CN112636152A - 一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及激光器光谱线宽调整技术领域，提供了一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，该装置包括：沿入射光束传输方向依次设置的扩束单元、透镜腔体和中阶梯光栅，以及具有第一进气口和第一出气口的密封腔体；其中，所述扩束单元、所述透镜腔体和所述中阶梯光栅被密封于所述密封腔体中，所述透镜腔体和所述密封腔体内均充有气体，通过调整所述透镜腔体内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整。利用本公开，实现了激光器光谱的在线调整，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

Description

一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置

技术领域

本公开涉及激光器光谱线宽调整技术领域，尤其是一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置。

背景技术

激光器是一种波长稳定、光谱窄、亮度高的光源，广泛用于各种工业照明、测量和加工等领域。准分子激光器因波长短、线宽窄、能量高，常用于半导体芯片加工，是光刻机最常用的光源。常见的准分子激光器有氟化氩(ArF)准分子激光器和氟化氪(KrF)准分子激光器，其中心波长分别为193nm和248nm。准分子激光器光谱线宽直接影响光刻机曝光线条的质量，光刻机对于准分子激光器的光谱线宽要求很高，要求激光器光谱线宽为0.15～0.5pm左右。同时，为了使光刻机曝光线条稳定，对激光器光谱线宽稳定性要求很高，过大或过小的光谱线宽均会引起光刻机曝光线条不稳定，影响芯片生产的质量和良率。

为了实现稳定的窄线宽的光谱输出，准分子激光器使用线宽压窄模块实现对光谱的选择，同时通过调整激光器的发散角或者波前来调整激光器的光谱线宽，实现激光器光谱线宽的稳定输出。

为了实现激光器光谱的长期稳定输出，需要在线实时调整激光器的光谱线宽，实现光谱的主动控制。在专利US10416471中，通过旋转扩束单元中的棱镜角度实现放大倍数的改变，改变激光器的发散角，在线调整激光器光谱线宽。在专利US5095492中，对中阶梯光栅加入变形机构，通过控制光栅面型的调整，改变光束的波前，从而实现激光器光谱调整。在专利US6192064中，利用一种弹簧机构实现对中阶梯光栅面型的精确调整，实现光束波前的改变，从而实现激光光谱线宽的调整。在专利US7653095中，加入光学组件去改变线宽压窄模块中的波前，该光学组件包含一组凹透镜和凸透镜，通过凹透镜和凸透镜水平或垂直的运动，产生附加的波前，从而实现激光器光谱的主动控制。在US8804780中，在激光器的输出端或双腔激光器的光路传输机构中，加入一组凹凸透镜组，通过透镜组的移动产生附加波前，实现了激光器的光谱主动控制，从而得到稳定的光谱线宽输出。

然而，为了实现激光器光谱的在线调整，上述方法均加入了机械可动元件，对激光器的波前或发散角进行调整，可动元件的加入，对于激光器的能量和波长的稳定性产生不利影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，以实现激光器光谱的在线调整，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

(二)技术方案

根据本公开的实施例，提供了一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，该装置包括：沿入射光束传输方向依次设置的扩束单元、透镜腔体CL和中阶梯光栅15，以及具有第一进气口16和第一出气口17的密封腔体10；其中，所述扩束单元、所述透镜腔体CL和所述中阶梯光栅15被密封于所述密封腔体10中，所述透镜腔体CL和所述密封腔体10内均充有气体，通过调整所述透镜腔体CL内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

根据本公开的实施例，所述透镜腔体CL包括：腔体外壁20；密封于所述腔体外壁20内相对设置的第一透镜23和第二透镜24；以及将所述透镜腔体CL内部连通于所述密封腔体10外部的第二进气口21和第二出气口22。

根据本公开的实施例，所述第一透镜23和所述第二透镜24均为弯月结构，曲率半径大小相等或基本相等，所述第一透镜23和所述第二透镜24的安装方向相反，使得所述透镜腔体CL整体的光焦度基本为零。

根据本公开的实施例，所述第一透镜23和所述第二透镜24均为凸凹透镜或凹凸透镜。

根据本公开的实施例，所述第一透镜23和所述第二透镜24均为柱面镜、球面镜或非球面镜。

根据本公开的实施例，所述第一透镜23和所述第二透镜24均采用熔石英或氟化钙制作而成。

根据本公开的实施例，所述透镜腔体CL还包括：第一密封圈25，用于密封所述第一透镜23；第二密封圈26，用于密封所述第二透镜24；其中，所述第二进气口21和所述第二出气口22位于所述第一密封圈25和所述第二密封圈26构成的密封区域内。

根据本公开的实施例，所述第二进气口21通过一第一气体阀门6控制通入所述透镜腔体CL内的气体，所述第一气体阀门6连接第二气体的供气管；所述第二出气口22通过一第二气体阀门7控制通入所述透镜腔体CL内的气体，所述第二气体阀门7连接第一气体的供气管。

根据本公开的实施例，所述透镜腔体CL内充入混合比例相同或不同的第一气体和第二气体，所述密封腔体10内充入第一气体；所述第一气体的折射率大于第二气体的折射率。

根据本公开的实施例，所述通过调整所述透镜腔体CL内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整，包括：

调整充入所述透镜腔体CL内的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例大于预设的第二气体与第一气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变小，则光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

调整充入所述透镜腔体CL内的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例小于预设的第二气体与第-气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变大，则光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述透镜腔体CL内气体压强增大时，所述透镜腔体CL内气体折射率变大，光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述透镜腔体CL内气体压强减小时，所述透镜腔体CL内气体折射率变小，光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

(三)有益效果

①根据本公开的实施例，本公开提供的这种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现了激光器波前的调整，从而实现了激光器光谱的在线调整和主动控制，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

②根据本公开的实施例，本公开提供的这种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现对激光器的腔内的波前的精密调整，改变了激光器波前，该方法没有机械元件的运动，能够对激光器光束波前的进行精密调整，从而实现激光器光谱的在线调整，保证激光器光谱的稳定性和可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是依照本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的结构示意图；

图2是依照图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL的结构示意图；

图3是依照图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生平面波前的示意图；

图4是依照图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生发散波前的示意图；

图5是依照图1所示的波前可调的光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生会聚波前的示意图；

图6是根据本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽调整方法的流程图；

图7是根据本公开实施例的具有图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的激光器的结构示意图。

【附图标记】：

1：放电腔

2：输出腔镜

3：检测模块

4：光谱线宽压窄装置

5：控制模块

6：第一气体阀门

7：第二气体阀门

10：密封腔体

11：第一扩束棱镜

12：第二扩束棱镜

13：第三扩束棱镜

14：第四扩束棱镜

CL：透镜腔体

15：中阶梯光栅

16：第一进气口

17：第一出气口

18：第三进气口

19：第三出气口

20：腔体外壁

21：第二进气口

22：第二出气口

23：第一透镜

24：第二透镜

25：第一密封圈

26：第二密封圈

n1、n2、n3、n4：气体折射率

具体实施方式

根据本公开的实施例，系提出一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置、波前可调的光谱线宽调整方法及具有波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的激光器，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现了激光器波前的调整，从而实现了激光器光谱的在线调整和主动控制，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。说明书与权利要求书中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰权利要求项的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。

图1是依照本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的结构示意图。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他类似环境或场景。

如图1所示，根据本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置包括：沿入射光束传输方向依次设置的扩束单元、透镜腔体CL和中阶梯光栅15，以及具有第一进气口16和第一出气口17的密封腔体10。其中，所述扩束单元、所述透镜腔体CL和所述中阶梯光栅15被密封于所述密封腔体10中，所述透镜腔体CL和所述密封腔体10内均充有气体，通过调整所述透镜腔体CL内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

在本公开实施例中，为了保护波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中的光学元件，避免氧气和水汽对入射光束的吸收，从第一进气口16充入所述密封腔体10内的是第一气体，所述第一气体一般是氮气，要求充入氮气的流量固定，压力恒定，避免密封腔体10内气体折射率的改变。入射光束透过所述密封腔体10进入本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置后，首先经过所述扩束单元进行扩束，实现对入射光束发散角的压缩。经过扩束后的激光光束经过波前可调的所述透镜腔体CL，照射在所述中阶梯光栅15上。所述透镜腔体CL内充入混合比例相同或不同的第一气体和第二气体，所述第二气体一般是氦气，所述第一气体的折射率大于第二气体的折射率。即在所述透镜腔体CL内充入混合比例相同或不同的氮气和氦气，氮气的折射率大于氦气的折射率，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现了激光器波前的调整。所述中阶梯光栅15是一种大色散系数的光学元件，能够将不同波长的光沿着角度方向展开，如式(1)所示，其中λ为激光器的中心波长，θ为光束照在中阶梯光栅的发散角，为了实现大的角色散，θ一般大于75°。

当入射到中阶梯光栅15的光束角度分布为f(θ)时，从中阶梯光栅出射的光谱沿着角度的分布为

在本公开实施例中通过改变入射到所述中阶梯光栅15光束的波前，实现入射到光栅的光束的发散角的改变，从而对激光器光谱线宽进行在线调整，从而实现激光器长期稳定光谱线宽输出。

在本公开实施例中，所述扩束单元由多个扩束棱镜、多个扩束透镜或多个扩束反射镜构成，用于对入射光束进行扩束，实现对入射光束发散角的压缩。如图1所示，所述扩束单元是由第一扩束棱镜11、第二扩束棱12、第三扩束棱镜13和第四扩束棱镜14共四块扩束棱镜构成，在实际应用中扩束棱镜的具体数量也可以不限于四块。所述扩束单元的作用是对激光光束进行扩束，扩束的倍数一般在25～50倍，通过扩束实现对激光器发散角的压缩。所述扩束单元也可以采用扩束透镜或扩束反射镜，所述扩束棱镜、扩束透镜或扩束反射镜是采用熔石英或氟化钙制作而成。

在本公开实施例中，如图2所示，所述透镜腔体CL包括：腔体外壁20；密封于所述腔体外壁20内相对设置的第一透镜23和第二透镜24；以及将所述透镜腔体CL内部连通于所述密封腔体10外部的第二进气口21和第二出气口22。所述透镜腔体CL内充入混合比例相同或不同的氦气和氮气，或者充入压强不同的其他气体。

所述第一透镜23和所述第二透镜24均为弯月结构，二者的曲率半径大小相等或基本相等，所述第一透镜23和所述第二透镜24的安装方向相反，使得所述透镜腔体CL整体的光焦度基本为零。所述第一透镜23和所述第二透镜24均为凸凹透镜或凹凸透镜，采用熔石英或氟化钙制作而成。在实际应用中，所述第一透镜23和所述第二透镜24可选择采用柱面镜，也可以选择采用球面镜或其他非球面镜，只要保证整体光焦度基本为零即可，对应的透镜腔体CL可以是柱面镜腔体、球面镜腔体或其他非球面镜腔体。

在本公开实施例中，如图2和图7所述，所述透镜腔体CL还包括第一密封圈25和第二密封圈26，第一密封圈25用于密封所述第一透镜23，第二密封圈26用于密封所述第二透镜24；其中，所述第二进气口21和所述第二出气口22位于所述第一密封圈25和所述第二密封圈26构成的密封区域内。所述第二进气口21通过一第一气体阀门6控制通入所述透镜腔体CL内的气体，所述第一气体阀门6连接第二气体的供气管；所述第二出气口22通过一第二气体阀门7控制通入所述透镜腔体CL内的气体，所述第二气体阀门7连接第一气体的供气管。

在本公开实施例中，如图1、图2和图7所示，所述透镜腔体CL的第二进气口21连通于所述密封腔体的第三进气口18，所述透镜腔体CL的第二出气口22连通于所述密封腔体的第三出气口19，并且，第二进气口21和第二出气口22分别通过第一气体阀门6和第二气体阀门7控制通入所述透镜腔体CL内的气体。第一气体阀门6和第二气体阀门7分别连接氦气和氮气的供气管。当不需要光束波前改变时，可以向所述透镜腔体CL内充入预设混合比例的氦气和氮气，假设预设比例的氦气和氮气混合气体的折射率为n2，则n2介于氦气和氮气的折射率之间。由于所述透镜腔体CL置于波前可调的光谱线宽压窄装置4内，所述透镜腔体CL外部的气体为氮气，假设氮气的折射率为n1，因为氦气的折射率小于氮气，氮气和氦气的混合气体的折射率比相同条件的氮气折射率小，所以此时所述透镜腔体CL内折射率n2小于n1。为了保证光束经过第一透镜23和第二透镜24的波前不发生改变，第一透镜23和第二透镜24需要有一个极小的正的光焦度。此时第一透镜23的前表面的曲率半径略小于后表面的曲率半径(例如前表面曲率半径为100mm，后表面曲率半径为100.001mm)，第二透镜24曲率半径与第一透镜23曲率半径基本一致，只是安装方向相反。

如图3所示，图3是依照图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生平面波前的示意图。因为第二透镜24曲率半径与第一透镜23曲率半径基本一致，但安装方向相反，因此光束从所述透镜腔体CL外折射率为n1的氮气环境经过第一透镜23折射后进入所述透镜腔体CL内折射率为n2的氦气和氮气混合气体时，光束波前没有改变，只是口径略有减小；光束继续传播，当从所述透镜腔体CL内折射率为n2的氦气和氮气混合气体透过第二透镜24并折射到所述透镜腔体CL外折射率为n1的氮气环境，光束波前仍然没有改变，而口径又恢复到原来的光束口径；这样的光束照射到中阶梯光栅15上，经过中阶梯光栅15色散后，只有极小一部分光谱成分的光能够在激光腔内振荡放大，实现了窄线宽的光谱输出。

当需要改变激光器的光谱线宽时，可以通过第一气体阀门6和第二气体阀门7控制充入到所述透镜腔体CL内的气体成分，如果充入氦气与氮气的比例大于预设的氦气与氮气的比例，此时所述透镜腔体CL内的折射率n3就会小于预设氦气和氮气混合气体的折射率n2。如图4所示，图4是依照图1所示的波前可调的光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生发散波前的示意图。由于所述透镜腔体CL内的折射率变小，所以经过第一透镜23和第二透镜24折射后的光就会发散，光束的发散角就会变大，经过中阶梯光栅15色散后，激光器的光谱就会变化，实现了对激光器光谱线宽的调整。

同样，调整第一气体阀门6和第二气体阀门7，使充入所述透镜腔体CL的氦气与氮气的比例小于预设的氦气与氮气的比例，所述透镜腔体CL内的折射率n4就会大于n2。如图5所示，图5是依照图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置中透镜腔体CL产生会聚波前的示意图。由于所述透镜腔体CL内的折射率变大，所以经过第一透镜23和第二透镜24折射的光就会会聚，光束的发散角就会变小，经过中阶梯光栅15色散后，激光器的光谱线宽就会变化，实现了对激光器光谱线宽的调整。

因此，当需要调整激光器光谱线宽时，只需要控制通过第一气体阀门6和第二气体阀门7氮气和氦气的比例就可以实现光谱线宽压窄装置中光束波前的改变，从而改变入射到中阶梯光栅15上光束的发散角，实现了激光器光谱线宽的改变，使激光器光谱线宽稳定输出。

上述本公开实施例描述的激光器光谱线宽压窄装置，是通过改变所述透镜腔体CL内的气体成分实现了光束波前的改变，本质上是改变了所述透镜腔体CL内气体的折射率，因此也可以通过改变所述透镜腔体CL内气体的压强，当所述透镜腔体CL内气体压强较大时，气体折射率变大，光束变为会聚波前；当所述透镜腔体CL内气体压强较小时，气体折射率变小，光束变为发散波前，实现激光器光谱线宽的调整，进而实现了激光器光谱的在线调整和主动控制，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

同时，为了提高激光器光谱反馈的有效性和及时性，还可以离线建立气体不同成分或压强对激光器光谱线宽的灵敏度，在激光器正常工作时，只需要知道激光器光谱的调整量，就可以直接调整气体的成分或压强，从而实现激光器光谱线宽的改变，达到激光器光谱线宽的稳定输出。

上述本公开实施例描述的透镜腔体CL中的第一透镜23和第二透镜24，光焦度都很小，实际上该方法只需要透镜腔体CL整体的光焦度基本为零即可，其第一透镜23和第二透镜24都可以有一定的光焦度，而且第一透镜23和第二透镜24不限于是两片透镜，此时，通过改变透镜腔体CL内的气体成分和折射率同样可以实现光束波前的改变，实现激光器光谱线宽的调整。

基于上述图1至图5示意性示出的根据本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，图6示意性示出了根据本公开实施例的波前可调的光谱线宽调整方法的流程图。

如图6所示，根据本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽调整方法的流程图，具体包括以下步骤：

步骤1：入射光束透过密封腔体照射到扩束单元上，被扩束单元进行扩束，实现对入射光束发散角的压缩；

步骤2：经扩束后的光束照射到透镜腔体CL，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现对激光器光谱线宽的调整；以及

步骤3：经光谱线宽调整后的光束照射到中阶梯光栅上，经过中阶梯光栅色散后输出。

在本公开实施例中，步骤2中所述通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现对激光器光谱线宽的调整，包括：

所述密封腔体内充入第一气体，所述透镜腔体内充入预设比例的第二气体与第一气体的混合气体，其中第一气体为氮气，第二气体为氦气，氮气的折射率大于氦气的折射率；调整充入的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例大于预设的第二气体与第一气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变小，则光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述密封腔体内充入第一气体，所述透镜腔体内充入预设比例的第二气体与第一气体的混合气体，其中第一气体为氮气，第二气体为氦气，氮气的折射率大于氦气的折射率；调整充入的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例小于预设的第二气体与第一气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变大，则光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述透镜腔体CL内气体压强增大时，所述透镜腔体CL内气体折射率变大，光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述透镜腔体CL内气体压强减小时，所述透镜腔体CL内气体折射率变小，光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

本公开提供的这种波前可调的光谱线宽调整方法，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现了激光器波前的调整，从而实现了激光器光谱的在线调整和主动控制，使激光器的输出光谱线宽稳定可靠。

基于上述图1至图5示意性示出的根据本公开实施例的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，图7示意性示出了根据本公开实施例的具有图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的激光器的结构示意图。

如图7所示，根据本公开实施例的具有图1所示的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置的激光器，包括：放电腔1、输出腔镜2、检测模块3和所述的光谱线宽压窄装置4，其中：所述放电腔1用于产生紫外或深紫外激光光束；所述输出腔镜2与所述光谱线宽压窄装置4位于所述放电腔1两侧，用于构成激光器谐振腔，对所述放电腔1产生的光束的频谱进行选择并放大，产生激光；所述检测模块3用于在线实时测量激光器的光谱线宽参数，根据光谱线宽参数的测量结果实时调整光谱线宽压窄装置4中透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现对激光器光谱线宽的调整。

在本公开实施例中，放电腔1内含有惰性气体和卤素气体的混合气，在高压电源的作用下，产生紫外或深紫外激光，其自然谱线宽度在几百皮米。通过检测模块3实时测量激光器的光谱线宽，当需要调整激光器的光谱线宽时，只需要通过控制模块5控制通过第一气体阀门6和第二气体阀门7氮气和氦气的量就可以实现光谱线宽压窄装置中光束波前的改变，从而改变入射到中阶梯光栅15上光束的发散角，实现了激光器光谱线宽的改变，使激光器光谱线宽稳定输出。

本公开提供的这种具有波前可调的光谱线宽压窄装置的激光器，通过改变透镜腔体CL内气体的成分或压强，实现对激光器的腔内的波前的精密调整，改变了激光器波前，该方法没有机械元件的运动，能够对激光器光束波前的进行精密调整，从而实现激光器光谱的在线调整，保证激光器光谱的稳定性和可靠性。

在本公开实施例中，所述第一气体采用氮气，所述第二气体采用氦气，仅仅是本公开的一个例子，当然也可以采用折射率不同的其他气体，例如氩、氪、氙、氡等。在本公开实施例中，将氮气设为第一气体，氦气为第二气体，氦气的折射率小于氮气，即只要满足第二气体的折射率小于第一气体的折射率，对于激光器光谱线宽压窄装置中的光束波前调整的原理均相同，在此不再赘述。

至此，已经结合附图对本公开进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

当然，根据实际需要，本公开还可以包含其他的部分，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。

虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

其他实施例，例如元件的已知构件有不同的设置与排列等，亦可能可以应用，系视应用时的实际需求与条件而可作适当的调整或变化。因此，说明书与图式中所示的结构仅作说明的用，并非用以限制本发明欲保护的范围。另外，相关技艺者当知，实施例中构成部件的形状和位置亦并不限于图标所绘的态样，亦是根据实际应用时的需求和/或制造步骤在不悖离本发明的精神的情况下而可作相应调整。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，该装置包括：

沿入射光束传输方向依次设置的扩束单元、透镜腔体(CL)和中阶梯光栅(15)；以及

具有第一进气口(16)和第一出气口(17)的密封腔体(10)；

其中，所述扩束单元、所述透镜腔体(CL)和所述中阶梯光栅(15)被密封于所述密封腔体(10)中，所述透镜腔体(CL)和所述密封腔体(10)内均充有气体，通过调整所述透镜腔体(CL)内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

2.根据权利要求1所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述透镜腔体(CL)包括：

腔体外壁(20)；

密封于所述腔体外壁(20)内相对设置的第一透镜(23)和第二透镜(24)；以及

将所述透镜腔体(CL)内部连通于所述密封腔体(10)外部的第二进气口(21)和第二出气口(22)。

3.根据权利要求2所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述第一透镜(23)和所述第二透镜(24)均为弯月结构，曲率半径大小相等或基本相等，所述第一透镜(23)和所述第二透镜(24)的安装方向相反，使得所述透镜腔体(CL)整体的光焦度基本为零。

4.根据权利要求3所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述第一透镜(23)和所述第二透镜(24)均为凸凹透镜或凹凸透镜。

5.根据权利要求4所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述第一透镜(23)和所述第二透镜(24)均为柱面镜、球面镜或非球面镜。

6.根据权利要求5所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述第一透镜(23)和所述第二透镜(24)均采用熔石英或氟化钙制作而成。

7.根据权利要求2所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述透镜腔体(CL)还包括：

第一密封圈(25)，用于密封所述第一透镜(23)；

第二密封圈(26)，用于密封所述第二透镜(24)；

其中，所述第二进气口(21)和所述第二出气口(22)位于所述第一密封圈(25)和所述第二密封圈(26)构成的密封区域内。

8.根据权利要求7所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，

所述第二进气口(21)通过一第一气体阀门(6)控制通入所述透镜腔体(CL)内的气体，所述第一气体阀门(6)连接第二气体的供气管；

所述第二出气口(22)通过一第二气体阀门(7)控制通入所述透镜腔体(CL)内的气体，所述第二气体阀门(7)连接第一气体的供气管。

9.根据权利要求1所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述透镜腔体(CL)内充入混合比例相同或不同的第一气体和第二气体，所述密封腔体(10)内充入第一气体；所述第一气体的折射率大于第二气体的折射率。

10.根据权利要求9所述的波前可调的激光器光谱线宽压窄装置，其特征在于，所述通过调整所述透镜腔体(CL)内气体的成分或压强，调整光束的波前，实现对激光器光谱线宽的调整，包括：

调整充入所述透镜腔体(CL)内的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例大于预设的第二气体与第一气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变小，则光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

调整充入所述透镜腔体(CL)内的第二气体与第一气体的比例，当所充入的第二气体与第一气体的比例小于预设的第二气体与第一气体的比例时，所述透镜腔体内气体折射率变大，则光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者

所述透镜腔体(CL)内气体压强增大时，所述透镜腔体(CL)内气体折射率变大，光束变为会聚波前，实现对激光器光谱线宽的调整；或者所述透镜腔体(CL)内气体压强减小时，所述透镜腔体(CL)内气体折射率变小，光束变为发散波前，实现对激光器光谱线宽的调整。

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