CN108233154B - 使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统。本发明揭示一种脉冲倍增器，其包含分束器及一或多个镜。所述分束器接收一系列输入激光脉冲且将每一脉冲的能量的部分引导到环形腔中。在围绕所述环形腔循环之后，所述脉冲能量的部分通过所述分束器离开所述环形腔且所述能量的部分被再循环。通过选择环形腔光学路径长度，可使输出系列的激光脉冲的重复速率为输入重复速率的倍数。可通过选取所述分束器的透射及反射系数来控制所述输出脉冲的相对能量。这种脉冲倍增器可花费不多地降低每脉冲的峰值功率，同时在具有最小总功率损耗的情况下增加每秒的脉冲数目。

Description

使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统
本申请是申请日为2013年12月03日，申请号为“201380069941.4”，而发明名称为“使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统”的申请的分案申请。
相关申请案
本申请案主张2012年12月5日申请的名为“使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统(Semiconductor Inspection And Metrology System Using Laser PulseMultiplier)”的美国临时专利申请案61/733,858的优先权，且与2011年6月13日申请的名为“激光脉冲的光学峰值功率降低及使用激光脉冲的光学峰值功率降低的半导体检验及计量系统(Optical Peak Power Reduction OfLaser Pulses And SemiconductorInspection And Metrology Systems Using Same)”的美国临时专利申请案61/496,446及2012年6月1日申请的名为“使用激光脉冲倍增器的半导体检验及计量系统(SemiconductorInspection And Metrology System Using Laser Pulse Multiplier)”的美国申请案13/487,075有关。全部这些申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及使用激光脉冲的光学峰值功率降低以用于半导体检验及计量系统，且特别涉及使用分束器及一或多个镜以产生优化脉冲倍增器。
背景技术
针对检验及计量的照明需要通常是由连续波(CW)光源最佳地满足。CW光源具有允许连续地获取图像或数据的恒定功率电平。然而，在许多关注波长(尤其是紫外线(UV)波长)下，具有足够辐射率(每单位立体角每单位面积的功率)的CW光源是不可用的、昂贵的或不可靠的。
脉冲式光源具有比CW光源的时间平均功率电平高得多的瞬时峰值功率电平。然而，如果脉冲式激光为在关注波长下具有足够时间平均辐射率的唯一可用或具成本效益的光源，那么使用具有高重复速率及宽脉冲宽度的激光是最佳的。脉冲重复速率越高，对于相同时间平均功率电平的每脉冲的瞬时峰值功率越低。激光脉冲的较低峰值功率引起对光学器件及经测量的样本或晶片的较少损坏，这是因为大多数损坏机制是非线性的且更强烈地取决于峰值功率而非取决于平均功率。
在一些应用中，增加的重复速率的额外优点在于：每数据获取或每像素收集更多脉冲，从而导致脉冲到脉冲变化的较佳平均化及较佳信噪比。此外，对于快速移动样本，较高脉冲速率可导致样本位置随时间而变的较佳取样，这是因为在每一脉冲之间移动的距离较小。
可通过改善激光介质、泵系统及/或其驱动电子器件而增加激光子系统的重复速率。不幸的是，修改已经以预定重复速率操作的UV激光可需要显著的时间及金钱投入以改善其构成元件中的一或多者，且仅可将重复速率改善达一小增量。此外，增加UV激光中的基本激光的重复速率会降低基本激光的峰值功率。这会降低频率转换(其必然地为非线性过程)的效率且因此使较难以产生高平均UV功率电平。
因此，需要实用的花费不多的技术来改善UV激光的对所述激光的输出起作用的重复速率。
发明内容
一般而言，描述一种产生用于系统的优化脉冲的方法。在这种方法中，可使用分束器及环形腔将输入激光脉冲光学上分裂成多个脉冲。由分束器将外来脉冲分裂成两个。所述脉冲的部分继续行进，且所述脉冲的部分进入环形腔。在所述脉冲围绕所述环形腔行进一次之后，其重新遇到所述分束器且再次被分裂成两个。一部分离开所述环形腔，且另一部分围绕所述环形腔再次行进。
如果激光产生在时间上实质上相等地分离的脉冲流(即，以实质上恒定重复速率产生所述脉冲)，那么可设置环形腔长度，使得已围绕所述腔行进一次的脉冲将到达外来激光脉冲之间。例如，可设置环形腔长度，使得脉冲以两个外来脉冲之间的时间间隔的大致一半围绕所述环形腔行进一次。
所述分束器确定每一入射脉冲的能量的哪一分数进入所述环形腔。所述分束器还确定已围绕所述腔行进的脉冲的能量的哪一分数将离开所述腔。通过适当地选取分束器，可控制所述脉冲的相对振幅。在一个实施例中，选取环形腔长度，使得脉冲以两个外来脉冲之间的时间间隔的大致一半围绕所述环形腔行进，且选取所述分束器，使得离开所述环形腔的所述脉冲在能量上彼此大致相等，由此有效地使所述激光的重复速率加倍。
一种脉冲倍增器可包含分束器及一组镜。所述分束器接收输入激光脉冲。所述组镜形成所述环形腔。在一些实施例中，所述环形腔包含棱镜，使得所述棱镜及镜一起形成所述腔。所述分束器有利地反射(或透射)第一组脉冲作为所述脉冲倍增器的输出且将第二组脉冲透射(或反射)回到所述环形腔中。
腔中的所述镜中的一或多者可为曲面的，以使所述脉冲在所述环形腔中重新聚焦。在一些实施例中，一或多个透镜可并入到所述腔中以使所述脉冲重新聚焦。
在一个实施例中，可将一个腔的输出引导到另一腔的输入。在一个实施例中，所述第一环形腔可以所述激光的重复速率的两倍的速率产生脉冲流，且所述第二环形腔可使所述重复速率再次加倍，由此使所述激光重复速率倍增4。在一些实施例中，三个环形腔可用于使所述重复速率倍增8，或四个环形腔可用于使所述重复速率倍增16。
上述脉冲倍增器中的任一者可并入到晶片检验系统、图案化晶片系统、掩模检验系统或计量系统中。所述脉冲倍增器可花费不多地降低每脉冲的峰值功率，同时在具有最小总功率损耗的情况下增加每秒的脉冲数目。所述脉冲倍增器可有利地使用现有激光来启用高速检验及计量。
附图说明
图1A说明经配置以产生重复速率为输入脉冲串的速率的整数倍的脉冲串的示范性脉冲倍增器。
图1B说明从两个腔配置以产生重复速率高于可从单一腔获得的重复速率的脉冲串的示范性脉冲倍增器。
图1C说明经配置以产生重复速率为输入脉冲串的速率的整数倍的脉冲串的替代示范性脉冲倍增器。
图1D说明图1C所展示的腔中的两者可经耦合以产生重复速率高于可从单一腔获得的重复速率的脉冲串的一种方式。
图1E说明图1C所展示的脉冲倍增器的一个实施例的更多细节。
图2A说明由图1A、1B、1C、1D、1E、3A、3B、4A及4B的脉冲倍增器中的一者输出的示范性能量包络。每一能量包络包含一输出脉冲串。
图2B说明脉冲倍增器可使原始重复脉冲速率加倍，同时降低峰值功率且在每一脉冲中确保实质上相等能量。
图3A及3B说明分别包括单一蝶式环形腔及两个蝶式环形腔的替代示范性脉冲倍增器。
图4A说明基于赫里奥特池(Herriott cell)的替代示范性脉冲倍增器。
图4B说明基于赫里奥特池的一半的替代示范性脉冲倍增器。
图5说明并有脉冲倍增器的示范性未图案化晶片检验系统。
图6说明并有脉冲倍增器的示范性图案化晶片检验系统。
图7说明可与脉冲倍增器组合的示范性相干性降低及/或脉冲塑形方案。
图8说明并有脉冲倍增器的示范性光掩模、分划板或晶片检验系统。
具体实施方式
根据改善型脉冲倍增器的一个方面，可将每一激光脉冲光学上分裂成多个脉冲。在一个实施例中，这些脉冲可具有大致相等能量且可在时间上大致相等地间隔。所述激光脉冲的这种分裂可在具有最小能量损耗的情况下对上述问题提供实用且花费不多的解决方案。
图1A说明经配置以从每一输入脉冲产生脉冲串的示范性脉冲倍增器100。输入脉冲从方向101到达且照射在分束器103上，分束器103使每一脉冲的部分在输出方向102上透射且使部分反射到镜106。所述输入脉冲及输出脉冲在平行于箭头104的方向上实质上偏振。因此，输出偏振实质上平行于输入偏振。
镜106将输入脉冲的光引导到棱镜108。将离开棱镜108的光引导到镜107，镜107将所述光引导回到分束器103。因此，两个镜106及107、棱镜108及分束器103形成环形腔。从镜107到达分束器103的每一脉冲的部分反射离开所述环形腔，且部分透射通过分束器103且围绕所述环形腔再循环。稍后更详细地描述分束器103。
镜106及107具有经选取使得其使光在腔内重新聚焦以对于围绕环形腔的至少数个往返实质上或部分地保持激光束腰大小及形状的曲率半径(且因此，焦距)。例如，但并非作为限制，可实质上准直输入激光脉冲，镜106可使每一激光脉冲聚焦到棱镜108的中心附近的束腰，且镜107可实质上重新准直每一激光脉冲。这种布置具有在分束器103上或附近不具有束腰且因此不使分束器103经受最高功率密度的优点。所属领域的技术人员将理解，许多其它聚焦布置是可能的。
优选地切割棱镜108的输入面109，使得光以实质上或大致等于所述棱镜的材料的布鲁斯特角(Brewster's angle)的角度入射，由此最小化归因于从输入面109的反射的光损耗。优选地，输出面(未标记)也以布鲁斯特角定向以最小化输出面处的光损耗。因为输入光脉冲在方向104上实质上偏振，所以针对两个棱镜面使用布鲁斯特角会实质上消除归因于棱镜108的光损耗。在一些优选实施例中，棱镜108可包括紫外线(UV)级或准分子级熔融硅石、氟化钙(CaF2)或氟化镁(MgF2)。
在优选实施例中，将环形腔的光学路径长度设置为实质上或大致等于相继外来脉冲之间的距离的单分数，其中两个脉冲之间的距离等于光速乘以那些脉冲之间的时间间隔。例如，在一些实施例中，可将所述腔的光学路径长度设置为外来脉冲之间的距离的实质上或大致一半、三分之一或四分之一。对于此类环形腔，每二个、每三个或每四个脉冲将分别与到达输入脉冲实质上或大致重合。作为实例而非限制，如果外来激光脉冲具有125MHz的重复速率，那么1.199m的环形腔光学路径长度将产生替代地实质上处于两个外来脉冲之间的中途且与外来脉冲大致重合的脉冲，由此以250MHz的重复速率产生输出脉冲。
在一些实施例中，可将腔光学路径长度设置为相继外来脉冲之间的距离的单分数的适当倍数。例如，在脉冲加倍器中，可将环形腔光学路径长度设置为相继外来脉冲之间的距离的实质上或大致3/2倍或5/2倍，而非所述距离的一半。这种长度可在输出重复速率为高(例如约1GHz或更高)时为有利的，这是因为所需物理腔长度将仅为15cm或更短(取决于重复速率及从镜的反射的数目)。此类短环形腔长度可难以对准，或可需要在曲面镜中的一或多者上的非常大的入射角以适应1mm或数mm的激光束腰。一般而言，优选的是使曲面镜上的入射角保持为小以使光学像差保持为小。
环形腔光学路径长度可略大于或略小于依据脉冲间隔除以倍增因数直接计算的标称长度。这种长度引起脉冲不会在完全相同时间到达分束器且略加宽输出脉冲。例如，但并非作为限制，当输入脉冲重复速率为125MHz且输入脉冲宽度为大致100ps时，标称环形腔延迟对于2倍频率倍增将为4ns(即，约1.199m的腔光学路径长度)。在一个实施例中，可使用对应于4.05ns的环形腔光学路径长度(即，约1.214m的环形腔光学路径长度)，使得经倍增反射脉冲仅彼此略重叠或与外来脉冲略重叠。以此方式，对于125MHz输入脉冲重复速率的4.05ns腔长度可有利地加宽脉冲且降低脉冲高度。具有不同输入脉冲速率或倍增因数的其它脉冲倍增器可具有不同腔延迟。注意，在这个实例中，对应于约3.95ns的腔光学路径长度将在输出脉冲的高度上实现实质上类似降低。
注意，激光脉冲并不通常具有明显上升时间及下降时间，且在许多情况下具有大致高斯形状。出于选取适当环形腔长度以便降低峰值功率的目的，可将脉冲宽度定义为脉冲的半幅全宽(FWHM)，或1/e2宽度或脉冲宽度的任何其它量度。在一些优选实施例中，可将腔光学路径长度设置为比相继脉冲之间的间隔的一半的当量长或短大致等于脉冲宽度的约一半的量。
值得注意地，每当每一脉冲围绕环形腔行进时，图1A中的分束器103就使所述脉冲的部分反射离开所述环形腔且将所述脉冲的部分透射到所述环形腔中。因此，每一脉冲的能量对于在环形腔内部横越的每一往返减小。实际上，在每一镜反射及每一棱镜面处将存在进一步能量损耗，但这些损耗与由分束器引导离开腔的能量的分数相比较将通常小。在时间上接近而到达分束器的脉冲序列可被特性化为提供能量包络。在其中腔的光学长度为输入脉冲之间的距离的大致一半的实例实施例中，能量包络由在时间上接近于输入脉冲的到达而到达分束器的偶脉冲串(即，多个偶脉冲)及在两个输入脉冲之间的大致时间中途到达的奇脉冲串(即，多个奇脉冲)组成。根据本发明的优选实施例的一个方面，这些能量包络在能量上大致或实质上相等。
图2A说明示范性能量包络202A、202B、202C及202D，其分别由输出脉冲串201A、201B、201C及201D组成。如所展示，输出脉冲串示范使125MHz输入的重复速率加倍的脉冲倍增器的上述实施例。即，选取腔长度，以便针对每一往返添加大致0.05ns的额外时间延迟，使得由单一脉冲横越整个腔(即，0→1、1→2、2→3等)所花费的时间为4.050ns。
注意，原始脉冲200A及200B并非功率包络202A及202C的部分，而是经展示用于上下文。明确地说，图1A中的分束器103使用原始脉冲200A及200B以产生输出脉冲串201A到201D。在包络202A及202C下的个别脉冲被标记为0、2、4及6，这是因为第一脉冲并不进入环形腔且后续脉冲已围绕所述腔2次、4次及6次。在包络202B及202D下，个别脉冲被标记为1、3、5及7以指示对于每一脉冲围绕所述腔的次数。图2B说明可使在脉冲串201A及201B中的每一者中的个别脉冲的归一化总和彼此实质上相等，且大致等于每一输入脉冲的总能量的一半(如果来自镜及棱镜的腔损耗最小)。因此，对于脉冲倍增器100所描述的配置可使原始重复脉冲速率加倍，同时降低峰值功率且在每一输出脉冲中确保实质上或大致相等能量。
值得注意地，返回参考图1A，在环形腔的每一横越期间，如上文所描述，每当光脉冲围绕环形腔行进时，镜106及107就可使光脉冲重新聚焦，使得每一脉冲的形状或轮廓(例如，如通过例如束腰尺寸、束腰椭圆率及M2(其为工业中众所周知的ISO标准，即，实际光束的光束参数乘积对处于相同波长的理想高斯光束的光束参数乘积的比率)的参数所测量)对于至少数个往返保持大致恒定。这种一致性允许在具有从包络到包络或从一个包络的开始到结束的最小差异的情况下添加脉冲(例如，如图2A及2B所展示)。注意，因为每当每一脉冲通过分束器103时就使所述脉冲在能量上降低，所以所述能量对于仅数个往返保持显著。因此，可容忍(例如)由例如像散的光学像差造成的脉冲形状或质量的小改变，这是因为到像差在多个往返之后已积聚到显著水平的时间，脉冲能量已减小到可忽略水平。
因此，分束器103可依据从方向101到达的每一输入脉冲产生脉冲串。
如果由分束器103透射的能量的分数由T(也称为透射率T)表示，由分束器反射的分数由R(也称为反射率R)表示，且围绕环形腔透射一次的能量的分数由C(也称为环形腔透射率)(被定义为返回到达分束器的一个脉冲的能量对那个相同脉冲在其最初离开分束器时的能量的比率)表示，那么对于单一输入脉冲，相继脉冲的输出能量在表达为输入脉冲的能量的分数时将为T、RCR、RC(TC)R、RC(TC)2R、RC(TC)3R、RC(TC)4R、…。
注意，能量守恒意指T+R≤1及C≤1。对于无损耗分束器，R+T＝1，且对于无损耗环形腔，C＝1。
如果腔的光学长度大致等于两个相继脉冲之间的距离的一半，那么图2A中的输出包络202A将包括输入脉冲200A的分数T(在此包络下被标记为0)加上已横越环形腔偶数次的全部脉冲(在包络202A下被标记为2、4及6)。包络202C将类似地包括输入脉冲200B的能量的分数T(在包络202C下被标记为0)、已围绕腔两次的脉冲200A的能量的分数R2C(TC)(在包络202C下被标记为2)加上已围绕环形腔4次、6次等的较早脉冲的部分。这个总和被展示为图2B中的201A。图2A中的输出包络202B及202D将各自包括已横越环形腔奇数次的脉冲的总和。例如，在包络202B下被标记为1的脉冲为已围绕环形腔一次的脉冲200A的能量的分数R2C。这个总和被展示为图2B中的201B。
根据脉冲倍增器100的一个方面，选取分束器的反射率R、分束器的透射率T及环形腔透射率C，使得图2B的总和201A及201B实质上或大致相等。如果R2C＝T+T2C，那么那些总和将相等。
如果分束器损耗由εB表示，其中εB＝1–T–R，且环形腔损耗由εC表示，其中εC＝1–C，那么对于相等脉冲包络，T由以下表达式给出：
Figure BDA0001524172350000071
近似形式在εB及εC与1相比较均小(将经常为所述情况)时有用。注意，如果εB及εC均可忽略(即，分束器损耗或腔损耗均不显著)，那么对于相等脉冲包络，T＝1/3且R＝2/3。
注意，图2B所展示的方程式是针对图1A及1B的实施例。如稍后所阐释，参考其它实施例，T及R的角色互换。对于那些实施例，在如图2B所展示的方程式中，T应取代R且R应取代T。
因为T、R及镜涂层(且因此，εB及εC)可归因于正常制造可变性而从组件到组件略变化，所以在一些应用中可期望能够对环形腔作出小调整以在每一输出脉冲中实现实质上相等能量。因此，在一些实施例中，可调整腔透射损耗(εC)以实质上匹配于在奇数包络(即，总和201B)及偶数包络(即，总和201A)下的能量。在这种调整期间，可略旋转棱镜108，使得光不再以精确布鲁斯特角照射棱镜108，由此造成每一脉冲的小分数反射离开环形腔且因此增加εC。可视需要而作出环形腔的镜的角度的小调整以维持腔对准。因为棱镜108处的损耗在光以布鲁斯特角入射于所述棱镜上时处于最小值(实质上为零)，所以所属领域的技术人员将了解，标称环形腔应针对从布鲁斯特角稍微位移的所述棱镜的入射角，使得朝向或远离布鲁斯特角的调整是可能的。
图2A及2B说明其中环形腔长度比外来激光脉冲之间的间隔的一半稍长(例如，50ps)的情况。如所展示，每一输出脉冲的包络快速地增加到最大强度且接着随着相继较弱脉冲到达输出而更缓慢地衰减。将易于了解，如果环形腔长度比外来激光脉冲之间的间隔的一半略短(例如，短50ps)，那么所述包络将在时间上实质上反向，从而缓慢地积聚到最大强度且接着更快速地衰减。以上方程式及分析适用于计算及调整输出包络。对于许多应用，任一方法将用于使重复速率加倍且降低峰值功率。
注意，如果腔长度实质上等于除输入脉冲间距的一半以外的某一分数，例如，脉冲间距的三分之一，那么输出脉冲包络将由与图2B的总和不同的总和确定。如果腔长度实质上等于脉冲间距的三分之一，那么第一包络将为输入脉冲的分数T加上已围绕环形腔三的倍数次(3次、6次等)的脉冲的总和，第二包络将为已围绕环形腔一次、四次、七次等的脉冲的总和，且第三包络将为已围绕环形腔两次、五次、八次等的脉冲的总和。对于这种环形腔长度，第四包络将实质上类似于第一包络。因为即使环形腔以其它方式无损耗(C＝1)，已围绕环形腔两次的脉冲也必然地比已围绕一次的脉冲弱(这是因为T必须小于1，否则没有显著脉冲能量进入所述腔)，所以没有可能使第二输出包络及第三输出包络甚至大致相等。如果需要大于2的脉冲速率倍增因数，但不需要每一输出脉冲中的相等能量，那么单一环形腔可为合适的。如果对于大于2的脉冲速率倍增因数需要实质上或大致相等脉冲能量，那么必须耦合两个或两个以上脉冲倍增器以实现所述情况。
注意，为简单起见，图1A将光学组件说明为如同其均布置于也含有输入光方向101及输出光方向102的一个平面中。在实际实施方案中，所述组件可以三维方式而布置。例如，镜106可在至少部分地向下的方向上反射照射镜106的光，使得来自方向101的输入光在棱镜108上方通过。在这种配置中，将定向棱镜108，使得离开棱镜108的光将向上行进到镜107。
还注意，分束器103不需要放置于两个镜之间的中途。在其它实施例中，分束器103可经放置成使得其与一个镜的接近程度比与另一镜的接近程度大得多。所属领域的技术人员将理解，所述组件的许多不同布置是可能的。
相比于图1A的脉冲倍增器，'075申请案的脉冲倍增器在经配置以使每一脉冲随着在环形腔中循环而重新聚焦时需要更多组件。此外，'075申请案的脉冲倍增器在环形腔中使用两种不同偏振状态。这些偏振状态尤其在深UV波长下可使用于每一表面的涂层的设计复杂。良好地用于两种偏振状态同时容忍外来激光脉冲的高峰值功率电平的深UV分束器的制造可为困难的。类似地，对于环形腔中的透射元件(例如波片(在'075实施例中)、透镜或棱镜)可能不存在坚固深UV抗反射涂层。因此，在一个替代实施例中，针对棱镜108的面使用布鲁斯特角意味着在所述棱镜面上不具有任何涂层的情况下可实现最小光损耗。此外，如下文进一步详细地所描述，可通过使用较少组件来简化环的对准。
图1B说明包含两个环形腔以产生高于可从单一环形腔获得的倍增因数的示范性脉冲倍增器110。例如，第一环形腔可经配置成以输入激光的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲。第二环形腔可经配置成以第一环形腔的输出的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲，由此使输入激光的重复速率倍增4，同时维持每一输出脉冲中的实质上相等能量。上文针对第一环形腔所描述的任一配置及全部方法可应用于第二环形腔。
在图1B中，第一环形腔包含组件103、106、108及107，如上文所描述。包含分束器113、镜116及117以及棱镜118的第二环形腔以类似于第一环形腔的方式运作，只是所述第二环形腔使所述第一环形腔的输出的脉冲速率而非直接来自激光的脉冲速率倍增除外。来自第一环形腔的分束器103的光经引导到第二环形腔的分束器113。分束器113实质上类似于分束器103而运作。镜116及117使激光脉冲在第二环形腔内重新聚焦且具有适于第二环形腔的光学路径长度(在优选实施例中，其比第一环形腔的光学路径长度更短)的曲率半径(且因此，焦距)。棱镜118优选地使其输入面及输出面以实质上或大致布鲁斯特角切割(其输入面标被记为119)。输出光在方向112上离开第二环形腔且包括来自第一环形腔的脉冲及已围绕第二环形腔循环的脉冲的组合。
图1C说明使用一个镜而非两个镜(如图1A所展示)的另一示范性脉冲倍增器120。在这个实施例中，输入光从方向121到达且由分束器123部分地反射到输出方向122中(与其中在输出方向上透射输入光的部分的图1A的实施例相比较)。透射通过分束器123的光进入包含镜126、棱镜128及分束器123的环形腔。镜126使在所述环形腔内循环的光重新聚焦。优选地，镜126的曲率半径实质上等于所述环形腔的光学路径长度的一半，使得在围绕所述环形腔的每一往返通过一倍的放大率使束腰重新聚焦。如在图1A的实施例中，布鲁斯特角切割优选地用于棱镜128的输入面及输出面，由此最小化或很大程度上消除在那些面处的反射损耗(棱镜128的输入面在图1C中被标记为129)。以类似于较早实施例的方式，输入光应在方向124上实质上或大致偏振以便很大程度上消除棱镜128处的损耗。在光离开棱镜128之后，其经引导回到分束器123，其中每一脉冲的部分在输出方向122上透射通过分束器123，且部分反射回到环形腔中。
脉冲倍增器120以实质上类似于图1A的脉冲倍增器100的方式运作，只是图1C的分束器123中的透射及反射角色相对于其在图1A的分束器103中的角色而互换除外。只要R及T互换，以上方程式就可应用于这个环形腔。对于在使用倍增器120使输入脉冲的速率加倍时的实质上相等脉冲包络，如果腔及分束器的损耗可忽略，那么R应为大致1/3且T应为大致2/3。当如上文针对图1A的倍增器100所教示那样存在环形腔及/或分束器的损耗时，可选择R及T的略不同的值以维持实质上相等脉冲包络。
脉冲倍增器120(图1C)优于脉冲倍增器100(图1A)的一个优点为脉冲倍增器120使用一个镜而非两个镜，从而引起较少光损耗(尤其是在深UV波长下)。较少组件还可简化环形腔的光学对准。另一方面，注意，对于脉冲倍增器120(与脉冲倍增器100相比较)，光学像差(例如像散及横向色差)可较大。这些光学像差是否可接受取决于激光的束腰、环形腔长度及所需输出脉冲光束轮廓。所属领域的技术人员将理解，保持曲面镜126上的低入射角会有助于最小化光学像差。
图1D说明包含类似于图1C所说明的一个环形腔的两个环形腔以产生高于可从单一环形腔方便地获得的倍增因数的替代示范性脉冲倍增器130。例如，第一环形腔可经配置成以输入激光的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲。第二环形腔可经配置成以所述第一环形腔的输出的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲，由此使输入激光的重复速率倍增4，同时维持每一输出脉冲中的实质上相等能量。
在图1D中，第一环形腔包含分束器123、镜126及棱镜108，如上文所描述。第二环形腔包含分束器133、镜137及棱镜138。来自所述第一环形腔的分束器123的光经引导到所述第二环形腔的分束器133。分束器133实质上类似于分束器123而运作。镜137使激光脉冲在第二环形腔内重新聚焦且优选地具有实质上等于所述第二环形腔的光学路径长度的曲率半径。如上文针对其它实施例所描述，棱镜138优选地使其输入面及输出面切割，使得入射及透射光线相对于所述面成实质上或大致布鲁斯特角。输出光通过分束器133在方向132上离开第二环形腔且包括来自第一环形腔的脉冲及已围绕第二环形腔循环的脉冲的组合。分束器133还如针对先前实施例所描述那样使每一脉冲的分数再循环。
图1E展示具有与图1C的布局不同的布局(但相同组件)的另一示范性脉冲倍增器140。如果在环形腔中光的入射角在图1C的镜126及分束器123上实质上类似，那么使那些入射角保持为低将引起从镜126通过棱镜128而到分束器123的光学路径长度仅比从分束器123到镜126的光学路径长度略长。因为镜126优选地具有实质上等于所述腔的总光学路径长度的一半的曲率半径，所以将使激光脉冲重新聚焦到介于棱镜128与分束器123之间的位置处(但通常相当接近分束器123)的束腰。对于在深UV波长下使用的脉冲倍增器，这可引起入射于分束器128的表面上的高功率密度且可降低其寿命。
图1E的实施例修改环形腔的几何形状以移动束腰使其离分束器123的表面稍远点。在一些优选实施例中，束腰放置于棱镜128的输出面与分束器123的表面之间的大致中途处。
如图1E所展示，分束器123与镜126之间的距离为d1，镜126与棱镜128的输入面之间的距离为d2，沿着由光跟随的轴的棱镜128的长度为L1，且从棱镜128的输出面到分束器123的距离为d3。因此，环形腔的总光学路径长度等于d1+d2+d3+L1*n，其中n为在激光的波长下的棱镜材料的折射率。例如，如果棱镜128包括CaF2且激光波长为266nm，那么所述折射率将为1.462。如果(例如)输入激光的重复速率为125MHz且将由环形腔执行所述重复速率的加倍，那么所述环形腔的光学路径长度应大致等于由光在4ns中行进的距离(即，约1.199m)。如上文所阐释，在某些优选实施例中，将环形腔的光学路径长度设置为比这个距离稍长或稍短的长度以进一步降低激光的峰值功率。例如，对于具有125MHz的重复速率的激光，可将环形腔的光学路径长度设置为大致1.214m。
如上文所阐释，优选地，镜126的曲率半径大致等于光学路径长度的一半。将使激光束腰重新聚焦在离镜126的光学路径长度的一半处。输入激光应优选地在分束器123之前聚焦，使得从激光束腰到镜126的光学路径距离也大致等于腔的光学路径的一半。
在镜126上的入射角为θ1，使得入射于镜126上的光偏转达2θ1的角度，如所展示。在分束器123上的入射角为θ2。针对棱镜128的布鲁斯特角θB是由在激光波长下的棱镜材料的折射率确定。对于在266nm的波长下的CaF2，布鲁斯特角为大致55.6°。如所展示，使以布鲁斯特角入射于棱镜128的表面上的光线偏离等于2θB-90°的角度(即，对于在266nm的波长下的CaF2为约21.3°的角度)。如所展示，使棱镜128相对于平行于分束器123与镜126之间的光的线成角度δ倾斜。
从几何形状可导出以下关系：
2θ1＝2θB-90°+δ
2θ2＝2θB-90°-δ
d1＝L1＊cos(δ)+d2＊cos(2θ1)+d3＊cos(2θ2)
d3＊Sin(2θ2)＝d2＊Sin(2θ1)+L1＊sin(δ)
与所要环形腔光学路径长度及棱镜128的性质组合的这些方程式允许选择适当角度、棱镜长度L1及组件间距d1、d2及d3以在所要位置处放置束腰，同时在镜126上维持相当小的入射角θ1，因此使光学像差保持可接受。
在类似于图1B及1D所展示的方式的方式中，可包含(即，光学上耦合)如图1E所展示的腔的两个腔以实现较高倍增速率(例如四倍的倍增速率)。
图3A展示示范性激光脉冲倍增器300，激光脉冲倍增器300不包含棱镜且因此可在不存在与激光波长及峰值功率电平兼容的用于棱镜的易于可用及/或花费不多的材料时使用。
激光脉冲从方向301到达。每一脉冲的部分从分束器303反射到输出方向302中且部分进入环形腔(所述环形腔可因为其交叉路径而称为蝶式环形腔)。如上文所阐释，如果所述环形腔及分束器303是无损耗的，那么分束器303将优选地反射每一激光脉冲的能量的约三分之一且将约三分之二透射到所述环形腔中。如上文所阐释，可修改这些值以考虑分束器及环形腔的损耗以在脉冲速率加倍器中维持实质上相等能量输出脉冲。
在激光脉冲进入环形腔之后，其从平面镜304反射且经引导朝向曲面镜305。镜305朝向曲面镜306反射所述激光脉冲。镜306朝向分束器303反射回所述激光脉冲。选取镜305及306的曲率以使每一激光脉冲在环形腔内部重新聚焦。镜305及306的曲率半径(且因此，焦距)的不同组合是可能的。例如，可使输入激光脉冲聚焦到分束器303及镜304之间的实质上中途的束腰。镜305可具有经选取以便准直所述激光脉冲的曲率半径。镜306可具有相同曲率半径(假设所述组件的对称布局)以使每一脉冲重新聚焦到分束器303与镜304之间的实质上中途的束腰。在另一实施例中，实质上准直输入激光脉冲。在此情况下，镜305可使所述激光脉冲重新聚焦到镜305与镜306之间的实质上中途的束腰。接着，镜306可重新准直所述激光脉冲。所属领域的技术人员将理解，除上文所描述的两个方案之外，其它重新聚焦方案也是可能的。
当脉冲照射分束器303时，所述脉冲的部分在输出方向302上透射且部分围绕环形腔再循环。如上文所阐释，腔长度可等于、稍大于或稍小于两个相继外来激光脉冲之间的间隔的一半。
所属领域的技术人员将理解，平面镜304与曲面镜305及306中的一者可随着所述曲面镜的焦距的适当改变而在位置上交换。
图3B说明包含类似于图3A所说明的环形腔的两个环形腔以产生高于可从单一环形腔方便地获得的倍增因数的替代示范性脉冲倍增器310。例如，第一环形腔可经配置成以输入激光的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲。第二环形腔可经配置成以所述第一环形腔的输出的重复速率的两倍产生具有实质上相等能量的脉冲，由此使输入激光的重复速率倍增4，同时维持每一输出脉冲中的实质上相等能量。
在图3B中，第一环形腔包含组件303、304、305及306，如上文所描述。第二环形腔包括分束器313及镜314、315及316。来自所述第一环形腔的分束器303的光经引导到所述第二环形腔的分束器313。分束器313实质上类似于分束器303而运作。镜314将所述光重新引导到曲面镜315。镜315及316使激光脉冲在第二环形腔内重新聚焦。输出光通过分束器313在方向312上离开第二环形腔且包括来自第一环形腔的脉冲及已围绕第二环形腔循环的脉冲的组合。分束器313还如针对先前实施例所描述那样使每一脉冲的分数再循环。
注意，尽管图3B将所述组件描绘为如同其布置于一个平面中，但所述布局可为三维的。例如，来自方向101的输入激光脉冲可在第二环形腔的光学组件的上方或下方行进。
图4A展示也不包含棱镜的另一示范性激光脉冲倍增器400。这个实施例仅包含分束器及具有实质上相等曲率半径的两个曲面镜。这个实施例的对准尤其简单。这个实施例类似于如赫里奥特等人的“离轴球面镜干涉仪(Off-axis Spherical MirrorInterferometers)”(应用光学(Applied Optics)3，#4，第523页到第526页，1964年)及如赫里奥特等人的“折叠光学延迟线(Folded Optical Delay Lines)”(应用光学(AppliedOptics)4，#8，第883页到第889页，1965年)中所描述的赫里奥特池。值得注意地，这个实施例在环形腔中包含分束器以执行脉冲倍增。赫里奥特等人的参考文献并未描述在腔中包含分束器且并未描述脉冲速率倍增应用。
激光脉冲从方向401到达。每一脉冲的部分由分束器407在输出方向402上透射且部分进入环形腔。如上文针对图1A所阐释，当用作脉冲速率加倍器时，如果环形腔及分束器407是无损耗的，那么分束器407将优选地透射每一激光脉冲的能量的约三分之一且将约三分之二反射到所述环形腔中。如上文所阐释，可修改这些值以考虑分束器及腔的损耗以在脉冲速率加倍器中维持实质上相等能量输出脉冲。
在激光脉冲进入环形腔之后，其从曲面镜405反射且经引导朝向曲面镜406。镜406重新引导光返回朝向镜405。在来自两个镜的多个反射(来自图4A所展示的实例中的每一镜的两个反射)之后，脉冲在重新聚焦之后返回到达分束器407。如赫里奥特等人(1964年)所描述，来自每一镜的反射的数目仅取决于两个镜相对于所述镜的间距d的曲率半径且并不取决于光进入环形腔的确切角度。例如，如果所述两个镜的曲率半径为d(即，每一镜的焦距为d/2)，那么在来自每一镜的两个反射之后，每一脉冲将已经重新聚焦且将返回到达分束器407，其中所述脉冲的部分将在方向402上反射离开环形腔且部分将透射回到所述环形腔中。赫里奥特等人(1964年)给出所述镜的焦距(且因此，曲率半径)的值作为对于离开每一镜的2个、3个、4个、6个、12个及24个反射的d的倍数。如赫里奥特等人所阐释，其它数目的反射是可能的。如赫里奥特等人(1964年)所描述，所述反射取决于反射的数目及光从分束器407入射于镜405上的角度而可能不在一个平面中。来自每一镜的两个以上反射使所述腔与使用来自每一镜的两个反射的腔相比较更紧致。然而，因为在每一镜反射处损耗一些光，所以在镜反射损耗并不如此小时(例如，如在深UV波长下)每镜两个反射将是优选的，但在每反射的损耗较小时(例如，在红外线、可见光或近UV波长下)，每镜两个以上反射可能可用。
无论输入激光脉冲的束腰的位置如何，脉冲倍增器400均将使激光脉冲重新聚焦，使得在方向402上离开的输出脉冲将看似具有大致或实质上类似于输入脉冲的发散及束腰。在脉冲倍增器400的一些优选实施例中，来自方向401的输入激光脉冲将实质上准直以便最小化入射于分束器407上的功率密度。接着，输出激光脉冲还将实质上准直。
图4B展示比图4A的脉冲倍增器400更紧致的另一脉冲速率倍增器410。脉冲倍增器410使用平面镜416以后向反射来自曲面镜415的光，因此针对相同腔光学路径长度而与脉冲倍增器400相比较等分倍增器410的所述两个镜之间的距离(即，对于脉冲倍增器410的d/2的镜间距引起与对于脉冲倍增器400的d的镜间距相同的光学路径长度)。曲面镜415具有与镜405(图4A)相同的曲率半径。脉冲倍增器410优于脉冲倍增器400的另一优点为分束器417可与平面镜416大致共面而定位，由此简化构造及对准。注意，分束器417的反射及透射角色与其在脉冲倍增器400中的分束器407中的角色相比较而互换。
脉冲倍增器410使用第二分束器413来分离输入激光脉冲及输出激光脉冲。在图4B所展示的实施例中，分束器413为经布置以便透射外来激光脉冲的实质上100％的偏振分束器，所述外来激光脉冲如由箭头404所展示那样相对于分束器413实质上p偏振。在某些实施例中，这种透射是通过定向分束器413使得来自方向411的光针对激光的波长以大致布鲁斯特角入射而实现。
为了使分束器413反射每一输出脉冲的能量的高百分比，所述输出脉冲的偏振需要实质上定向为相对于分束器413的s偏振。这种偏振可由定位于分束器413与417之间的四分之一波片418实现。四分之一波片418经定向以便将输入偏振转换到实质上圆偏振。在环形腔内部的奇数数目个反射(在图4B所展示的实施例中为七个反射)之后，所述圆偏振的偏手性已反向(即，左圆偏振成为右圆偏振或反之亦然)，使得输出脉冲在其通过四分之一波片418时经转换回到相对于输入偏振旋转90°的实质上线性偏振。注意，与'075申请案的在环形腔中含有波片的实施例对比，四分之一波片418在环形腔外部。
本文中所描述的脉冲倍增器的任何实施例在环形腔中均不需要波片。代替地，仅分束器用于确定每一脉冲的离开所述腔的分数及围绕所述腔再循环的分数。
注意，脉冲倍增器410中的束腰可在镜416的表面上或接近镜416的表面。使用脉冲倍增器410还是脉冲倍增器400的选择取决于激光的波长、功率密度及对环形腔可用的空间。
以类似于图1及3的实施例的方式，图4A及4B所展示的实施例的两个或两个以上脉冲倍增器可耦合在一起以实现较高倍增速率。
有利的是，检验系统可包含上述脉冲倍增器。所述检验系统可为明场检验系统、暗场检验系统或具有明场模式及暗场模式两者的系统。所述检验系统可经配置以检验半导体晶片或光刻掩模。明确地说，所述检验系统可经配置以检测图案化样本上的图案化缺陷或可经配置以检测在图案化或未图案化表面上的微粒、凹处或凸块。
例如，由上述脉冲倍增器产生的高重复速率激光脉冲可用于实时闪光(flash-on-the-fly)检验系统中，其中单一激光脉冲照明待检验的移动样本(例如晶片或分划板)的一部分且由相机获取图像。因为每一激光脉冲具有短持续时间，所以有效地冻结所述运动且获取非模糊图像。有利的是，如由上述脉冲倍增器所提供的较高重复速率可使每单位时间能够获取更多图像，由此允许更快运动。在用于实时闪光检验系统中的脉冲倍增器的一些实施例中，因为一个目标为冻结运动，所以优选的是在使脉冲速率倍增时并不过度地加宽每一激光脉冲。因此，在此类实施例中，可将腔长度设置为实质上等于相继外来脉冲之间的时间间隔的一半。
图5说明包含并有脉冲倍增器520的光源的示范性未图案化晶片检验系统500。在系统500中，可使用机构502旋转及平移晶片501以确保所述晶片的整个表面是可扫描的。脉冲倍增器520可有利地针对经引导到晶片501上的垂直光束503及倾斜光束504产生脉冲。接着，(例如)使用科布连兹球体(Coblenz sphere)508及光学器件509将来自晶片501的经反射的入射光引导到检测器上(为简单起见而未展示)。系统500可提供(例如)包含窄光电倍增管(PMT)505及宽PMT 506的窄检测路径及宽检测路径两者。1993年2月23日授予詹恩(Jann)等人的美国专利5,189,481更详细地描述系统500且以引用的方式并入本文中。值得注意地，脉冲倍增器520可使来自UV、深UV或真空UV激光的脉冲倍增。脉冲倍增器520可有利地增加重复速率，同时降低所使用的无论哪一激光的峰值功率。
2001年3月13日授予瓦埃兹-伊拉瓦尼(Vaez-Iravani)等人的美国专利6,201,601及2001年8月7日授予马克思(Marx)等人的美国专利6,271,916提供关于可有利地并有本文中所描述的脉冲倍增器中的任一者的未图案化晶片检验系统的进一步细节。这些专利的两者均以引用的方式并入本文中。
图6说明包含光源(所述光源包括脉冲倍增器601)的示范性图案化晶片检验系统600，所述光源可提供近垂直及倾斜照明两者(为清晰起见而仅展示倾斜照明602)。脉冲倍增器601可从UV、深UV或真空UV激光产生脉冲。有利的是，脉冲倍增器601可增加所使用的激光的重复速率，同时降低其峰值功率。在系统600中，多通道收集603可在增加的信噪比(SNR)的情况下提供大收集区域、并像及通道融合。如由脉冲倍增器601产生的照明偏振可提供先前层抑制及缺陷选择性。促进多通道集合603的照明通道可照明晶片604上的一或多个点、一或多条窄线或矩形区域。检测通道可包含傅里叶(Fourier)滤光(对于图案化抑制)、偏振选择、角度范围及/或数值孔径(NA)控制。2009年4月28日授予梁(Leong)等人且以引用的方式并入本文中的美国专利7,525,649进一步详细地描述表面检验设备600及其它多个收集系统。
有利的是，计量系统还可包含上述脉冲倍增器。示范性计量系统可包含但不限于：椭圆偏振计(例如，参见第6,734,968号美国专利，其以引用的方式并入本文中)、角分辨反射计(例如，参见美国专利4,999,014或美国专利7,667,841，两者均以引用的方式并入本文中)或光声测量系统(例如，参见美国专利4,710,030，其以引用的方式并入本文中)。在并有脉冲倍增器的光声测量系统的一些实施例中，优选的是并不过度地加宽每一激光脉冲以针对每一输出脉冲具有高峰值功率。因此，在此类实施例中，可将腔的光学长度设置为实质上等于相继外来脉冲之间的间隔的一半。
注意，包含脉冲倍增器的任何检验或计量系统可结合脉冲塑形及/或相干性降低装置而使用。示范性脉冲塑形及相干性降低装置包含但不限于在庄(Chuang)等人的共同待决的美国公开专利申请案2011/0279819及2011/0228263两者中所描述的那些装置。这两个申请案均主张2008年9月29日申请的美国临时申请案61/100,990的优先权。全部这些申请案以引用的方式并入本文中。此类脉冲塑形装置可用于降低每一激光脉冲的相干性或以其它方式修改所述脉冲的形状。
图7说明根据本发明的实施例的结合适于并入到检验或计量系统中的脉冲倍增器使用的脉冲塑形或相干性降低装置的方面。光源710包括脉冲式激光及脉冲倍增器。光源710产生包括一系列脉冲的光束712。这个实施例的一个方面为利用有限频谱范围的激光以执行光束712的实质上快速时间调制，这可在约十分之一皮秒时间标度上改变(十分之一皮秒时间间隔在频谱宽度上等于约1pm)且将时间调制变换到空间调制。
对于斑点降低及/或脉冲塑形提供色散性元件及电光调制器的使用。例如，照明子系统包含定位于光的相干脉冲的路径中的色散性元件。如图7所展示，所述色散性元件可定位于与光的相干脉冲的截面x1成角度θ1而布置的平面714处。如图7进一步所展示，光的所述脉冲与截面维度x1'成角度θ1'而离开所述色散性元件。在一个实施例中，所述色散性元件为棱镜。在另一实施例中，所述色散性元件为衍射光栅。所述色散性元件经配置以通过混合在光的脉冲中的光分布的空间特性及时间特性而降低光的所述脉冲的相干性。特定地说，色散性元件(例如棱镜或衍射光栅)提供光的脉冲中的光分布的空间特性与时间特性之间的一些混合。所述色散性元件可包含可取决于照明子系统及计量或检验系统的光学特性而改变的任何合适棱镜或衍射光栅。
照明子系统进一步包含定位于离开色散性元件的光的脉冲的路径中的电光调制器。例如，如图7所展示，所述照明子系统可包含定位于离开所述色散性元件的光的脉冲的路径中的电光调制器716。所述电光调制器经配置以通过时间上调制在光的脉冲中的光分布而降低光的脉冲的相干性。特定地说，所述电光调制器提供光分布的任意时间调制。因此，色散性元件及电光调制器对由光源产生的光的脉冲具有组合效应。特定地说，所述色散性元件与所述电光调制器的组合产生任意时间调制且将所述时间调制变换到输出光束718的任意空间调制。
在一个实施例中，电光调制器经配置而以十分之一皮秒时间间隔改变在光的脉冲中的光分布的时间调制。在另一实施例中，电光调制器经配置以在所述电光调制器的调制的每一周期上提供约1000个非周期样本，由此提供约10-13秒的去相干时间。
根据本发明的特定实施例，并有脉冲倍增器的检验系统可在单一检测器上同时地检测两个数据通道。此类检验系统可用于检验衬底(例如分划板、光掩模或晶片)，且可如2009年5月15日授予布朗(Brown)等人的美国专利7,528,943中所描述那样操作。所述'943专利以引用的方式并入本文中。
图8展示在一个传感器870上同时地检测图像或信号的两个通道的分划板、光掩模或晶片检验系统800。在一些实施例中，一或两个照明源809及810并有脉冲倍增器。在一些实施例中，包括脉冲倍增器的单一光源可用于照明源809及810。所述两个通道在经检验对象830为透明(例如，分划板或光掩模)时可包括反射及透射强度，或可包括两个不同照明模式(例如入射角、偏振状态、波长或其某一组合)。
如图8所展示，照明中继光学器件815及820分别中继从源809及810到经检验对象830的照明。经检验对象830可为分划板、光掩模、半导体晶片或待检验的其它物品。图像中继光学器件855及860中继由经检验对象830反射及/或透射到传感器870的光。对应于两个通道的经检测信号或图像的数据被展示为数据890且经发射到计算机(未展示)以供处理。
可经配置以测量来自分划板或光掩模的透射及反射光的分划板及光掩模检验系统及方法的其它细节描述于2008年4月1日颁布的匡马丁(Kvamme)等人且以引用的方式并入本文中的美国专利7,352,457中。关于可并有脉冲倍增器的分划板及光掩模检验系统及方法的额外细节可见于1996年10月8日颁布的埃默里(Emery)等人且以引用的方式并入本文中的第5,563,702号美国专利中。
根据本发明的特定实施例的并有脉冲倍增器的检验系统可并有多个通道，其中每一通道可包括具有不同特性(例如类型、波长范围等)的光。利用多个通道且适于并有脉冲倍增器的检验系统及方法描述于2009年7月16日公开的阿姆斯特朗(Armstrong)等人且以引用的方式并入本文中的美国公开申请案2009/0180176中。
根据本发明的特定实施例的并有脉冲倍增器的检验系统可并有主要照明源、次要照明源及折反射式物镜，其中所述照明源中的至少一者包括脉冲倍增器。适于并有脉冲倍增器且利用主要照明源及次要照明源以及折反射式物镜的检验系统及方法描述于2007年1月4日公开的庄(Chuang)等人的美国公开申请案2007/0002465中且所述案以引用的方式并入本文中。
值得注意地，脉冲倍增器可花费不多地降低每脉冲的峰值功率，同时在具有最小总功率损耗的情况下增加每秒的脉冲数目。脉冲倍增器可有利地使用现有激光来启用高速检验及计量。暗场检验系统依靠激光光源。上述脉冲倍增器允许那些系统使用原本将具有非常低的脉冲重复速率的激光且对极高重复速率UV激光或CW激光提供潜在替代品(如果没有适当激光可用，或可用激光太昂贵或不可靠)。
上文连同说明本发明的原理的附图提供本发明的一或多个实施例的详细描述。本发明结合此类实施例而描述，但本发明并不限于任何实施例。
例如，在一个实施例中，光学组件可针对激光波长用适当涂层予以涂布。任何透射组件(例如波片)的每一表面还可具有最小化在每一表面处反射的激光能量的量的抗反射涂层。镜可用经设计以在激光波长下最大化反射且最小化散射的涂层予以涂布。
在另一实例中，在一个实施例中，环形腔可具有与上文所给出的实例不同的形状或镜数目。例如，可使用怀特池(White cell)(J.怀特(J.White)的“大孔径的长光学路径(Long Optical Paths of Large Aperture)”，美国光学学会的期刊(Jorunal of theOptical Society of America)32#5，第285页，1942年)或其它环形腔。
在一些实施例中，一或多个镜可在多个环形腔之间被共享。在一些情况下，与分离腔相比较，这可简化对准以及制造更紧致的脉冲倍增器。
本发明的范围仅由权利要求书限制，且本发明涵盖众多替代例、修改及等效物。在以上描述中阐述众多特定细节以提供对本发明的彻底理解。这些细节是出于实例目的而提供，且可在不具有这些特定细节中的一些或全部的情况下根据权利要求书实践本发明。为清晰起见，尚未详细地描述在与本发明有关的技术领域中已知的技术材料，使得未必模糊本发明。

Claims (21)

1.一种脉冲倍增器，其包括：
第一环形腔，其包含：
第一分束器，其以第一频率接收多个相继输入激光脉冲；及
一组一或多个镜；及
第二环形腔，其包含：
第二分束器；及
第二组一或多个镜；
其中所述第一分束器将所述输入激光脉冲的每一者的第一分数引导到所述第二分束器，且将所述输入激光脉冲的每一者的第二分数引导到所述第一环形腔中作为第一循环激光脉冲，
其中所述第二分束器将入射于其上的每一激光脉冲的第三分数引导到所述脉冲倍增器的输出，且将入射于其上的每一激光脉冲的能量的第四分数引导到所述第二环形腔中作为第二循环激光脉冲，以及
其中所述第一环形腔具有约为所述多个相继输入激光脉冲之间的距离的一半的光学路径长度，其中所述多个相继输入激光脉冲之间的距离等于光速乘以所述多个相继输入激光脉冲之间的时间间隔，以及
其中，所述第二环形腔的光学路径长度为所述第一环形腔的所述光学路径长度的一半的大致奇整数倍。
2.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一分束器在所述第一循环激光脉冲已横越所述第一环形腔一次之后进一步实质上引导所述第一循环激光脉冲的所述能量的所述第二分数离开所述第一环形腔而到所述第二分束器，同时将所述第一循环激光脉冲的所述能量的所述第一分数实质上引导回所述第一环形腔中。
3.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第二分束器在所述第二循环激光脉冲已横越所述第二环形腔一次之后进一步实质上引导所述第二循环激光脉冲的所述能量的所述第四分数离开所述第二环形腔而作为所述脉冲倍增器的输出，同时将所述第二循环激光脉冲的所述能量的所述第三分数实质上引导回所述第二环形腔中。
4.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一分数实质上等于所述第三分数。
5.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第二分数实质上等于所述第四分数。
6.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一环形腔和所述第二环形腔中的至少一者的特征进一步在于其不含有波片。
7.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一环形腔和所述第二环形腔都不包含波片。
8.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一分数大致为三分之一且所述第二分数大致为三分之二。
9.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第三分数大致为三分之一且所述第四分数大致为三分之二。
10.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一分数、所述第二分数、所述第三分数和所述第四分数经选择，以使得响应所述相继输入激光脉冲而在所述脉冲倍增器的所述输出处提供实质上相等的能量输出脉冲。
11.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中每当所述第一环形腔中的每一激光脉冲横越所述第一环形腔时就使该激光脉冲实质上重新聚焦，且其中每当所述第二环形腔中的每一激光脉冲横越所述第二环形腔时就使所述激光脉冲实质上重新聚焦。
12.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第一环形腔进一步包括棱镜。
13.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述第二环形腔进一步包括棱镜。
14.根据权利要求1所述的脉冲倍增器，其中所述一组一或多个镜包括至少两个曲面镜。
15.根据权利要求14所述的脉冲倍增器，其中所述第二组一或多个镜包括至少两个曲面镜。
16.根据权利要求14所述的脉冲倍增器，其中所述曲面镜中的至少两个具有实质上类似的曲率半径。
17.一种脉冲倍增器，其包括：
第一环形腔，其包含：
第一分束器，其接收多个相继输入激光脉冲；
棱镜；及
一个且唯一一个镜，其为曲面镜；及
第二环形腔，其包含：
第二分束器；及
第二组一或多个镜；
其中所述第一分束器将所述输入激光脉冲的每一者的第一分数引导到所述第二分束器，且将所述输入激光脉冲的每一者的第二分数引导到所述第一环形腔中，
其中所述第二分束器将入射于其上的每一激光脉冲的第三分数引导到所述脉冲倍增器的输出，且将入射于其上的每一激光脉冲的能量的第四分数引导到所述第二环形腔中。
18.一种脉冲倍增器，其包括：
第一环形腔，其包含：
第一分束器，其接收多个相继输入激光脉冲；
一组一或多个镜；及
第二环形腔，其包含：
第二分束器；
棱镜；及
一个且唯一一个镜，其为曲面镜；
其中所述第一分束器将所述输入激光脉冲的每一者的第一分数引导到所述第二分束器，且将所述输入激光脉冲的每一者的第二分数引导到所述第一环形腔中，
其中所述第二分束器将入射于其上的每一激光脉冲的第三分数引导到所述脉冲倍增器的输出，且将入射于其上的每一激光脉冲的能量的第四分数引导到所述第二环形腔中。
19.一种脉冲倍增器，其包括：
第一环形腔，其包括赫里奥特池或怀特池，所述第一环形腔包含：
第一分束器，其以第一频率接收多个相继输入激光脉冲；及
一组镜，其包含具有实质上类似的曲率半径的至少两个曲面镜；及
第二环形腔，其包含：
第二分束器；及
第二组一或多个镜；
其中所述第一分束器将所述输入激光脉冲的每一者的第一分数引导到所述第二分束器，且将所述输入激光脉冲的每一者的第二分数引导到所述第一环形腔中，
其中所述第二分束器将入射于其上的每一激光脉冲的第三分数引导到所述脉冲倍增器的输出，且将入射于其上的每一激光脉冲的能量的第四分数引导到所述第二环形腔中。
20.根据权利要求19所述的脉冲倍增器，其中所述第二环形腔包括赫里奥特池或怀特池。
21.一种脉冲倍增器，其包括：
第一环形腔，其包含：
第一分束器，其以第一频率接收多个相继输入激光脉冲；及
一组一或多个镜；及
第二环形腔，其包括赫里奥特池或怀特池，所述第二环形腔包含：
第二分束器；及
第二组镜，其包括具有实质上类似的曲率半径的至少两个曲面镜；且
其中所述第一分束器将所述输入激光脉冲的每一者的第一分数引导到所述第二分束器，且将所述输入激光脉冲的每一者的第二分数引导到所述第一环形腔中，
其中所述第二分束器将入射于其上的每一激光脉冲的第三分数引导到所述脉冲倍增器的输出，且将入射于其上的每一激光脉冲的能量的第四分数引导到所述第二环形腔中。
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