CN114964481A - 应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法，其中该测量装置包括壳体结构、光处理结构和测量结构。壳体结构用于提供密封空间；光处理结构设置于壳体结构的底部、并位于密封空间中，用于使得入射的激光光束形成第一分光束和第二分光束；测量结构对应第一分光束和第二分光束设置，用于测量第一分光束和第二分光束，以获取所述激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映激光光束的偏振性。通过本公开实施例的上述测量装置，可以在测量过程中保持气体折射率、光处理材质等影响因素的稳定，同时可以避免光处理结构的反射、透射和吸收等因素的影响，避免在测量过程中引入过多的误差，提高激光光束的偏振性测量精度，提升测量效率，省时省力。

Description

应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法

技术领域

本公开涉及激光偏振测量技术领域，尤其涉及一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法。

背景技术

准分子激光器(193nm)是光刻设备中的重要装置，而且浸没式光刻技术也相当成熟。但是，浸没式光刻会使投影物镜的数值孔径(Numerical Aperture，简称NA)大大提高，且在光刻设备中的物镜NA＞0.8时，激光光束的偏振性是成像质量好坏的关键因素。其中，p偏振光会影响光学成像对比度，决定了光刻系统的效率。因此，能够精确的测试准分子激光器的偏振性尤为重要，借此才可以根据掩模的图样，采用相应的偏振光源，使光刻系统进一步完善。

现有的光刻机准分子激光器中使用的镜片常为准分子级氟化钙镜片，由于平面光波的横波特性，可以分解为垂直于入射面振动的光分量(S光)和平行于入射面振动的光分量(P光)，当光由空气入射至氟化钙材料时，根据氟化钙材料在193nm的折射率为1.5015，基于菲尼尔公式，可知其对应的布儒斯特角为56.3°。传统的准分子激光测试装置，在测量激光偏振性时，往往直接将氟化钙基片角度摆成56.3°，但是实际的布儒斯特角受到空气折射率、氟化钙材质等影响并不是一成不变的，而且氟化钙基片前后表面的反射、透射、吸收等，会给测试引入较多的误差，造成测试精度偏低，费时费力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中实际布儒斯特角所受到的受到空气折射率、氟化钙材质等影响是变化不定的，且氟化钙基片前后表面的反射、透射、吸收等，会给测试引入较多的误差的技术问题，本公开提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法。

(二)技术方案

本公开的一个方面提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置，其中包括壳体结构、光处理结构和测量结构。壳体结构用于提供密封空间；光处理结构设置于壳体结构的底部、并位于密封空间中，用于使得入射的激光光束形成第一分光束和第二分光束；测量结构对应第一分光束和第二分光束设置，用于测量第一分光束和第二分光束，以获取所述激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映激光光束的偏振性。

根据本公开的实施例，光处理结构包括光基片和平台。光基片对应设置于激光光束的入射路径上，用于使得入射的激光光束形成第一分光束和第二分光束；平台活动设置于光基片的下方、位于壳体结构的底部，用于固定光基片。

根据本公开的实施例，光基片的迎光面的法线与激光光束的入射路径之间的夹角小于90°。

根据本公开的实施例，平台为平移式旋转台，平台的旋转精度值小于等于0.1°。

根据本公开的实施例，平台的旋转轴心与光基片的旋转轴心相互重合。

根据本公开的实施例，光处理结构还包括固定件。固定件设置于平台上，用于将光基片固定于平台上，实现激光光束朝向光基片的迎光面入射。

根据本公开的实施例，测量结构包括第一能量计和第二能量计。第一能量计对应设置于第一分光束的入射路径上，用于测量第一分光束的能量值；第二能量计，对应设置于第二分光束的入射路径上，用于测量第二分光束的能量值。

根据本公开的实施例，壳体结构包括第一气孔和第二气孔。第一气孔，穿设于壳体结构的一侧壁上，用于引入气体使得密封空间更加稳定；第二气孔，穿设于壳体结构的另一侧壁上，用于将密封空间的气体实时引出，以形成流动气体环境的密封空间。

根据本公开的实施例，壳体结构还包括主体和密封盖，主体设置光处理结构和测量结构，形成壳体空间；密封盖设置于主体的开口上，将壳体空间密封。

根据本公开的实施例，壳体结构还包括密封圈，密封圈沿主体的开口边缘匹配设置，用于加强密封盖与主体之间的密封效果。

本公开的另一方面提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量系统，其中包括上述的测量装置、激光光源和电子设备。上述的测量装置用于测量激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映其偏振性；激光光源对应测量装置的光基片的迎光面设置，用于形成激光光束；电子设备与激光光源和测量装置通讯连接，用于控制激光光源和测量装置的运行，并接收其反馈数据以获取激光光束的偏振性数据。

本公开的另一方面提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量方法，通过上述的测量系统实现，其中包括：获取第一布儒斯特角；基于第一布儒斯特角，获取激光光束的能量数据；根据能量数据获取激光光束的能量损耗数据；通过能量损耗数据和能量数据，获取激光光束的偏振度，偏振度用于反映激光光束的偏振性。

根据本公开的实施例，获取第一布儒斯特角，包括：控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第一能量数据；控制第一能量计检测经过光基片的激光光束的第一分光束的第二能量数据；根据第一能量数据和第二能量数据确定获取第一布儒斯特角。

根据本公开的实施例，基于第一布儒斯特角，获取激光光束的能量数据包括：控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第三能量数据；控制第一能量计测量经过光基片的激光光束的第一分光束的第四能量数据；以及控制测量系统的第二能量计测量经过光基片的激光光束的第二分光束的第五能量数据；其中，光基片的迎光面的法线与激光光束的入射路径之间的夹角为第一布儒斯特角。

根据本公开的实施例，根据能量数据获取激光光束的能量损耗数据，包括：根据第三能量数据、第四能量数据和第五能量数据，确定能量损耗数据。

根据本公开的实施例，通过能量损耗数据和能量数据，获取激光光束的偏振度包括：根据能量损耗数据获取光基片的光处理数据；通过光处理数据和能量数据获取偏振度；其中，光处理数据包括激光光束通过光基片的反射数据和透射数据。

(三)有益效果

本公开提供了一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置、系统及方法，其中该测量装置包括壳体结构、光处理结构和测量结构。壳体结构用于提供密封空间；光处理结构设置于壳体结构的底部、并位于密封空间中，用于使得入射的激光光束形成第一分光束和第二分光束；测量结构对应第一分光束和第二分光束设置，用于测量第一分光束和第二分光束的能量，以获取所述激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映激光光束的偏振性。通过本公开实施例的上述测量装置，可以在测量过程中保持气体折射率、光处理材质等影响因素的稳定，同时可以避免光处理结构的反射、透射和吸收等因素的影响，避免在测量过程中引入过多的误差，提高激光光束的偏振性测量精度，提升测量效率，省时省力。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的应用于激光光束的偏振性测量的测量装置的内部俯视结构图(去掉密封盖)；

图2示意性示出了根据本公开实施例的应用于激光光束的偏振性测量的测量系统的结构组成图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的应用于激光光束的偏振性测量的测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

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，上述对各元件和方法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。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

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。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一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元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把他们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把他们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的代替特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

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。

为解决现有技术中准分子激光测试装置在利用测量基片(一般是氟化钙基片)根据理论布儒斯特角测量激光偏振性时，实际布儒斯特角因受到空气折射率、氟化钙材质等影响是变化不定的，且氟化钙基片前后表面的反射、透射、吸收等，会给测试引入较多的误差的技术问题，本公开提供了一种应用于激光光束的偏振性测量的测量装置、系统及方法。

如图1所示，本公开的一个方面提供了一种应用于激光光束的偏振性测量的测量装置100，其中包括壳体结构130、光处理结构110和测量结构120。壳体结构130用于提供密封空间103；光处理结构110设置于壳体结构130的底部、并位于密封空间103中，用于使得入射的激光光束L形成第一分光束L1和第二分光束L2；测量结构120对应第一分光束L1和第二分光束L2设置，用于测量第一分光束L1和第二分光束L2的能量，以获取所述激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映激光光束的偏振性。

壳体结构130围绕形成密封空间103，密封空间103为本公开实施例的测量装置100提供一个稳定的测量环境，可以在测量过程中防止气体折射率、光处理材质等影响的变化造成测量数据的误差增大。

光处理结构110处于该密封空间103中，对入射的激光光束L进行处理，使得该激光光束L可以形成第一分光束L1和第二分光束L2，其中第一分光束L1可以直接通过该光处理结构110沿入射路径继续传输，而第二分光束L2则以与激光光束L的入射角α角度相同的反射角出射。

测量结构120对应第一分光束L1和第二分光束L2设置在密封空间103中，与光处理结构110设置在同一水平面上，该水平面可以是壳体结构130的底板的表面。相应地，测量结构接收第一分光束L1和第二分光束L2的位置应当处于入射激光光束L所处的平面上，以保证入射激光光束L的对应第一分光束L1和第二分光束L2不会产生偏差，影响测量结果的准确性。测量结构120可以对第一分光束L1和第二分光束L2的能量等光特性数据进行测量，具体地，可以通过所测得的能量数据确定光处理结构110中所出现的相应激光光束L的能量损耗数据，进而避免能量损耗数据所造成的偏振度的测量误差，提高偏振度的测量精度，该偏振度用于反映激光光束的偏振性。

因此，本公开实施例的测量装置，可以在测量过程中保持气体折射率、光处理材质等影响因素的稳定，同时可以确定在测量过程中激光光束通过光处理结构的能量损耗数据，在排除该能量损耗数据后，可以避免光处理结构的反射、透射和吸收等因素的影响，避免在测量过程中引入过多的误差，进一步提高激光光束的偏振性测量精度，提升测量效率，省时省力。

如图1所示，根据本公开的实施例，光处理结构110包括光基片111和平台112。光基片111对应设置于激光光束L的入射路径上，用于使得入射的激光光束L形成第一分光束L1和第二分光束L2；平台112活动设置于光基片111的下方、位于壳体结构130的底部，用于固定光基片111。

光基片111作为光处理结构110的主要光处理部件，可以是氟化钙基片等同时具有反射和透射特性的光学元件。如图1所示，入射激光光束L照射至光基片111的迎光面上时，光基片111的迎光面对该激光光束L进行反射，形成第二分光束L2，其中相对于该光基片111的迎光面，该第二分光束L2的反射角与该激光光束L的入射角α相同。该反射角为第二分光束L2与该光基片111的迎光面的法线f之间的夹角，该入射角α为光基片111的迎光面的法线f与激光光束L的入射路径之间的夹角；同时，由于该光基片111具有良好的通透性，该激光光束L进入该光基片111的内部，并自该光基片111的背光面出射，形成第一分光束L1。

需要说明的是，该光基片111同时能够起到对该激光光束L进入光基片111内部的部分光束进行折射的作用，即在激光光束L照射至光基片111的迎光面的界面上时产生第一次折射，部分光束进入光基片111内部，当该部分光束照射至光基片111的背光面的界面上时产生第二次折射，光束自光基片111内部出射形成第一分光束L1。因此，第一分光束L1可以理解为上述激光光束L通过光基片111的透射光束。

平台112可以为一具有平坦化设置表面的可移动结构，可沿该壳体结构130的底板表面进行平移滑动，其中所谓平移滑动可以为平台112的下方与该壳体结构130的底板之间具有滑轨-滑凸的配合结构，该滑凸可以在该滑轨中进行可控的滑动，在此不作赘述。其中，该平台112的平坦化设置表面上可以固定上述光基片111，该光基片111侧向垂直固定在该平坦化表面上，使得当平台112移动时，光基片111同时跟随其完成相应移动。该光基片111的迎光面和背光面均垂直于该平台112的平坦化表面。

因此，基于上述结构，可以实现对激光光束L的反射和透射处理，同时保证光基片111的活动性。

如图1所示，根据本公开的实施例，光基片111的迎光面的法线f与激光光束L的入射路径之间的夹角α小于90°。

对于激光光束L的偏振性测量，通常需要满足该入射的夹角α为布儒斯特角。例如，对于准分子激光器所发出的193nm的激光光束，对应于氟化钙基片的布儒斯特角理论值为56.3°，而对于248nm的激光光束，对应于氟化钙基片的布儒斯特角理论值为55.74°。因此，可以进一步保证激光光束L在入射至光基片111时，可以同时产生第一分光束L1和第二分光束L2，并且尽可能减小激光光束L的能量损耗。

如图1所示，根据本公开的实施例，平台112为平移式旋转台，平台的旋转精度值小于等于0.1°。

根据本公开的实施例，平台的旋转轴心与光基片的旋转轴心相互重合。

如图1所示，平台112的主体为圆台结构，以穿过该圆台结构的设置表面的圆心的中心线作为旋转轴心线，该圆台结构可以实现可控制的旋转动作，以同时带动固定于平台112上的光基片111进行转动。因此，该平台112可以在平移滑动的情况下，同时进行旋转动作，以进一步增强该平台112的运动自由度。相应地，实际上为确保激光光束L与测量结构120的接收位置位于同一平面内，该平台112还可以进行上下的垂直移动，平台112与底板之间的滑动连接件可以为一可控的伸缩柱，以实现平台112在上下方向上的垂直移动。

其中，为保证测量数据的精度值更高，可旋转的平台112以其旋转轴心线为轴进行旋转时，其可控的最低旋转精度最大可以是0.1°，即旋转精度值小于等于0.1°。该旋转精度可以理解为平台112的旋转单位，每次旋转的角度以该旋转单位的整数倍进行定义，同时控制平台112旋转以达到相应的旋转角度，同时使得该光基片111的旋转同样角度。需要特别说明的是，光基片111进行旋转的旋转轴心线和该平台112的旋转轴心线重合，也即光基片111可以沿该平台112的圆台的直径设置在圆台的中间位置，以此可以保证光基片111随平台112进行平移、旋转等移动时，可以与平台112的移动位置、移动距离和旋转角度尽可能保持一致，以进一步减少因结构设置偏差所带来的数据误差。

根据本公开的实施例，光处理结构110还包括固定件。固定件设置于平台112上，用于将光基片111固定于平台112上，实现激光光束L朝向光基片111的迎光面入射。该固定件可以固定于该平台112的设置表面上，其可以具有夹设、螺旋固定等结构形式，也可以是套设结构，具体不作赘述。以螺旋固定结构为例，该光基片111的背光面可以直接贴合在该固定件上，其中该固定件的中间位置可以为开放式的开孔或开口，以确保自光基片111的内部出射的第一分光束L1能够不被遮挡。为保证光基片111的设置稳定性和迎光面的法线f与激光光束L之间的夹角α不会出现偏差，可以采用通过至少两个螺栓将该光基片111与固定件穿设在一起并旋紧固定。借此，在激光光束L入射进入壳体结构130后，沿入射路径直接以入射角α入射至光基片111的迎光面上，不易于出现入射偏差，从而影响测量结果。

如图1所示，根据本公开的实施例，测量结构120包括第一能量计121和第二能量计122。第一能量计121对应设置于第一分光束L1的入射路径上，用于测量第一分光束L1的能量值；第二能量计122，对应设置于第二分光束L2的入射路径上，用于测量第二分光束L2的能量值。

如图1所示，测量结构120包括至少两个能量计，每个能量计可以均为激光能量计，主要用于测量激光光束L对应的第一分光束L1或第二分光束L2的能量值。其中，第一能量计121对应于第一分光束L1的入射路径设置，以使得第一分光束L1直接入射至第一能量计121的光接收位置，借此，第一能量计121可以准确测量得到该第一分光束L1的能量值；同样，第二能量计122对应于第二分光束L2的入射路径设置，以使得第二分光束L2直接入射至第二能量计122的光接收位置，借此，第二能量计122可以准确测量得到该第二分光束L2的能量值。通过该第一能量计121和第二能量计122分别所测得的第一分光束L1和第二分光束L2的能量值，以用于确定该激光光束L的总的能量损耗数据。

需要说明的是，由于光基片具有一定厚度，与激光光束L的入射路径相比具有一定的摆放夹角，且折射率与密封空间103中的环境折射率不同，因此在激光光束L的形成第一分光束L1的过程中，存在一定的折射效果，使得第一分光束L1与入射激光光束L不会严格共线，存在距离偏差Δx，具体如图1所示，但由于光基片厚度很小，该距离偏差Δx实际上非常小，并不影响第一能量计121对第一分光束L1的检测准确性。因此，第一能量计121对应于第一分光束L1的入射路径设置，也可以理解为对应于入射激光光束L的入射路径设置。

如图1和图2所示，根据本公开的实施例，壳体结构130包括第一气孔101和第二气孔102。第一气孔101穿设于壳体结构130的一侧壁上，用于引入气体；第二气孔102穿设于壳体结构130的另一侧壁上，用于将密封空间103的气体实时引出，以形成流动气体环境的密封空间。

考虑空气中各种杂质对测试结果的影响，如图1所示，本公开实施例的壳体结构形成一密封的测试盒，该测试盒的一侧壁上设有第一气孔101，以通入高纯氮气等稳定性极好的环境气体，并从对应的另一侧壁上的第二气孔102同时排出气体，当整个密封空间被密封完全之后，密封空间103会形成一个流动高纯氮气等环境气体的高稳定性测量环境。因此，可以在测量过程中保持气体折射率、光处理材质等影响因素的稳定。

具体地，当193nm激光由空气入射至氟化钙材料时的理论折射率为1.5015，但由于空气成分会产生变化并不稳定等，会造成该理论折射率发生变化，然而，在替代空气冲入流动性高纯气体(如氮气)后，折射率会较稳定，例如流动性高纯氮气的折射率变稳定于1.00034。需要说明的是，折射率均为标准状态(测试温度273.15K，测试压强101325Pa)下进行的测试。

可见，密封空间103中的测量环境的气体折射率更加稳定，且折射率可以稳定于1.00034，从而保证了本公开实施例的测量装置测量精度。

此外，由于激光光束L在通过光基片111时，会发生能量损耗，从而产生热量，因此，本公开实施例的流动性环境气体的设计，意外发现还可以将密封空间103中的热量带出，以对测量装置进行降温。毕竟，无论是基于技术角度亦或是成本付出角度，流动性环境气体的设计均非是本领域技术人员所能轻易获得的常规设计。

如图1和图2所示，根据本公开的实施例，壳体结构130还包括主体131和密封盖132，主体131设置光处理结构110和测量结构120，形成壳体空间；密封盖132设置于主体131的开口上，将壳体空间密封，以形成密封空间103。

根据本公开的实施例，壳体结构还包括密封圈，密封圈沿主体的开口边缘匹配设置，用于加强密封盖与主体之间的密封效果。

主体131为各个侧壁板与底板相互拼合固定形成的具有单侧开口的盒装结构，该主体131的底板与侧壁板之间通过底板上设有的沉头孔进行固定，既保证了密封空间103的密封效果，也方便测试零件的固定安装。

密封盖132为上述主体131的盒装结构的顶部盒盖，沿该主体131的开口边缘，通过密封圈进行密封盖132与主体131之间的密封固定，密封圈132可以为环形的密封橡胶圈，可以使得密封空间103在充入环境气体之后达到一个流动的高纯气体密封环境，以减少外接对测量过程的干扰，保证测量准确度。

如图2所示，本公开的另一方面提供了一种应用于激光光束的偏振性测量的测量系统，其中包括上述的测量装置100、激光光源200和电子设备300。上述的测量装置100用于测量激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映其偏振性；激光光源200对应测量装置100的光基片111的迎光面设置，用于形成激光光束L；电子设备300与激光光源200和测量装置100通讯连接，用于控制激光光源200和测量装置100的运行，并接收其反馈数据以获取激光光束L的偏振性数据。

其中，测量装置100的相关结构可以参考上文描述，此处不作赘述。为确保进入激光光束L进入测量装置100的壳体结构130的密封空间103，同时避免对激光光束L的衰减，该壳体结构130对应该激光光源200的出光口设置有入光出口，该入光出口被具有高通透性的光学元件密封。

激光光源200可以是准分子激光器，用于发出193nm或248nm等类型的激光光束L。其中，本公开实施例的激光光源200还可以是其他类型的激光器，在此不作赘述。

电子设备300可以是具有数据处理和指令反馈等数据处理功能的智能电子设备，如智能手机、台式电脑、笔记本、IPAD以及高性能处理服务器等。该电子设备300一般需要具有可显示模块，用于对所确定的数据进行反馈显示，或便于对测量装置进行控制测量时，能够获得并识别响应相应的输入控制指令。需要说明的是，通讯连接可以是直接的有线连接，亦或是无线连接，可以用于实现电子设备300、激光光源200和测量装置100之间的控制反馈等通讯行为即可。

如图3所示，本公开的另一方面提供了一种应用于激光光束的偏振性测量的测量方法，通过上述的测量系统实现，其中包括步骤S301-S304。

在步骤S301中，获取第一布儒斯特角；

在步骤S302中，基于第一布儒斯特角，获取激光光束的能量数据；

在步骤S303中，根据能量数据获取激光光束的能量损耗数据；

在步骤S304中，通过能量损耗数据和能量数据，获取激光光束的偏振度，偏振度用于反映激光光束的偏振性。

因此，通过本公开实施例的激光光束的偏振性测量方法，可以在测试过程中确定测量系统的光处理结构中光基片的实时布儒斯特角(即第一布儒斯特角)，并计算光基片的能量损耗，对测试结果进行分析，从而提高测量精度。具体地，在排除该能量损耗数据后，可以避免光处理结构的反射、透射和吸收等因素的影响，避免在测量过程中引入过多的误差，进一步提高激光光束的偏振性测量精度，提升测量效率，省时省力。

如图3所示，根据本公开的实施例，在步骤S301获取第一布儒斯特角中，包括：控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第一能量数据；控制第一能量计检测经过光基片的激光光束的第一分光束的第二能量数据；根据第一能量数据和第二能量数据确定获取第一布儒斯特角。

其中，控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第一能量数据包括：

兼顾测量精度和测量效率，选择角精度精确至0.1°旋转平台，测量光路如图1所示，首先移开旋转平台112和氟化钙光基片111，多次测量激光光束此时输出的多个原始能量值(例如每次测量时间为10s，测量3次)，获取该多个原始能量值的平均能量值作为第一能量数据，记作E₀。

控制第一能量计检测经过光基片的激光光束的第一分光束的第二能量数据包括：

如图1所示，将旋转平台112和氟化钙光基片111复位，使得激光光束L直接入射至该光基片111的迎光面上。当该入射激光光束L为193nm类型的光束时，由于193nm准分子激光关于氟化钙的布儒斯特角的理论值为56.3°，电动旋转平台112的初始设定角度α设定为56.3°，通过程序控制，让旋转平台112带动光基片111按旋转角度为0.1°的旋转单位进行旋转，测量的旋转角度范围为±2°，同时用第一能量计121采集相应的测量结果，每次变换一次角度，每次测试时间10s，连续测试三次，求其平均值作为第二能量数据，记作E_OUT。

根据第一能量数据和第二能量数据确定获取第一布儒斯特角，包括：

其中，测量结果E_OUT与E₀进行相比，当

比值最大时，此时对应激光光束L的入射角度α就是布儒斯特角，记作θ₀，即第一布儒斯特角，如图1所示。

因此，通过本公开实施例的激光光束的偏振性测量方法，可以在测试过程中确定测量系统的光处理结构中光基片的实时布儒斯特角。

如图3所示，根据本公开的实施例，在步骤S302基于第一布儒斯特角，获取激光光束的能量数据中包括：控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第三能量数据；控制第一能量计测量经过光基片的激光光束的第一分光束的第四能量数据；以及控制测量系统的第二能量计测量经过光基片的激光光束的第二分光束的第五能量数据；其中，光基片的迎光面的法线f与激光光束的入射路径之间的夹角为第一布儒斯特角，如图1所示。

其中，控制测量系统的第一能量计检测未经过测量系统的光基片的激光光束的第三能量数据，包括：

在获得上述第一布儒斯特角θ₀之后，如图1所示，再次移开旋转平台112和氟化钙光基片111，利用第一能量计121，再次分多次测量激光光束L输出的平均能量作为第三能量数据，分别记作e₁、e₂......e_i，则第三能量数据可以用E_i表示。

其中，该测量过程与上述第一能量数据E₀的测量过程相同，第一能量数据E₀可以理解为第三能量数据e₁、e₂......e_i中的某个。

控制第一能量计测量经过光基片的激光光束的第一分光束的第四能量数据；以及控制测量系统的第二能量计测量经过光基片的激光光束的第二分光束的第五能量数据包括：

如图1所示，再次将旋转平台112和氟化钙光基片111复位，将氟化钙光基片111的入射夹角α的角度调整为上述第一布儒斯特角θ₀，再次多次测量相应时间内的激光光束L输出的平均能量，此时第一能量计121测得的能量为第一分光束L1的能量，即第四能量数据，记作e_后p1、e_后p2、e_后pi，则第四能量数据可以E_后pi表示。

同时，第二能量计122测得的能量为第二分光束L2的能量，即第五能量数据，记作e_后s1、e_后s2、e_后si，则第五能量数据可以采用E_后si表示。

其中，根据第三能量数据E_i、第四能量数据E_后pi和第五能量数据E_后si可以理解为一个数据集合，各个数据集合中的能量值的测量条件相同，能量值的个数相同，一一对应。

如图3所示，根据本公开的实施例，在步骤S303根据能量数据获取激光光束的能量损耗数据中，包括：根据第三能量数据、第四能量数据和第五能量数据，确定能量损耗数据。

在获取上述根据第三能量数据E_i、第四能量数据E_后pi和第五能量数据E_后si之后，根据能量守恒定律，可以定义如公式：

E_i＝E_后si+E_后pi+δ_i (1)

其中，δ_i为对应的能量损耗数据，为一集合，其分别对应于各个能量值。

借此，也可以直接确定该激光光束L的能量损耗数据δ_i。

如图3所示，根据本公开的实施例，在步骤S304通过能量损耗数据和能量数据，获取激光光束的偏振度中，包括：根据能量损耗数据获取光基片的光处理数据；通过光处理数据和能量数据获取偏振度；其中，光处理数据包括激光光束通过光基片的反射数据和透射数据。

根据菲涅尔定律，激光光束通过光基片的反射数据可以包括第一分光束L1和第二分光束L2的各自反射率，以及激光光束通过光基片的透射数据第一分光束L1和第二分光束L2的各自透射率，具体可以参照下述公式：

其中，R′_s、T′_s分别为第二分光束L2在氟化钙光基片111的单面反射率、单面透射率；R′_p、T′_p分别为第一分光束L1在氟化钙光基片111的单面反射率、单面透射率；θ_i和θ_t分别表示该激光光束L在光基片111的入射角和折射角。

其中，需要说明的是，根据折射定律公式：

其中，n₁和n₂分别为密封空间103中的环境气体(如氮气)和光基片111材料(如氟化钙材料)的折射率。

因此，当氟化钙光基片111摆放的角度为上述第一布儒斯特角θ₀时，考虑氟化钙光基片111前后表面都存在反射和透射，且该光基片111的光学元件内存在散射、吸收等能量损耗，根据公式(2)、(3)，则本公开实施例的氟化钙光基片111的总的反射率和总的透射率，计算公式如下：

R_s＝R′_s+∑_i＝0T′_s ²R′_s ^2*i+1(1-δ)^2*(1+i)

T_s＝∑_i＝0T′_s ²R′_s ^2*i+1(1-δ)^2*i+1

R_p＝0

T_p＝T′_p ²(1-δ) (4)

其中，R_s、T_s分别为第二分光束L2通过氟化钙光基片111的迎光面和背光面这前后两个面的总反射率、总透射率；R_p、T_p分别为第一分光束L1通过氟化钙光基片111的迎光面和背光面这前后两个面的总反射率、总透射率；δ表示总损耗，可以理解为上述的能量损耗数据δ_i。

也即通过上述公式(1)所确定的能量损耗数据δ_i可以依据上述公式(2)-(4)确定相应的光处理数据，即上述的R_p、T_p、R_s和T_s。

其中，准分子激光器产生的激光本身就具有较高的偏振性，且基本为P偏振光(即P光)，其所占比例＞97％，因此所产生的激光光束L的P光的能量远远大于S偏振光(即S光)的能量，当光基片的迎光面的法线f与激光光束入射路径之间的夹角为布儒斯特角时，光基片每转动0.1°，P光透过能量的减少量要远大于S光透过能量的增加量。

本领域技术人员应当理解，如图1所示，在入射的激光光束L以布儒斯特角θ₀入射至光基片111上时，实际第二分光束L2在迎光面和背光面的总反射率接近满足：R_p＝0，如公式(4)所示，也即第二分光束L2基本都为S光。同时，本公开实施例的上述第一分光束L1中P光能量最高，但也同时存在一定微量的S光能量。因此，在本公开实施例的上述公式(3)、(4)中，需要考虑P光和S光在光基片111的迎光面和/或背光面的反射率和透射率。可见，在严格意义上而言，本公开实施例中的上述第一分光束L1并非是特指P光，第二分光束L2也并非是特指S光。

对应于入射激光光束L的第三能量数据E_i中，未通过氟化钙光基片111的能量分别采用E_前S和E_前P表示，则满足：

E_i＝E_前s+E_前p (5)

则根据上述公式(5)，可以确定激光光束的偏振度DOP为：

此外，根据能量守恒定律，可满足：

E_后s＝E_前s×R_s+E_前p×R_p

E_后p＝E_前s×T_s+E_前p×T_p (7)

因此，依据上述公式(5)-(7)，可以确定激光光束L的偏振度为：

其中，将上述所确定的光处理数据R_p、T_p、R_s和T_s，以及第四能量数据E_后pi和第五能量数据E_后si代入上述公式(8，)，即可以得到精确数值的激光光束L的偏振度DOP。

因此，本公开实施例的上述测量方法，在排除该能量损耗数据后，可以避免光处理结构的反射、透射和吸收等因素的影响，从而防止在测量过程中引入过多的误差，进一步提高激光光束的偏振性测量精度，提升测量效率，省时省力。同时，该测量方法还可以实现对每个光基片的布儒斯特角的实时测量，从而保证激光光束的入射角度均为布儒斯特角，进一步提高了偏振度测量的精确度。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。

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，所应理解的是，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 (11)

1.一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量装置，其特征在于，包括：

壳体结构，用于提供密封空间；

光处理结构，设置于所述壳体结构的底部、并位于所述密封空间中，用于使得入射的激光光束形成第一分光束和第二分光束；

测量结构，对应所述第一分光束和第二分光束设置，用于测量所述第一分光束和第二分光束，以获取所述激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映所述激光光束的偏振性。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光处理结构包括：

光基片，对应设置于所述激光光束的入射路径上，用于使得入射的所述激光光束形成第一分光束和第二分光束；以及

平台，活动设置于所述光基片的下方、位于壳体结构的底部，用于固定所述光基片。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述平台为平移式旋转台，所述平台的旋转精度值小于等于0.1°。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量结构包括：

第一能量计，对应设置于所述第一分光束的入射路径上，用于测量所述第一分光束的能量值；以及

第二能量计，对应设置于所述第二分光束的入射路径上，用于测量所述第二分光束的能量值。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述壳体结构包括：

第一气孔，穿设于所述壳体结构的一侧壁上，用于引入气体使得所述密封空间更加稳定；

第二气孔，穿设于所述壳体结构的另一侧壁上，用于将所述密封空间的气体实时引出，以形成流动气体环境的密封空间。

6.一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量系统，其特征在于，包括：

权利要求1-5中任一项所述的测量装置，用于测量激光光束的能量损耗数据，所述能量损耗数据用于反映其偏振性；

激光光源，对应所述测量装置的光基片的迎光面设置，用于形成所述激光光束；

电子设备，与所述激光光源和所述测量装置通讯连接，用于控制所述激光光源和所述测量装置的运行，并接收其反馈数据以获取所述激光光束的偏振性数据。

7.一种应用于准分子激光的偏振性测量的测量方法，通过权利要求6所述的测量系统实现，其特征在于，包括：

获取第一布儒斯特角；

基于所述第一布儒斯特角，获取激光光束的能量数据；

根据所述能量数据获取所述激光光束的能量损耗数据；

通过所述能量损耗数据和能量数据，获取所述激光光束的偏振度，所述偏振度用于反映所述激光光束的偏振性。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述获取第一布儒斯特角，包括：

控制所述测量系统的第一能量计检测未经过所述测量系统的光基片的所述激光光束的第一能量数据；

控制所述第一能量计检测经过所述光基片的所述激光光束的第一分光束的第二能量数据；

根据所述第一能量数据和第二能量数据确定获取所述第一布儒斯特角。

9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述基于所述第一布儒斯特角，获取所述激光光束的能量数据，包括：

控制所述测量系统的第一能量计检测未经过所述测量系统的光基片的所述激光光束的第三能量数据；

控制所述第一能量计测量经过所述光基片的所述激光光束的第一分光束的第四能量数据；以及

控制所述测量系统的第二能量计测量经过所述光基片的所述激光光束的第二分光束的第五能量数据；

其中，所述光基片的迎光面的法线与所述激光光束的入射路径之间的夹角为所述第一布儒斯特角。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述能量数据获取所述激光光束的能量损耗数据，包括：

根据所述第三能量数据、第四能量数据和第五能量数据，确定所述能量损耗数据。

11.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述通过所述能量损耗数据和能量数据，获取所述激光光束的偏振度包括：

根据所述能量损耗数据获取所述光基片的光处理数据；

通过所述光处理数据和所述能量数据获取所述偏振度；

其中，所述光处理数据包括所述激光光束通过所述光基片的反射数据和透射数据。

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