CN107810443B - 功率可扩展的非线性光波长转换器 - Google Patents

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Abstract

一种系统包含非线性晶体，所述非线性晶体经定位使得激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的光束传播方向的至少一个平面中。所述非线性晶体安置于晶体座组合件中。可将激光光束引导于所述非线性晶体处以进行波长转换。所述系统可用作深UV波长转换器。

Description

功率可扩展的非线性光波长转换器
相关申请案交叉参考
本申请案主张于2015年7月1日提出申请且受让于美国申请案第62/187,739号的临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案的揭示内容特此以引用方式并入。
技术领域
本发明涉及光波长转换。
背景技术
在半导体制造期间的各个步骤处使用检验过程来检测晶片上的缺陷以增加合格率。然而，随着半导体装置的尺寸减小，检验对半导体装置的成功制造变得更加重要，这是因为较小缺陷可导致装置出现故障。半导体制造商寻求在维持晶片检验系统中的总体检验速度(以晶片/小时为单位)的同时对粒子、异常及其它缺陷类型的经改进敏感性。
半导体制造的每一相继节点均需要对晶片上的较小缺陷及粒子进行检测。因此，需要用于晶片检验的较高功率及较短波长UV(紫外)激光。由于缺陷或粒子大小减小，因此由所述缺陷或粒子反射或散射的光的部分通常也减小。因此，可需要经改进信噪比来检测较小缺陷及粒子。如果使用较亮光源来照射缺陷或粒子，那么较多光子将被散射或反射，且在其它噪声源受控的情况下，信噪比可得以改进。使用较短波长可进一步改进对较小缺陷的敏感性，这是因为当波长减小时，由小于光的波长的粒子散射的光的部分增加。
用于半导体工业中所使用的晶片及光罩检验的一些检验工具依赖于深紫外(DUV)辐射。UV及DUV光谱区中的激光辐射的最紧凑、高效且具成本效益来源中的一些来源是基于非线性光学晶体中的固态激光辐射的波长转换。当暴露于高功率DUV辐射时，包含非线性光学晶体的光学组件易于导致光诱发的损坏，此限制存在于每一个别组件上或每一个别组件中的最大功率密度。此功率密度限制迫使光学器件设计者在可实现DUV功率、空间光束质量、组件寿命与波长转换器装置的外观尺寸之间做出折衷。使非线性晶体中的光束大小优化可需要利用谐波(DUV)功率、空间光束质量与非线性晶体寿命之间的折衷。同时，可需要光学器件上的低功率密度以实现所要组件寿命。
如果非线性波长转换过程中所涉及的波长中的一者或多者是在DUV区中，那么DUV辐射不仅易于导致非线性晶体中的光诱发的损坏，且也易于导致对光束成形光学器件中的其它光学组件的光诱发的损坏。在此情形中，限制晶体中的功率密度及光束成形光学器件上/其中的功率密度两者可变得重要。光束成形光学器件上的可接受功率密度可显著比在非线性晶体自身中低。此要求部分地由材料性质(例如，在熔硅石的情形中)所致且部分地由以下事实所致：无法将通常用于非线性晶体的光点移位方案应用于许多光学组件(例如，球面透镜)而不将未对准及像差引入到光束路径中。此使得需要将光束成形光学器件定位于距非线性晶体距离处，在此处，光束已充分发散以将光功率密度减小到可接受水平。增加非线性晶体中的焦点大小将减小光束发散。相应地将增加从非线性晶体到光束成形光学器件的所需距离，使得波长转换模块可变得比所期望大。
非线性晶体可垂直于光束周期性地移位，非线性晶体使用多个晶体位置。如果非线性晶体的一个区域被损坏，那么使非线性晶体相对于光束而移动，使得光束被投射到不同未损坏区域上。尽管此可延长在必须替换非线性晶体之前的周期，但此无法解决对非线性晶体的任何损坏的起因。
因此，需要一种经改进非线性光波长转换器。
发明内容
在第一实施例中，提供一种系统。系统包括：激光源、非线性晶体及晶体座组合件。所述激光源经配置以产生激光光束。所述非线性晶体经配置以用于波长转换。所述非线性晶体经定位使得所述激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的光束传播方向的至少一个平面中。所述非线性晶体安置于所述晶体座组合件上。
光束成形光学器件可安置于所述激光源与所述非线性晶体之间及/或可沿所述光束传播方向安置于所述非线性晶体的下游。
所述晶体座组合件可经配置以通过调整所述非线性晶体的中心与所述焦点之间的距离而调整所述激光光束在所述非线性晶体中的光束大小。
所述非线性晶体可经定位使得所述激光光束的所述焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的所述光束传播方向的所述至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利(Rayleigh)范围。
所述激光光束可为脉冲激光光束。所述非线性晶体可经定位使得所述脉冲激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光通量功率密度或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。
所述晶体座组合件可包含在距所述激光源不同距离处的多个安装特征。所述晶体座组合件可经配置以安置于所述安装特征中的一者上，且所述激光光束在所述非线性晶体中的光束大小可通过选择所述安装特征中的一者而提供。
使用所述多个安装特征，所述非线性晶体可经定位使得所述激光光束的所述焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的所述光束传播方向的所述至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利范围。
使用所述多个安装特征，所述激光光束可为脉冲激光光束。所述非线性晶体可经定位使得所述脉冲激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光通量或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。
所述晶体座组合件可为可调整的。所述非线性晶体可经定位使得所述激光光束的所述焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的所述光束传播方向的所述至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利范围。
所述激光光束可为脉冲激光光束，且所述晶体座组合件可为可调整的。所述非线性晶体经定位使得脉冲激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光通量或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。
所述焦点可为圆形、椭圆形或像散中的至少一者。
所述焦点可为椭圆形的，且平行于离散的平面中的焦点比垂直于所述离散的平面中的焦点大。
所述焦点可为像散的，使得(举例来说)一个平面中的焦点在所述非线性晶体内部，且另一平面中的焦点在所述非线性晶体外部。
所述焦点可为像散的且椭圆形的。一个平面中的焦点在所述非线性晶体内部，且另一平面中的焦点在所述非线性晶体外部。在所述非线性晶体内部的所述焦点具有比在所述非线性晶体外部的所述焦点大的宽度。
所述系统可经配置使得所述波长转换是二次谐波产生、和频产生或差频产生中的一者。
所述系统可进一步包含连接到所述晶体座组合件的调整组合件。举例来说，所述调整组合件可为具有锁定机构的螺杆。
在第二实施例中，提供一种方法。所述方法包括：产生激光光束；将所述激光光束引导于经配置以用于波长转换的非线性晶体处；及非线性地转换所述激光光束。所述非线性晶体经定位使得所述激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的光束传播方向的至少一个平面中。所述激光光束的所述非线性转换可为二次谐波产生、和频产生或差频产生中的一者。
附图说明
为更全面理解本发明的本质及目的，应连同附图一起参考以下详细描述，附图中：
图1是图解说明根据本发明的波长转换器的实施例的示意图；
图2是图解说明根据本发明的系统的第一实施例的示意图；
图3是图解说明根据本发明的系统的第二实施例的示意图；
图4是图解说明根据本发明的系统的第三实施例的示意图；
图5是示范性焦点大小；且
图6是根据本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
虽然将就特定实施例描述所主张标的物，但其它实施例(包含不提供本文中所陈述的所有益处及特征的实施例)也属于本发明的范围内。可在不背离本发明的范围的情况下做出各种结构、逻辑、过程步骤及电子改变。因此，本发明的范围仅参考所附权利要求书来定义。
本文中所揭示的经改进非线性光波长转换器引入独立地使光束大小以及因此非线性晶体中的功率密度及光束成形光学器件的邻近光学元件上的功率密度两者优化的自由度。与其它波长转换器装置相比，此优化可在不增加装置的外观尺寸的情况下实现。即使对于晶体内部相对大的光束大小，也可使光束发散角变大以减小下游光学器件上的功率密度。另外，可视需要调整非线性光学晶体内部的光束大小以在具有对光学器件设计的最小改变的情况下扩展谐波功率。
本发明包括针对改进光性能以及组件寿命的非线性光波长转换器的紧凑设计。本发明允许光学器件设计者独立地使非线性晶体及光束成形光学器件的其它组件中或非线性晶体及光束成形光学器件的其它组件上的光功率密度优化。此通过将非线性晶体定位于基波光束的焦点外部而实现。此外，可通过调整非线性晶体的离焦位置经由光束大小而扩展非线性晶体内部的功率密度而不必重新设计波长转换器光学器件串。由于此特征，因此当增加谐波功率时，可维持非线性晶体中的最优功率密度。
非线性晶体可用于通过以下方式而形成UV激光光束：产生长波长光束的谐波，或混合不同频率的两个激光光束以形成等于两个频率的和(或差)的频率。因此，非线性波长转换(例如，非线性光学晶体中的和频产生(SFG)及二次谐波产生(SHG))可产生通过高效固态激光源的发射线不可直接获得的波长下的激光辐射。举例来说，此方法可用于将以近红外发射的二极管泵激的固态激光的波长范围扩展到可见、UV及DUV中。UV及DUV产生通常通过串接两个或多个SHG及SFG步骤而实现。举例来说，三次谐波(THG)通过SHG过程后续接着SFG过程而产生，而四次谐波(FHG)以两个串接的SHG过程产生。由于谐波产生及混合过程为非线性过程，因此较高入射功率密度通常产生较高效转换过程及较高输出功率。
举例来说，为在SHG过程中实现高效波长转换，使基波与二次谐波之间的色散最小化。此可通过以下方式而实现：在双折射非线性晶体中选择传播方向(即，相位匹配角)，使得基波波长下的正常折射率匹配二次谐波波长下的异常折射率，或反之亦然。对于大部分相位匹配角，非线性晶体内部的二次谐波光束的指向向量不与波向量平行。此条件通常称为临界相位匹配。可针对任何非线性波长转换器设计考虑指向向量离散(“walk-off”)，使得对空间光束质量的任何有害影响可最小化。
SHG中的小信号增益与基波功率密度的平方成比例。将高斯光束聚焦到非线性晶体中以使整个晶体中的功率密度最大化且实现最大转换效率。
最优焦点大小取决于非线性晶体的长度及非线性晶体的离散角两者。在临界相位匹配的情形中，可通过选择在离散的平面中具有较大腰部的椭圆形焦点而进一步增加非线性转换效率。除实现较高转换效率外，椭圆形聚焦可用于减小离散对空间光束质量的影响。可使用用以使圆形聚焦及椭圆形聚焦两者的聚焦条件优化的软件套件。
在高功率应用中，因高功率密度而引入的有害效应(例如，非线性吸收、热退相及光折射)可消积地影响二次谐波的功率及空间光束质量两者。此外，非线性材料中的高功率密度可诱发形成晶体缺陷(例如激子及色心)、光折射损坏及光诱发的表面损坏。这些效应可导致非线性晶体质量随时间的降级。当辐射的光子能量足够大以允许材料中的双光子吸收时，所述效应尤其显著。取决于所使用的非线性材料，此可为针对可见、UV或DUV中的辐射的情形。增加晶体内部的焦点大小可减小功率密度。由于此方法也减小转换效率，因此不得不在非线性转换效率、空间光束质量与非线性晶体的寿命之间做出折衷。在临界相位匹配的情形中，椭圆形聚焦在给定功率密度下通常产生经增加转换效率及经改进光束质量。
如果基波光束上的焦点位于非线性晶体的中心中，那么必须增加基波光束的焦点大小以增加非线性晶体中的光束大小。因此，将需要重新设计基波聚焦及谐波光束成形光学器件。如果装置的外观尺寸将保持不变，那么聚焦及光束成形光学元件上的光束大小减小。这增加光学器件上的功率密度，且因此减小光学器件的寿命。
增加非线性晶体上的入射激光功率可具有不期望的副效应。举例来说，在晶体中可随时间发生永久损坏。在积累暴露的情况下，此损坏可导致大体减小的功率强度以及大体增加的像散。因此，利用光学器件来校正像散可需要频繁的补偿调整，这在商业应用中将是不实际的。此外，像散也可迅速地增加到即使利用调整也不可能进行准确补偿的水平。
产生较短输出波长也可加速晶体的降级，这是因为输出光子是较高能量的，且因此可改变晶体的特性或甚至永久地损坏晶体。因此，在较短输出波长下，也可渐增地发生像散及其它不利光束质量及强度效应。
当扩展谐波功率时(例如，当较高功率基波激光源变得可用时，通过增加基波功率)，光功率、空间光束质量与晶体寿命之间的折衷可能不是优化的，使得不得不重新对非线性晶体中的光束大小进行优化。可需要改变非线性晶体中的焦点大小以重新进行优化。此可需要非线性波长转换器模块的主要光学及光机重新设计。
图1是图解说明波长转换器100的实施例的示意图。波长转换器100包含非线性晶体101及光束成形光学器件102。光束成形光学器件102可包含一或多个透镜、反射镜或其它光学组件。额外光束成形光学器件(未图解说明)可定位于非线性晶体101的与光束成形光学器件102相对的侧上，所述额外光束成形光学器件也可包含一或多个透镜、反射镜或其它光学组件。
激光光束103投射于非线性晶体101处。激光光束103具有焦点104，焦点104在非线性晶体101外部处于垂直于激光光束103的光束传播方向109的至少一个平面中。举例来说，此平面可平行于表示光束大小108的虚线。可设定或调整非线性晶体101的中心与焦点104之间的距离。
激光光束103的焦点104被选择为足够小的，且因此光束发散足够大，使得焦点104下游或上游的一个或多个光学元件上的基波及/或谐波功率密度保持足够低以确保用于预期应用的充分组件寿命(例如，长达一年以上或其它时间周期)。取决于基波及谐波辐射的波长以及组件的材料性质，最大容许功率密度可介于从100W/cm2到1MW/cm2的范围内，包含精确到1.0W/cm2且介于其之间的范围内的所有值。
对于任何给定高斯或近高斯光束，沿两个互相垂直轴x及y(两者也垂直于光束传播方向109)所测量的光束直径是距焦点位置的距离(z-z0)的函数，如在方程式1及方程式2中可见
Figure GDA0001532896190000071
Figure GDA0001532896190000072
其中2*w(z)是位置z处的光束直径，被定义为跨越光束轮廓的功率分布的标准偏差的4倍，2*w0为光束腰部直径，z0为沿光束传播方向的光束腰部位置，λ为辐射的波长，且M2为光束传播参数。光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波功率密度DF可依据光束半径而计算，如方程式3中可见
Figure GDA0001532896190000073
其中PF为经时间平均基波功率。举例来说，如果非线性光学过程是二次谐波产生，那么谐波光束的光束大小及功率密度以及针对给定晶体位置的转换效率可基于方程式1及方程式2中所描述的基波光束大小而计算。在存在离散的情况下，此可通过使用针对经聚焦高斯光束的谐波产生的数值模拟而实现。类似数值模型可用于其它非线性光波长转换过程。晶体位置z及因此光束大小可经选择使得基波功率密度保持足够高以实现所要转换效率及谐波输出功率，同时在此边界条件的极限内使基波及谐波功率密度两者最小化，使得非线性晶体101的光点寿命最大化。焦点104的位置与非线性晶体101的位置之间的典型距离介于从数毫米到数十厘米的范围内。然而，其它距离是可能的。
在实例中，可使非线性晶体101(例如BBO)中所产生的具有266nm的波长的谐波辐射的功率加倍，而非线性晶体101中的基波及谐波功率密度保持不变。在这些条件下，晶体光点寿命也保持不变。此可通过使基波激光的功率以及非线性晶体101内部的光束面积加倍而实现。举例来说，可将450μm×200μm的椭圆形基波光束大小增加到450μm×400μm。在此实例中，椭圆的长轴平行于离散。可通过增加位于非线性晶体101内部的焦点的大小而增加非线性晶体101中的光束大小。因此，在(举例来说)0.5m的距离处的下游光学器件上的光束面积减小到1/1.8，使得光学器件上或光学器件中的谐波功率密度增加到3.6倍。如果下游光学器件经历以DUV功率密度的平方而扩展的损坏机制，那么光学器件寿命减小到1/10以下。
当使用本文中所揭示的实施例时，可通过维持原始焦点大小及位置且将非线性晶体101朝焦点104下游移动0.1m而实现非线性晶体101中的相同DUV功率及DUV功率密度。由于不存在对焦点大小的改变，因此下游反射镜上的基波及谐波光束大小保持相同(在不存在例如热透镜效应等次级效应的情况下)，使得反射镜上的DUV功率密度仅增加到2倍，从而对光学器件寿命产生较小影响。此是优于先前系统的显著改进。将非线性晶体101朝焦点104上游或下游移动的距离可变化，且将非线性晶体101朝焦点104下游移动0.1m仅是一个实例。
非线性晶体101可经配置以提供相位匹配以在介质中实现高效非线性相互作用。非线性晶体101可利用临界相位匹配、非临界相位匹配、准非临界相位匹配或准相位匹配。
非线性晶体101可为或可包含用于DUV应用的BBO或CsLiB6O10(CLBO)。然而，可使用其它类型的非线性晶体，例如为或包含LiIO3、KNbO3、磷酸二氢钾(KH2PO4)、三硼酸锂(LBO)、GaSe、磷酸氧钛钾(KTP)、铌酸锂(LiNbO3)、LiIO3或磷酸二氢铵(ADP)的非线性晶体。
非线性晶体(例如非线性晶体101)通常以晶锭(boule)而生长，且接着被切割成个别晶体元件。在切割之后，将输入及输出表面抛光。可用晶体元件的尺寸取决于所选择的非线性光学材料的性质，例如晶锭大小及晶锭质量。非线性光学晶体可具有从1mm到50mm的长度尺寸、从3mm到20mm的宽度尺寸及从0.5mm到10mm的高度尺寸，包含精确到0.01mm且介于其之间的范围内的所有值。光束传播方向(例如光束传播方向109)通常称为“长度”。针对不同应用，其它非线性晶体尺寸是可能的。在本文中所揭示的实施例中可使用适合于所要应用的任何大小的非线性晶体101。
如图1中可见，由于非线性晶体101定位于焦点104下游，因此非线性晶体101处或非线性晶体101中的光束大小107(用虚线表示)大于焦点104处的光束大小108(用虚线表示)。光束大小107处的功率密度小于光束大小108处的密度。因此，非线性晶体101受具有较低功率密度的激光光束103的部分影响。
可通过调整在焦点104外部的非线性晶体101的位置而使非线性晶体101内部的光束大小107优化。当使用本文中所揭示的技术时，可避免对激光光束103的焦点104的大小及位置的改变。由于焦点104的腰部大小及位置可保持不变，因此非线性晶体101下游的光束成形光学器件102上的光束大小可保持不变。更特定来说，非线性晶体101下游的光束成形光学器件102上的光束大小可不减小。
在非线性晶体101下游，激光光束103包含基波光束105及谐波光束106。尽管谐波光束106在图1中是以特定方式而图解说明，但谐波光束106的光束大小可为基波光束大小105的1/1.41(即，√2)。
波长转换器100可在非线性晶体101内部使用发散或会聚光束。在一个平面(平行于或垂直于离散)中或在两个平面中，基波光束105在晶体外部聚焦，如图1中所展示。焦点104的大小可经选择使得其提供足够短的瑞利范围及因此足够大的光束发散以将光束成形光学器件102上的功率密度减小到提供所要光学器件寿命的水平。在此情形中，瑞利范围是沿光束传播方向109从腰部到光束宽度被增加到√2倍的地方的距离。如果打算将功率可扩展性用于波长转换器100，那么将光束成形光学器件102上的光束大小选择为是足够大的，使得针对波长转换器的功率经扩展版本中将存在的最高预期基波及谐波功率，不超过光束成形光学器件102上的所需最大功率密度。为在临界相位匹配情形中避免任何功率及/或光束质量损失，在平行于离散的平面中非线性晶体101内的光束发散(或会聚)可保持低于由晶体角度接受范围所设定的极限。裕度取决于针对应用的特定光束质量要求。
可通过高斯光束传播而描述激光光束的发散或会聚。在沿光束传播方向的给定位置z处的平行于给定横向轴的光束发散为方程式1及方程式2的一阶导数的反正切。因此，可通过增加腰部大小而减小给定位置处的发散角。非线性过程的受光角定义为在临界相位匹配方向上与最优相位匹配角的角度偏移，对于临界相位匹配方向，非线性转换效率被减小到最优相位匹配条件下的转换效率的50％。针对产生DUV的谐波产生的角度接受范围(其在本文中定义为半角)的典型值为约0.05mrad*cm到0.5mrad*cm的晶体长度。受光角可取决于非线性过程、正使用的非线性晶体材料及非线性晶体的长度。受光角可基于用于非线性晶体材料的色列米尔(Sellmeier)方程式而计算。替代地，可使用软件套件来计算角度接受范围。为将由光束发散角所致的转换效率损失减小到低于4％，可将临界相位匹配方向上的光束发散角(定义为角度激光功率分布的标准偏差的2倍)限制于低于如上文所定义的受光角的50％。
非线性晶体101沿光束传播方向109的轴的位置可经选择使得非线性晶体101中的功率密度满足实现转换效率、空间光束质量、晶体寿命或晶体光点寿命中的一或多者之间或其中的两者或两者以上之间的所要折衷所需的要求。
对于非线性波长转换，转换效率随功率密度增加而增加，使得非线性晶体101中的尽可能小的光束大小可为合意的以使转换效率最大化。另一方面，非线性晶体101可经历由所产生谐波或甚至由基波辐射诱发的损坏，使得用于波长转换的晶体光点具有有限寿命。确切扩展律可取决于晶体所经历的特定损坏机制。然而，晶体寿命随功率密度增加而减小，使得晶体中的尽可能大的光束大小可为合意的以使光点寿命最大化。
非线性晶体光点移位可触发针对波长转换器的服务事件，因此维持足够大的光点寿命(例如，在数百小时或更长的范围内)可实现所要服务间隔。作为整体，晶体寿命是所有晶体光点的光点寿命的总和。如果光点寿命随光点大小减小(即，功率密度增加)而线性地减小，那么当可用光点的数目以与个别光点寿命减小的速率相同的速率增加时，晶体寿命变得独立于光点大小。对于遵循扩展律(其比线性(例如，与功率密度的平方成反比地减小的光点寿命)更快)的损坏机制，增加光束大小改进晶体寿命，这是因为可用光点的数目随光束面积增加而线性地减小，而个别晶体光点的寿命随光点大小增加而比线性更快地(例如，与上述实例中的光束面积的平方成比例)增加。
非线性晶体101提供激光光束103的波长转换。可选择非线性晶体101中的最优光束大小以使可实现转换效率最大化，且因此使谐波波长下的功率最大化，同时维持所需光点寿命及/或晶体寿命。替代地，可选择非线性晶体101中的最优光束大小以在实现转换效率及因此针对应用所需的谐波波长下的功率的同时使可实现光点寿命及/或晶体寿命最大化。
波长转换器100通过增加来自用于产生激光光束103的主要激光源的基波功率而实现二次谐波功率的扩展。可通过将非线性晶体101移动到距焦点104较远处而维持最优功率密度。可不需要对基波聚焦光学器件设计的改变。仍可执行谐波光束成形光学器件中的微小改变以补偿由非线性晶体101的不同位置及非线性晶体101中的光束大小诱发的可能效应。举例来说，可补偿晶体内部的可能热透镜的经改变位置及功率。然而，与波长转换器光学器件串的完全重新设计相比，这些改变是微小的。此类改变可通过利用下游光束成形光学器件102中的用于谐波光束的可调整光束成形组件(例如可调整扩束望远镜或库克三合镜(Cooke triplet))而调节。
在实例中，可以两步骤过程判定针对特定非线性晶体101的焦点104，以使非线性晶体101置于焦点104外部且提供具有所要参数的激光光束103。首先，可通过使用本文中所揭示的技术而判定随非线性晶体101的位置而变的非线性晶体101中的基波光束大小。其次，可基于基波光束大小而计算谐波光束大小。使用这些计算，可选择焦点104与非线性晶体101之间的距离，使得基波及谐波功率密度满足针对特定应用的规格。
图2是图解说明系统200的实施例的示意图。含有激光活性介质的激光源201产生沿光束传播方向206的基波辐射，例如激光光束103。举例来说，激光源201可为固态激光、半导体激光、气体激光、光纤激光、CW激光、锁模激光、Q切换激光、增益切换激光、具有内建非线性波长转换器的激光或另一类型的激光。由激光源201发射的激光光束103可为衍射限制或近衍射限制高斯光束。其它类型的激光光束103是可能的。
在实例中，激光源201是可更换激光源。为非线性光学系统的部分的可更换激光源在其发生故障后即刻或一旦其达到其服务寿命末期便可作为现场可替换单元用等同设计的激光源进行更换。为非线性光学系统的部分的可更换激光源也可用不同设计的激光源(例如较高功率激光源)进行更换以改进性能(例如，非线性光学系统的输出功率)。在此情形中，可如本文中所描述而调整非线性晶体101的离焦位置以实现谐波功率与非线性晶体101的寿命之间的最优折衷。
激光光束103投射穿过非线性晶体101上游的光束成形光学器件202。光束成形光学器件202可包含一或多个透镜、反射镜或其它光学组件。光束成形光学器件202可包括单个透镜或多个透镜且可产生具有像散或不具有像散的圆形或椭圆形焦点。光束成形光学器件202可为可调整的或可为不可调整的。光束成形光学器件202可位于激光源201与非线性晶体101之间或可集成到激光源201中。激光光束103的焦点104在非线性晶体101外部处于垂直于激光光束103的光束传播方向206的至少一个平面中。焦点104的位置及大小可变化。典型焦点直径可介于从5μm到约1mm的范围内，包含精确到1μm且介于其之间的范围内的所有值。焦点104的位置与非线性晶体101之间的典型距离介于从数毫米到数十厘米的范围内。然而，此范围之外的焦点104的大小及距非线性晶体101的距离是可能的。
非线性晶体101安置于晶体座组合件203中。因此，非线性晶体101可在晶体座组合件203上或其中。晶体座组合件203可由金属(例如但不限于铝、不锈钢、铜、铜-钨或镍)制作。晶体座组合件203也可由陶瓷或其它材料制作。
晶体座组合件203可经设计以在非线性波长转换器的装运及操作期间使非线性晶体101的位置保持稳定在(举例来说)数十微米内且使相对于入射激光光束的角度保持稳定在(举例来说)角度接受范围的27％内。相对于最优相位匹配角，在离散方向上的角度接受范围的27％的角度改变可导致转换效率的5％的下降。
晶体座组合件203可为弹簧负载组合件，其中非线性晶体101定位于L形托架中且由沿垂直于光束传播方向109的一个或多个轴的若干弹簧固持在适当位置中。所述弹簧将非线性晶体101按压到L形托架上或抵靠L形托架而按压非线性晶体101。
由于非线性光学相互作用的有限角度接受范围，因此角度公差可介于从0.03mrad到0.3mrad的范围内。因此，晶体座组合件203可含有用以调整非线性相互作用的相位匹配角的特征。此类特征包含但不限于由手动细螺纹螺杆、手动微米致动器、手动差分微米致动器或电动致动器致动的旋转载台。在晶体相位匹配角的调整期间可旋转整个晶体座组合件203。晶体座组合件203可含有锁定机构以一旦完成对准便锁定非线性晶体101的旋转角。此类锁定机构包含但不限于螺杆，所述螺杆沿垂直于旋转方向的方向紧固以抵靠提供充分高摩擦的表面而按压载台的旋转部分。对于具有典型尺寸的非线性晶体101，晶体座组合件203的大小在任一方向上通常介于从10mm到150mm的范围内。晶体座组合件203的其它尺寸是可能的且这些范围仅是示范性的。
另外，晶体座组合件可含有手动或电动平移载台，使得非线性晶体101可垂直于及/或平行于光束传播方向109而移动。
晶体座组合件203可受温度控制。除角度对准外，相位匹配条件对非线性晶体101的温度也是敏感的，这是因为基波及谐波波长下的折射率具有不同温度相依性。温度接受范围可定义为其中非线性光学转换效率高于最优相位匹配温度下的转换效率的50％的最优相位匹配温度周围的温度范围。用于产生DUV辐射的非线性晶体的典型温度接受范围为约6℃*cm的晶体长度。为维持大于最优相位匹配温度下的值的95％的转换效率，可需要将晶体温度维持于小于温度接受范围的25％的范围内(即，在1.5℃*cm的晶体长度的范围内)。为将晶体温度保持于所描述最优范围内，可主动地控制晶体温度。此可通过使用包含用以测量温度的传感器(例如但不限于热电偶、热敏电阻或RTD温度传感器)的温度控制器而实现。温度控制器也可包含电连接到传感器以调整温度的加热器或帕耳帖(Peltier)元件。传感器及温度控制器两者均可集成于晶体座组合件203中或附接到晶体座组合件203。温度控制器还可包含比例积分微分(PID)控制器以建立温度控制环路。
晶体座组合件203可含有晶体包裹体及/或晶体恒温箱。包含LBO、CLBO及LiIO3的数种非线性晶体材料是高吸湿性的。使用包裹体来保护此类非线性晶体免受环境湿气可为有利的。可利用干燥冲洗气体(例如氮气、氩气或清洁干燥的空气)而密封或主动地冲洗包裹体。包裹体主体可由金属或陶瓷制成。包裹体具有两个窗以允许基波激光光束的进入以及基波及谐波光束两者的射出。所述窗可包括传输基波及谐波波长两者的衬底材料。可能窗材料包含但不限于熔融硅石、氟化钙、氟化镁或晶体石英。包裹体的主体与窗之间的界面可使用密封件(例如O形环密封件或其它类型的密封件)来密封。晶体包裹体可包含晶体恒温箱或温度控制晶体座。
为使吸湿性晶体的湿气暴露最小化，晶体可在高温下操作以使晶体表面上的环境湿气的凝结风险最小化。举例来说，高温可为从40℃到200℃。可使用晶体恒温箱来加热晶体。恒温箱主体可由金属(例如，铝或铜)或陶瓷制作。所述设计可类似于本文中所描述的温度控制晶体座。可添加若干特征以使用于高温操作的恒温箱优化，所述特征例如针对高温操作而优化的电阻性加热器，或用以改进恒温箱内部的温度分布的均匀性的热绝缘特征。此类绝缘特征可包含热绝缘层(例如，包含陶瓷或氟聚合物的热绝缘层)。
晶体座组合件203可经配置以允许在非线性晶体101达到其寿命的末期时更换非线性晶体101。
晶体座组合件203处于沿光束传播轴206的位置处，使得在垂直于光束传播轴206的平面中的至少一者中的焦点104在非线性晶体101外部。晶体座组合件203可为固定的或可为垂直于及/或平行于光束传播方向206可平移的。在图2的实施例中，晶体座组合件203在所要位置处附接到或固定到系统200的壁。
激光光束103通过非线性晶体101下游的光束成形光学器件102。光束成形光学器件102可包含一或多个透镜、反射镜或其它光学组件。光束成形光学器件102可为可调整的或可为不可调整的。
在实例中，光束成形光学器件102是或包含用于非线性晶体101中所产生的谐波光束的光束成形光学器件。此谐波光束成形光学器件可包含可调整光学元件及/或可调整光机元件。
在实例中，激光光束103用于将安置于载台205上的晶片204成像。然而，激光光束103可用于其它应用中或与其它工件一起使用。
如本文中所使用，术语“晶片”通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。此半导体或非半导体材料的实例包含但不限于单晶硅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、蓝宝石及玻璃。通常在半导体制作设施中发现及/或处理此类衬底。
晶片可包含形成于衬底上的一或多个层。举例来说，此类层可包含但不限于光致抗蚀剂、介电材料、导电材料及半导电材料。此项技术中习知许多不同类型的此类层，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖包含所有类型的此类层的晶片。
形成于晶片上的一或多个层可为经图案化或未经图案化的。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案化的特征或周期性结构的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终产生完整装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖其上制作此项技术中习知的任何类型的装置的晶片。
如图3及4中可见，晶体座组合件203可经配置使得晶体座组合件203可定位于基波焦点外部的一个或多个位置中，使得基波光束大小可经调整以实现转换效率、空间光束质量、晶体寿命或晶体光点寿命之间的最优折衷而不必改变光束成形光学器件102、202的对准。因此，晶体座组合件203可经配置以调整非线性晶体101的中心与焦点104之间的距离。
图3是图解说明系统300的实施例的示意图。所述系统包含一或多个安装特征301。尽管在图3中图解说明四个安装特征301，但更多或更少安装特征301是可能的。这些安装特征301可布置成阵列。安装特征301布置于距激光源201不同距离处或布置于光束成形光学器件102、202之间。晶体座组合件203经配置以安置于安装特征301中的一者上或其中。激光光束103在非线性晶体101中的光束大小是通过选择较靠近或较远离焦点104的安装特征301中的一者而提供。因此，安装特征301经配置以通过允许调整非线性晶体101的中心与焦点104之间的距离而调整激光光束103在非线性晶体101中的光束大小。
在实例中，安装特征301中的每一者包含经配置以接纳晶体座组合件203的组件的一或多个槽或孔。举例来说，安装特征301可为晶体座组合件203扣接到其中的扣件孔。在实例中，晶体座组合件203可用螺丝拧紧到安装特征中。
可通过将晶体座组合件203沿非离散方向移动到较小焦点下游或上游的不同位置而产生非线性晶体101中的不同光束大小。利用系统300，调整非线性晶体101中的光束大小的能力简化DUV光源的功率扩展，例如在较高功率激光源201及/或具有经改进材料质量的非线性晶体101可用时。焦点104可在非线性晶体101外部，其中具有经配置以限制系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光功率密度或谐波光功率密度及/或使非线性晶体101内部的光束大小优化的瑞利范围。
图4是图解说明系统400的实施例的示意图。晶体座组合件203经配置以通过使用调整组合件401来调整非线性晶体101的中心与焦点104之间的距离而调整激光光束103在非线性晶体101中的光束大小。调整组合件401连接到晶体座组合件203。调整组合件401相对于图2或图3的配置可提供额外自由度、准确度及/或精确度。调整组合件401可沿一个轴、两个轴或三个轴移动晶体座组合件203。
举例来说，调整组合件401可为具有锁定机构的细螺纹螺杆、具有锁定机构的微米螺杆、致动器或机器人系统。细螺纹螺杆或微米螺杆可为手动致动的或自动化的。
本文中所揭示的实施例可含有功率传感器及用以实施谐波功率的控制环路的组件。举例来说，此可为光环路。此控制环路可使用一或多个组件来控制基波或谐波功率，所述一或多个组件例如在基波及谐波光束的路径中的偏光器、波片、声光调制器、电光调制器或去往激光源201的电子反馈。
控制环路可使谐波输出功率保持恒定。为实现此，可使用传感器(例如光电二极管、热电堆传感器或其它类型的传感器)在光束输出周围测量谐波功率。控制环路比较所测量谐波输出功率与功率目标并相应地调整谐波输出功率。此调整可以不同方式实现。
谐波功率可通过在非线性晶体101下游的谐波光束路径中使用调制器而直接调整。适合调制器包含但不限于声光调制器、电光调制器以及包括可旋转半波片及偏光器的组合的可变衰减器。
替代地，调制器可位于非线性晶体101上游的基波光束路径中。
可调整非线性晶体101的温度以调谐或解谐相位匹配且因此调整非线性转换效率及输出功率。
控制信号可传递回到激光源，使得可调整激光输出功率以调整所产生谐波功率。
在本文中所揭示的任一实施例中，可在晶体座组合件203内重新定位或调整非线性晶体101及/或可相对于激光光束103重新定位晶体座组合件203，使得如果非线性晶体101被损坏，那么非线性晶体101的未损坏部分接收激光光束103。举例来说，可沿垂直于光束传播方向206的一个或两个方向移动晶体座组合件203及/或非线性晶体101。焦点104可在非线性晶体101外部，其中具有经配置以限制系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光功率密度或谐波光功率密度及/或使非线性晶体101内部的光束大小优化的瑞利范围。
非线性晶体101可定位于沿垂直于离散的轴或沿两个轴发散的激光光束103中。对于非线性晶体101的中心中的给定光束大小，此减小晶体输出端面上的功率密度且可增加晶体光点寿命。
本文中所揭示的实施例中的焦点可为圆形的或椭圆形的。椭圆形焦点可在一个方向上具有比在另一方向上长的瑞利范围，此使得随非线性晶体101距焦点104的距离而变的光束大小改变在较长瑞利范围的方向上的敏感性低于在较短瑞利范围的方向上的敏感性。在具有椭圆形焦点的情况下，椭圆形焦点的较小腰部可位于非线性晶体101外部。对于具有临界相位匹配的非线性晶体101，可使用在平行于离散方向的平面中具有较大腰部直径的椭圆形焦点，使得平行于离散的平面中的焦点可大于垂直于离散的平面中的焦点。
焦点也可为像散的。在具有像散焦点的情况下，一个平面中的焦点可在非线性晶体101内部，且另一平面中的焦点在非线性晶体101外部。
在实例中，焦点是像散的且椭圆形的。在此实例中，一个平面中的焦点在非线性晶体101内部，且另一平面中的焦点在非线性晶体101外部。非线性晶体101内部的焦点具有比非线性晶体101外部的焦点大的宽度。
在实例中，激光光束103受衍射限制或受近衍射限制，且使用具有临界相位匹配的非线性晶体101。在此实例中，平行于离散的方向上的焦点大小在非线性晶体101的所有所要离焦位置处是足够大的，使得离散对光束质量的影响可最小化。对于具有大发散的经紧聚焦光束，离散可形成导致与理想高斯光束形状的偏差的离散方向上的光束的旁波瓣，且因此对离散方向上的空间光束质量具有消极影响。此对于依赖于理想高斯光束形状的应用(例如，在晶片检验中)可为有害的。可模拟针对给定晶体长度、光束大小及离散角的所产生谐波光束的远场光束形状。基于所述模拟，接着可针对跨越光束轮廓的任何横向位置而判定远场轮廓与理想高斯轮廓的偏差。基于此计算，可选择腰部大小，使得横向远场轮廓与高斯轮廓的最大偏差小于规定值。举例来说，此规定值可为4％。
在另一实例中，激光光束103受衍射限制或受近衍射限制，且使用具有临界相位匹配的非线性晶体101。非线性晶体101的位置是可调整的。在平行于离散的方向上的瑞利范围是足够大的，使得在平行于离散的方向上的激光光束103的发散针对非线性晶体101的所有所要离焦位置保持足够小，使得晶体角度接受范围对空间光束质量的影响可最小化。
图5是示范性焦点104的大小。在平行于离散的平面(虚线)中的激光光束103的焦点104的大小比在垂直于离散的平面(实线)中的大小大。两个平面中的焦点均位于非线性晶体101外部。在离散方向上的焦点大于在非离散方向上的焦点。在离散方向上的光束传播以具有较小曲率的线来描述，而在非离散方向上的传播展示较小且较明显光束腰部。
在实例中，非线性晶体经定位使得激光光束的焦点在非线性晶体外部处于垂直于激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得系统中的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利范围。在此实例中，晶体座组合件可为可调整的或可包含在距激光源不同距离处的多个安装特征。
在另一实例中，激光光束是脉冲激光光束。非线性晶体经定位使得脉冲激光光束的焦点在非线性晶体外部处于垂直于脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得系统的至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光通量或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。基波光通量或谐波光通量的其它值是可能的。举例来说，至少一个光学组件上或至少一个光学组件中的基波光通量或谐波光通量可为从1J/cm2到20J/cm2，包含精确到0.5J/cm2且介于其之间的范围内的所有值。在此实例中，晶体座组合件可为可调整的或可包含在距激光源不同距离处的多个安装特征。
图6是方法500的流程图。方法500包含产生激光光束501。将激光光束引导于非线性晶体处502。举例来说，此可通过光束成形光学器件而进行。激光光束通过非线性晶体503。激光光束的焦点在非线性晶体外部处于垂直于激光光束的光束传播方向的至少一个平面中。非线性地转换激光光束504。激光光束的非线性转换可为SHG、SFG或差频产生(DFG)。晶体座组合件可为可调整的或可包含在距激光源不同距离处的多个安装特征。
焦点104也可位于非线性晶体101下游，且提供本文中所揭示的优点中的许多优点。晶体输出端面上的光束大小在具有下游焦点的情况下比在上游焦点的情形中小。因此，输出端面上的功率密度较高，且晶体寿命可较短。此效应通常是极小的，因此在本文中所揭示的实施例的情况下，可使用上游焦点或下游焦点。
非线性波长转换过程及本文中所描述的实施例可为SHG、SFG或差频产生。因此，波长转换过程可包含一或多个输入激光光束。
本文中所揭示的实施例提供多个优点或益处。首先，可独立地使光束大小优化。因此，可使非线性晶体中的光功率密度及光束成形光学器件的组件上的光功率密度优化。小焦点(在至少一个平面中)增加在波长转换器(例如波长转换器100)内部的谐波激光光束的发散及会聚。因此，可在不增加波长转换器的尺寸的情况下减小光束成形光学器件上的功率密度。此增加光学器件寿命。通过高斯光束传播而描述的激光光束具有腰部直径d0与远场发散角θFF的恒定乘积，使得d0*θFF＝M2*λ/(2*π)，其中M2≥1是光束传播参数，且λ是辐射的波长。针对给定激光光束，平行于每一轴且垂直于光束传播方向的d0与θFF的乘积是恒量，因此当腰部直径减小时，远场发散角增加。因此，当减小腰部大小时，基波光束的发散增加。
当基波光束的发散增加时，谐波光束的发散也增加。对于SHG的实例，基波及谐波光束的发散在非离散方向上是等同的。在离散方向上，由于存在离散，因此基波及谐波光束的发散是不等同的。然而，基波光束的经增加发散仍导致谐波光束的经增加发散。
其次，通过将非线性晶体定位在焦点外部，非线性晶体内部的功率密度减小。此增加非线性晶体寿命且改进谐波辐射的空间光束质量。可使非线性晶体内部的功率密度及光束成形光学器件上的功率密度两者彼此独立地优化而不增加波长转换器的外观尺寸。
第三，通过沿光束传播方向移动非线性晶体可调整非线性晶体中的功率密度而不进行光学器件重新设计。此简化两个功率扩展选项。在实例中，可通过增加基波功率而增加谐波功率同时维持相同功率密度。举例来说，可通过使用较强激光而增加基波功率。此通过远离焦点移动非线性晶体且因此增加非线性晶体内部的光束大小而实现。在另一实例中，当具有较高损坏阈值的非线性晶体变得可用时，可通过增加晶体内部的功率密度及因此转换效率而增加谐波功率。此通过朝向焦点移动非线性晶体且因此减小非线性晶体内部的光束大小而实现。
第四，此可用于改装现有工具，这是因为需要对光束成形光学器件的最小改变。为系统的部分的波长转换器(例如波长转换器100)可作为现场升级的部分而修改或重新配置，而不具有对光学器件设计的任何改变或具有对光学器件设计的最小改变。
第五，非线性晶体的位置可取决于非线性晶体中的材料或激光光束的功率密度而移动。举例来说，如果改变激光光束的类型或性质，那么可调整或优化非线性晶体的位置。
第六，本文中所揭示的实施例可利用脉冲激光光束而提供经改进性能或寿命。脉冲激光可在高功率密度下导致对非线性晶体的显著损坏。改变非线性晶体中的功率密度可使得能够在具有对非线性晶体的较小损坏的情况下使用脉冲激光光束。
虽然已关于一或多个特定实施例描述了本发明，但将理解，可在不背离本发明的范围的情况下做出本发明的其它实施例。因此，本发明视为仅受所附权利要求书及其合理解释限制。

Claims (13)

1.一种光学系统，其包括：
激光源，其经配置以产生激光光束；
非线性晶体，其经定位使得所述激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中所述激光光束通过所述非线性晶体从第一波长转换为第二波长；及
晶体座组合件，其中所述非线性晶体安置于所述晶体座组合件上，其中所述非线性晶体安置于所述晶体座组合件上，其中所述晶体座组合件包含在光束传播方向的在距所述激光源不同距离处的多个安装特征，其中所述多个安装特征中的每一者包含孔，所述晶体座组合件扣接到所述孔中，其中所述激光光束在所述非线性晶体中的光束大小是通过选择所述安装特征中的一者而提供，且其中所述晶体座组合件在操作期间提供角度可接受范围的大于0％且小于或等于27％的角度稳定度。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括光束成形光学器件，所述光束成形光学器件安置于所述激光源与所述非线性晶体之间且沿所述光束传播方向安置于所述非线性晶体的下游。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述晶体座组合件经配置以通过调整所述非线性晶体的中心与所述焦点之间的距离而调整所述激光光束在所述非线性晶体中的光束大小。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述非线性晶体经定位使得所述激光光束的所述焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的所述光束传播方向的所述至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或所述至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利范围。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光光束是脉冲激光光束，且其中所述非线性晶体经定位使得所述脉冲激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统的至少一个光学组件上或所述至少一个光学组件中的基波光通量功率密度或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述晶体座组合件是可调整的，且其中所述非线性晶体经定位使得所述激光光束的所述焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述激光光束的所述光束传播方向的所述至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或所述至少一个光学组件中的光束轮廓的空间峰值处的经时间平均基波光功率密度或谐波光功率密度被限制于1MW/cm2以下的瑞利范围。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光光束是脉冲激光光束，其中所述晶体座组合件是可调整的，且其中所述非线性晶体经定位使得脉冲激光光束的焦点在所述非线性晶体外部处于垂直于所述脉冲激光光束的光束传播方向的至少一个平面中，其中具有经配置使得所述系统中的至少一个光学组件上或所述至少一个光学组件中的基波光通量或谐波光通量被限制于10J/cm2以下的瑞利范围。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述焦点是圆形、椭圆形或像散中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述焦点是椭圆形的，且其中平行于离散的平面中的所述焦点比垂直于所述离散的平面中的所述焦点大。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述焦点是像散的，且其中一个平面中的所述焦点在所述非线性晶体内部，且另一平面中的所述焦点在所述非线性晶体外部。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述焦点是像散的且椭圆形的，其中一个平面中的所述焦点在所述非线性晶体内部，且另一平面中的所述焦点在所述非线性晶体外部，且其中在所述非线性晶体内部的所述焦点具有比在所述非线性晶体外部的所述焦点大的宽度。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统经配置使得所述波长转换是二次谐波产生、和频产生或差频产生中的一者。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述晶体座组合件用螺丝拧紧到所述安装特征中的一者。
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