的激光的光谱范围，并根据所显示的光谱范围以及与所显示的光谱范围对应的能量，获得待测激光的光谱能量分布。所述挡光系统的通光口的位置和/或大小是可调的。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图2为本发明的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置的光路结构原理图。如图2所示，本发明的装置包括激光色散分光系统1、挡光系统2、分光系统3、成像系统4、探测显示系统5和能量探测系统6。
激光色散分光系统1用于将入射激光色散分光并将其入射到所述挡光系统2；挡光系统2用于使入射到其上的特定光谱范围的激光通过后发射到出光系统，而其他光谱范围的激光被挡光系统2阻挡；分光系统3用于使入射到其上的激光一分为二，其中一束经成像系统4进入探测显示系统5，另一束进入能量探测系统6；成像系统4用于使挡光系统2处透射的激光分布图像等比例成像于探测显示系统5；探测显示系统5用于探测并显示激光的光谱信息；能量探测系统6用于对激光进行能量测试，得到激光的能量数据。
优选地，所述挡光系统2能够被移动，从而改变其通光口的位置；更优选为，其通光口的大小也可以是可调的，以使从挡光系统2出射的激光中只包含特定光谱成分的激光。例如将挡光系统2安置于一个精密调整架上。
所述控测显示系统5优选为能够实时显示激光的光谱。
同时，能量探测系统6优选为能够处理所测试得到的能量数据，得到入射到该能量探测系统6的激光中特定光谱成分所占的能量比例，即由激光色散分光系统1入射的激光中特定光谱成分所占的能量比例。这样，通过连续移动挡光系统2的位置，可以得出所述激光中各光谱成分所占能量比例，继而得知该激光的光谱能量分布情况。
优选地，上述各系统均密封于没有外部光线的容器中，以排除外部光线的干扰。该容器例如是一个黑色的密闭盒体。
优选的，当所述激光色散分光系统出射的激光是被准直并色散后聚焦的，则所述挡光系统2放置于该激光的焦点。这样有利于通过挡光系统2的位置移动来进行光谱范围的调节；
所述挡光系统可以是刀口、可调狭缝等元件；所述的分光系统，可以是一定分光比例的分光镜片；所述的成像系统，可以是透镜或透镜组；所述探测显示系统5，可以是CCD、显示处理器及它们的控制器的组合；
下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明的装置的结构。图3为本发明提出的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置的实施例的结构示意图。如图3所示，该实施例的装置包括有：激光器10、入射狭缝11、准直镜12、衍射光栅13、聚焦透镜14、可调狭缝21、50∶50分光比的分光镜片31、1∶1成像透镜41、CCD 51、显示处理器52、能量计61。
其中，激光器10、入射狭缝11、准直镜12、衍射光栅13和聚焦透镜14构成激光色散分光系统1。衍射光栅13作为色散元件。可调狭缝21构成挡光系统2，分光镜片31作为分光系统3、1∶1成像透镜41作为成像系统4，CCD 51和显示处理器52组成探测显示系统5，能量计61作为能量探测系统6。
具体来说，激光器10产生的激光经由一个入射狭缝11入射至准直镜12。入射狭缝11用于控制入激光光斑的大小。激光被准直镜12准直后以一定角度入射到衍射光栅13。衍射光栅13会将入射激光进行色散分光，根据光栅方程(d(sinθi±sinθo)＝mλ，m＝0，±1，±2，…)，会形成很多衍射级次的出射激光，而各衍射级次(m≠0)激光都对应一系列不同出射角度的相应波长的激光。
调节光栅角度以选取衍射的激光的一级衍射分光级次，使之入射到聚焦透镜14。由于不同入射波长激光都对应不同的入射角度，所以在聚焦透镜14的焦平面处各波长激光在空间上将分开排列。可调狭缝21置于聚焦透镜14的焦平面上，其开口的大小可调，且位置可以通过机械方式连续调节，以使特定光谱成分的激光通过。
分光镜片31置于可调狭缝之后，用于将光束一分为二，其中一束经1∶1成像透镜41成像于CCD 51，并经显示处理器52将光谱信息还原，另外一束入射至能量计61进行能量测试。
通过在聚焦透镜14的聚焦平面内精密移动可调狭缝21的位置及开口的大小，以使聚焦镜焦平面上已在空间分开排列的不同的波长成分通过，也即，使出射激光中特定的光谱成分通过，并可由显示处理器52对通过的光谱进行实时显示，同时还能通过能量计61得出相应光谱成分的能量数据。将能量数据进行处理，处理后即可以得知入射激光中特定光谱成分所占能量比例。连续移动可调狭缝21的位置并重复以上操作，可以得出入射激光中各光谱成分所占能量比例。
该实施例中，所述装置的各元件(除了激光器10)全部置于密封黑色金属盒子中，以排除外部光线干扰；所述可调狭缝21的开口大小可调，而可调狭缝21外部尺寸要足够覆盖焦平面处的激光截面；所述的1∶1成像透镜41与所述可调狭缝21及CCD 51距离相同，均为成像透镜41焦距的2倍，从而将聚焦镜焦平面的像等比例成像于CCD上。
使用上述装置进行入射激光光谱能量分布测试的具体操作的步骤如下：首先，按照图3中可调狭缝21右侧的双箭头方向在聚焦透镜14的焦平面内移动可调狭缝21的位置并调整其开口大小，使得焦平面处的全部光谱成分露出，利用能量计61测得此时的相对能量值E1；然后，根据显示处理器52显示的光谱信息，精密调节可调狭缝21的开口大小及位置，从而使激光中特定波长(λi)及带宽(Δλ)的激光成分通过，此时只显示通过的所需测量部分的光谱，利用能量计61测得此时的相对能量值E2。于是，所需测量部分的光谱占总光谱的能量比例为：E2/E1。重复上述步骤，可以得出各光谱成分所占的能量比例，继而获得入射激光光谱能量分布信息。
由上述对于本发明的技术方案及具体实施方式的说明可见，本发明通过引入分光系统，在光谱探测的同时进行能量探测而获得光谱能量分布信息，从而对特定光谱探测进行补充和修正。本发明设计可以同时观测入射激光的光谱及其相应能量分布，简便快捷，操作方便，可靠性高。
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，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 (8)
1.一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用激光色散分光系统将入射激光色散分光并将其入射到挡光系统；其中激光色散分光系统包括激光器、入射狭缝、准直镜、衍射光栅和聚焦镜，其中衍射光栅作为色散元件；
利用挡光系统将待测激光中具有特定光谱范围的激光入射到分光系统；
利用所述分光系统将激光分成两束，其中一束进行光谱的探测与显示，另一束进行能量探测；
调节挡光系统的通光口的位置和/或大小以改变通过该挡光系统的激光的光谱范围，从而使激光中特定波长及带宽的激光成分通过，并根据所显示的光谱范围以及与所显示的光谱范围对应的能量，获得待测激光的光谱能量分布。
2.一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，包括激光色散分光系统(1)，其特征在于：还包括挡光系统(2)、分光系统(3)、成像系统(4)、探测显示系统(5)和能量探测系统(6)，其中，
所述激光色散分光系统(1)用于将入射激光色散分光并将其入射到所述挡光系统(2)；激光色散分光系统(1)包括激光器(10)、入射狭缝(11)、准直镜(12)、衍射光栅(13)和聚焦镜(14)，其中衍射光栅(13)作为色散元件；
所述挡光系统(2)具有可调节位置和/或大小的通光口，用于使入射到其上的特定光谱范围的激光通过后发射到出光系统，从而使激光中特定波长及带宽的激光成分通过；
所述分光系统(3)用于使入射到其上的激光一分为二，其中一束经所述成像系统(4)进入所述探测显示系统(5)，另一束进入所述能量探测系统(6)；
所述成像系统(4)用于使挡光系统(2)处透射的激光分布图像等比例成像于所述探测显示系统(5)；
所述探测显示系统(5)用于探测并显示激光的光谱信息；
所述能量探测系统(6)用于对激光进行能量测试，得到激光的能量数据。
3.如权利要求2所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述挡光系统(2)为一个可调狭缝(21)，其开口的大小可调。
4.如权利要求3所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述可调狭缝(21)的位置可以连续调节。
5.如权利要求2所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述分光系统(3)为一个分光镜片(31)。
6.如权利要求2所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述成像系统(4)为1:1成像透镜(41)，其与所述挡光系统(2)及所述探测显示系统(5)的距离相同，均为该1:1成像透镜(41)焦距的2倍。
7.如权利要求2所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述探测显示系统(5)包括CCD(51)和显示处理器(52)。
8.如权利要求2所述的同时监测激光光谱及光谱能量分布的装置，其特征在于，所述能量探测系统(6)为一能量计(61)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410591968.6A CN104316185B (zh) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | 一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410591968.6A CN104316185B (zh) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | 一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104316185A CN104316185A (zh) | 2015-01-28 |
| CN104316185B true CN104316185B (zh) | 2017-12-19 |
Family
ID=52371448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410591968.6A Active CN104316185B (zh) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | 一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104316185B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107356407B (zh) * | 2016-05-10 | 2020-04-10 | 南京理工大学 | 同步测量高功率光纤激光器功率、光谱和光束质量的装置 |
| CN108152909A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-12 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种调节半导体激光器封装结构中的光栅的装置和方法 |
| CN109000794B (zh) * | 2018-06-25 | 2019-09-27 | 西北核技术研究所 | 一种激光光谱谱线或者谱带测量装置及方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1038447C (zh) * | 1991-08-15 | 1998-05-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光束多种参量测试仪 |
| US6700915B2 (en) * | 1999-03-12 | 2004-03-02 | Lambda Physik Ag | Narrow band excimer laser with a resonator containing an optical element for making wavefront corrections |
| US7317536B2 (en) * | 2005-06-27 | 2008-01-08 | Cymer, Inc. | Spectral bandwidth metrology for high repetition rate gas discharge lasers |
| CN103078247B (zh) * | 2013-01-08 | 2016-08-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 用于窄线宽准分子激光器的线宽稳定控制装置 |
-
2014
- 2014-10-29 CN CN201410591968.6A patent/CN104316185B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104316185A (zh) | 2015-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Norris et al. | First on-sky demonstration of an integrated-photonic nulling interferometer: the GLINT instrument | |
| US11175221B2 (en) | Instantaneous ellipsometer or scatterometer and associated measuring method | |
| CN103471992B (zh) | 一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法 | |
| EP2157472A1 (en) | Tunable filter, light source device and spectrum distribution measuring device | |
| CN102155997A (zh) | 光纤型激光波长计 | |
| JP4640577B2 (ja) | 光スペクトラムアナライザ | |
| CN114739507B (zh) | 一种高光谱辐亮度仪杂散光校正方法及测量装置 | |
| US11644418B2 (en) | Far-infrared light source and far-infrared spectrometer | |
| CN103424190A (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| Lemieux et al. | A primary radiation standard based on quantum nonlinear optics | |
| CN108169205A (zh) | 一种空间外差拉曼光谱仪光路结构 | |
| CN104316185B (zh) | 一种同时监测激光光谱及光谱能量分布的方法和装置 | |
| JP2010197358A (ja) | 分光分析装置及び元素分析装置 | |
| CN204228268U (zh) | 激光光谱及光谱能量分布的协同监控装置 | |
| KR102015811B1 (ko) | 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치 | |
| KR101054017B1 (ko) | 분광기의 보정방법 | |
| US20180120086A1 (en) | Sagnac Fourier Spectrometer (SAFOS) | |
| CN203203714U (zh) | 绝对波长校准仪 | |
| CN105973480A (zh) | 光栅二次衍射型激光波长计 | |
| CN116625985A (zh) | 基于双可调谐激光器的高精度光谱定标方法及其适用系统 | |
| CN102928094A (zh) | 绝对波长校准仪 | |
| JP5176937B2 (ja) | 光スペクトラムアナライザ | |
| Zarini et al. | Multi-octave high-dynamic range optical spectrometer for single-pulse diagnostic applications | |
| Terra et al. | Calibration of grating based optical spectrum analyzers | |
| DE102014119235A1 (de) | Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe unter Berücksichtigung einer Transmissionsdispersion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200805 Address after: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Patentee after: Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences Address before: 100190, No. 19 West Fourth Ring Road, Beijing, Haidian District Patentee before: Aerospace Information Research Institute,Chinese Academy of Sciences Effective date of registration: 20200805 Address after: 100190, No. 19 West Fourth Ring Road, Beijing, Haidian District Patentee after: Aerospace Information Research Institute,Chinese Academy of Sciences Address before: 9 Dengzhuang South Road, Haidian District, Beijing 100094 Patentee before: Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210312 Address after: 100176 building 10, 156 Jinghai 4th Road, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing Patentee after: BEIJING RSLASER OPTO-ELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Patentee before: Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences |