CN115769140A - 具有延长的光纤使用寿命的基于空芯光纤的宽带辐射产生器 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于宽带光源装置的光学部件，该光学部件被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带输出，并且该光学部件包括空芯光子晶体光纤(HC‑PCF)；和填充该HC‑PCF的气体混合物，其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于所述宽带辐射的产生，所述至少一种第二气体包括氦气或由氦气组成。

Description

具有延长的光纤使用寿命的基于空芯光纤的宽带辐射产生器

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年7月8日递交的欧洲申请20184730.8和2021年4月13日递交的欧洲申请21167961.8的优先权，这些欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种基于空芯光纤的宽带辐射产生器，并且具体地涉及与集成电路制造中的量测应用有关的此类宽带辐射产生器。

背景技术

光刻设备是构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影至设置于衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。此辐射的波长确定可以形成于衬底上的特征的最小尺寸。当前在使用中的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有处于4nm至20nm的范围内的波长(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成较小特征。

低k₁光刻可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的特征。在此工艺中，可以将分辨率公式表达为CD＝k₁×λ/NA，其中，λ为所使用的辐射的波长，NA为光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD为“临界尺寸”(通常为经印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)并且k₁为经验分辨率因子。一般而言，k₁越小，在衬底上再生类似于由电路设计者规划的形状及尺寸以便实现特定电功能性及性能的图案变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于NA的优化、定制照射方案、使用相移图案形成装置、例如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学及工艺校正”)的设计布局的各种优化，或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。可替代地，用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路可以用于改善在低k₁下的图案的再生。

量测工具用于IC制造工艺的许多方面中，例如作为用于在曝光之前适当定位衬底的对准工具，用于测量衬底的表面形貌的调平工具，例如在工艺控制中检查/测量经曝光的和/或经蚀刻的产品的以焦点控制及散射测量为基础的工具。在每一种情况下，都需要辐射源。出于包括测量稳定性及准确度的各种原因，宽带或白光辐射源逐渐用于此类量测应用。将期望对目前的装置进行改进以用于宽带辐射产生。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种用于宽带光源装置的光学部件，所述光学部件被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带辐射，并且该光学部件包括：空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；以及气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF，其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于所述宽带辐射的产生，所述至少一种第二气体包括氦气或由氦气组成，用于对所述气体混合物进行热调节和/或对所述气体混合物中的声波进行抑制。

在本发明的第二方面中，提供一种宽带光源装置，所述宽带光源装置包括如第一方面所述的光学部件并且还包括用于产生所述泵浦辐射的泵浦辐射源。

在第三方面中，提供一种用于衬底的检查的量测工具，所述量测工具包括如第二方面所述的宽带光源装置。

在本发明的第四方面中，提供一种用于配置用于源装置的光学部件的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出，所述方法包括：选择空芯光子晶体光纤(HC-PCF)和填充所述HC-PCF的气体混合物，所述气体混合物包括第一气体和第二气体，所述第一气体用于产生所述宽带辐射，所述第二气体包括氦气；以及确定存在于所述气体混合物中的氦气的优化摩尔分数，其中，氦气的所述优化摩尔分数基于以下各项中的一项或更多项：提高所述气体混合物的热导率；提高所述气体混合物的热扩散率；或选择期望的热传递机制。

附图说明

现在将参考随附的示意图并仅以示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

-图1描绘光刻设备的示意性概略图；

-图2描绘光刻单元的示意性概略图；

-图3描绘整体光刻的示意性表示，整体光刻的示意性表示表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的合作；

-图4描绘根据本发明的实施例的可以包括辐射源的用作量测装置的散射测量设备的示意性概略图；

-图5描绘根据本发明的实施例的可以包括辐射源的水平传感器设备的示意性概略图；

-图6描绘根据本发明的实施例的可以包括辐射源的对准传感器设备的示意性概略图；

-图7示意性地描绘用于白光产生的两种HC-PCF设计的横向横截面，该HC-PCF设计包括(a)Kagome设计及(b)单环设计；

-图8示出在纯氪气中操作的利用单环设计的HC-PCF的两个不同位置处截取的两个横截面图像：(a)在光纤末端截取的横截面图像；(b)在距离同一光纤末端数厘米的位置处截取的横截面图像。

-图9示意性地描绘基于填充气体的HC-PCF的宽带光源装置；

-图10(a)至图10(c)示意性地描绘处于三种不同配置中的光学部件的示例；

-图11为说明随分子量而变化的原子气体的若干二元混合物的热导率的曲线图；以及

-图12为示出针对两种不同热扩散率的HC-PCF中的热弛豫的简化仿真的曲线。

具体实施方式

在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)。

如本文中采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为指可以用于向入射辐射束赋予图案化横截面的通用图案形成装置，该图案化横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在此上下文中，也可以使用术语“光阀”。除了典型掩模(透射型或反射型、二元型、相移型、混合型等)以外，其他此类图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，该照射系统被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，该掩模支撑件构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接至被配置为根据某些参数来准确地定位该图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，该衬底支撑件构造成保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆晶片)W并且连接至被配置为根据某些参数来准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，该投影系统被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。

在操作中，照射系统IL例如经由束传递系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其他类型的光学部件，或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间及角强度分布。

本文中使用的术语“投影系统”PS应该被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用的其他因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、合成型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统或其任何组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用与更上位的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可以属于如下类型：其中，衬底的至少一部分可以由具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间——这也称为浸没光刻。在以引用的方式并入本文中的US6952253中给出了关于浸没技术的更多信息。

光刻设备LA也可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(又名“双平台”)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以对位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时将另一个衬底支撑件WT上的另一个衬底W用于在另一个衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA还可以包括测量平台。测量平台被配置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如，投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射于保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)图案化。在已经横穿掩模MA的情况下，辐射束B传递通过投影系统PS，该投影系统PS将该束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM及可能地另一个位置传感器(另一个位置传感器未在图1中明确地描绘)可以用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2及衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA与衬底W。虽然如所说明的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。在衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些衬底对准标记称为划线对准标记。

如图2中所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或(光刻)簇)的一部分，该光刻单元LC通常还包括用于对衬底W进行曝光前工艺及曝光后工艺的设备。常规地，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影经曝光的抗蚀剂的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板CH和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W、在不同工艺设备之间移动衬底W并且将衬底W传递至光刻设备LA的进料台LB。光刻元中通常也统称为涂覆显影系统的装置通常处于涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，该涂覆显影系统控制单元TCU自身可以由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。

为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，需要检查衬底以测量经图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。出于此目的，可以在光刻元LC中包括检查工具(未示出)。如果检测到误差，则可以例如调整后续衬底的曝光或待对衬底W执行的其他处理步骤，在同一批量或批次的其他衬底W仍待曝光或处理之前进行检查的情况下尤其如此。

也可以被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的性质，并且具体地，确定不同衬底W的性质如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的性质在层与层间如何变化。检查设备可以可替代地构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻元LC的一部分，或可以集成至光刻设备LA中，或可以甚至是单机装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或经显影的抗蚀剂图像(其中，抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已被移除)上的性质，或者甚至经蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的性质。

通常，光刻设备LA中的图案化工艺是在处理中的最具决定性步骤中的一个，该步骤需要衬底W上的结构的尺寸标定及放置的高准确度。为了确保此高准确度，可以将三个系统组合于所谓的“整体”控制环境中，如图3示意性地描绘的。这些系统中的一个是光刻设备LA，该设备(实际上)连接至量测工具MT(第二系统)并且连接至计算机系统CL(第三系统)。此“整体”环境的关键在于优化这些三个系统之间的合作以增强总体工艺窗口并且提供严格控制回路，从而确保由光刻设备LA执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口限定一系列工艺参数(例如，剂量、焦点、重叠)，在所述工艺参数内，特定制造工艺产生经限定的结果(例如，功能性半导体器件)——通常在该经限定的结果内，允许光刻工艺或图案化工艺中的工艺参数变化。

计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的一部分)，以预测使用哪种分辨率增强技术并且执行计算光刻仿真及计算以确定哪种掩模布局及光刻设备设置实现图案化工艺的最大总体工艺窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被配置为匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可以用于检测光刻设备LA当前正在工艺窗口内何处操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)，以预测由于例如次优处理是否可能存在缺陷(在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头描绘)。

量测工具MT可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确仿真及预测，并且可以将反馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态中的可能的漂移(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头描绘)。

在光刻工艺中，期望频繁地对所创造的结构进行测量，例如，用于工艺控制及验证。用于进行此类测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行此类测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能器具，该多功能器具允许通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数(该测量通常被称为以光瞳为基础的测量)，或通过在图像平面或与图像平面共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数，在这种情况下测量通常被称为以图像或场为基础的测量。以全文引用的方式并入本文中的专利申请案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述了此类散射仪及相关的测量技术。前述散射仪可以使用来自软x射线及对近IR波长范围可见的光来测量光栅。

在第一实施例中，散射仪MT是角度分辨散射仪。在此散射仪中，重构造方法可以应用于所测量的信号以重构造或计算光栅的性质。此重构造可以例如由仿真散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并且比较仿真结果与测量的结果而引起。调整数学模型的参数，直至经仿真的相互作用产生相似于从真实目标观测到的衍射图案的衍射图案为止。

在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在此光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导至目标上，并且来自目标的反射或散射辐射被引导至光谱仪检测器上，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，随波长而变的强度的测量)。根据此数据，可以例如通过严格耦合波分析及非线性回归或通过与经仿真的光谱库进行比较来重构造产生所检测到的光谱的目标的结构或轮廓。

在第三实施例中，散射仪MT是椭圆测量散射仪。椭圆测量散射仪允许通过测量针对每一种偏振状态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。此量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的极化滤光器来发射偏振光(诸如线性、环状或椭圆状)。适合于量测设备的源也可以提供偏振辐射。以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述了现有椭圆测量散射仪的各种实施例。

在图4中描绘诸如散射仪的量测设备。它包括将辐射投影于衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。将经反射或经散射的辐射传递至光谱仪检测器4，该光谱仪检测器测量经镜面反射的辐射的光谱6(即，随波长而变化的强度测量)。根据此数据，可以由处理单元PU(例如，通过严格耦合波分析及非线性回归，或通过与如图3的底部处所示出的经仿真的光谱库的比较)来重构造产生检测到的光谱的结构或轮廓8。一般而言，对于重构造而言，结构的一般形式是已知的，并且根据用于制造结构的工艺的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的数个参数以待根据散射测量数据予以确定。此散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

经由测量量测目标的光刻参数的整体测量品质是至少部分地由用于测量此光刻参数的测量选配方案来确定的。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量自身的一个或更多个参数、所测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数，或这两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量为以衍射为基础的光学测量，则所测量的参数中的一个或更多个可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的定向等。用于选择测量选配方案的准则中的一个可以例如是测量参数中的一个对于处理变化的敏感度。以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2016/0161863及公开的美国专利申请案US 2016/0370717A1中描述了更多示例。

用于IC制造的另一种类型的量测工具是形貌测量系统、水平传感器或高度传感器。此类工具可以集成于光刻设备中，用于测量衬底(或晶片)的顶部表面的形貌。衬底的形貌的映射(也称为高度图)可以由指示依据在衬底上的位置而变化的衬底的高度的这些测量产生。此高度图随后可以用于在将图案转移于衬底上期间校正衬底的位置，以便在衬底上的恰当聚焦位置提供图案形成装置的空中图像。将理解的是，“高度”在此上下文中指平面至衬底的广义尺寸(也称为Z轴)。通常，水平或高度传感器在固定位置(相对于其自身光学系统)处执行测量，并且衬底与水平或高度传感器的光学系统之间的相对移动在整个衬底上的各位置处产生高度测量。

图5中示意性地示出本领域中已知的水平或高度传感器LS的示例，该图仅说明操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元LSP及检测单元LSD。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，该辐射束LSB是由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予的。辐射源LSO可以是例如窄带或宽带光源(诸如超连续光谱光源)，偏振或非偏振、脉冲或连续(诸如偏振或非偏振激光束)。辐射源LSO可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个LED。水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见光辐射，但可以另外地或替代地涵盖UV和/或IR辐射及适合于从衬底的表面反射的任何波长范围。

投影光栅PGR是包括周期性结构的周期性光栅，该周期性结构产生具有周期性变化强度的辐射束BE1。具有周期性变化强度的辐射束BE1被朝向衬底W上的相对于垂直于入射衬底表面的轴(Z轴)具有入射角ANG的测量位置MLO引导，该入射角ANG处于0度与90度之间，通常处于70度与80度之间。在测量位置MLO处，图案化的辐射束BE1由衬底W反射(由箭头BE2指示)并且被朝向检测单元LSD引导。

为了确定测量位置MLO处的高度水平，水平传感器还包括检测系统，该检测系统包括检测光栅DGR、检测器DET及用于处理检测器DET的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅DGR可以与投影光栅PGR相同。检测器DET产生检测器输出信号，该检测器输出信号指示所接收的光，例如指示所接收的光的强度，诸如光检测器；或表示所接收的强度的空间分布，诸如摄像机。检测器DET可以包括一种或更多种检测器类型的任何组合。

借助于三角测量技术，可以确定测量位置MLO处的高度水平。所检测的高度水平通常与如由检测器DET所测量的信号强度相关，该信号强度具有尤其依赖于投影光栅PGR的设计及(倾斜)入射角ANG的周期性。

投影单元LSP和/或检测单元LSD可以包括沿投影光栅PGR与检测光栅DGR之间的图案化的辐射束的路径(未示出)的其他光学部件，诸如透镜和/或反射镜。

在实施例中，可以省略检测光栅DGR，并且可以将检测器DET放置于检测光栅DGR所定位的位置处。此配置提供投影光栅PGR的图像的更直接的检测。

为了有效地覆盖衬底W的表面，水平传感器LS可以被布置为将测量束BE1的阵列投影至衬底W的表面上，由此产生覆盖较大测量范围的测量区域MLO或光点的阵列。

例如在均以引用的方式并入的US7265364及US7646471中披露了一般类型的各种高度传感器。在以引用的方式并入的US2010233600A1中披露了使用UV辐射而非可见或红外辐射的高度传感器。在以引用的方式并入的WO2016102127A1中，描述了使用多元件检测器来检测及辨别光栅图像的位置而不需要检测光栅的紧凑型高度传感器。

用于IC制造中的另一种类型的量测工具为对准传感器。因此，光刻设备的性能的关键方面能够相对于置于先前层中(由同一设备或不同光刻设备)的特征恰当且准确地放置所施加的图案。出于此目的，衬底具备一组或更多组标记或目标。各个标记是稍后可以使用位置传感器(通常为光学位置传感器)测量其位置的结构。位置传感器可以称为“对准传感器”，并且标记可以称为“对准标记”。

光刻设备可以包括可以用于准确地测量设置于衬底上的对准标记的位置的一个或更多个(例如，多个)对准传感器。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射及干涉的光学现象以从形成于衬底上的对准标记获得位置信息。用于当前光刻设备中的对准传感器的示例基于如US6961116中描述的自参考干涉计。已经开发出位置传感器的各种增强及修改方案，例如US2015261097A1中披露的。所有这些公开案的内容均以引用的方式并入本文中。

图6为诸如例如US6961116中描述的并且以引用的方式并入的已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供具有一种或更多种波长的辐射束RB，该辐射束是由转向光学器件转向至标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上，而作为照射光点SP。在该示例中，转向光学器件包括光点反射镜SM及物镜OL。照射标记AM的照射光点SP的直径可以略小于标记自身的宽度。

由对准标记AM衍射的辐射(在该示例中经由物镜OL)被准直为信息携载束IB。术语“衍射”意图包括来自标记的零阶衍射(零阶衍射可以称为反射)。例如上文提及的US6961116中披露的类型的自参考干涉计SRI以自身干涉束IB，然后，束由光检测器PD接收。可以包括额外光学器件(未示出)以在由辐射源RSO产生多于一种波长的情况下提供单独的束。光检测器可以是单个元件，或者它视需要可以包括多个像素。光检测器可以包括传感器阵列。

在该示例中包括光点反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，以使得信息携载束IB仅包括来自标记AM的高阶衍射辐射(虽然这对于测量而言不是必需的，但是提高了信噪比)。

强度信号SI被供应至处理单元PU。通过区块SRI中的光学处理与单元PU中的计算处理的组合，输出衬底相对于参考框架的X位置及Y位置的值。

所说明的类型的单个测量仅将标记的位置固定在对应于该标记的一个节距的某一范围内。结合该测量来使用较粗略的测量技术，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记位置的周期。可以在不同波长下重复较粗略和/或较精细水平的同一工艺，以用于提高准确度和/或用于稳固地检测标记，而与制成标记的材料及供标记提供于上方和/或下方的材料无关。可以光学地多路复用及解多路复用波长以便同时处理所述波长，和/或可以通过分时或分频来多路复用所述波长。

在该示例中，对准传感器及光点SP保持静止，而衬底W移动。对准传感器可以因此被稳固且准确地安装至参考框架，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在此移动中，通过将衬底W安装于衬底支撑件上并且衬底定位系统控制衬底支撑件的移动来控制衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如，干涉计)量测衬底支撑件的位置(未图示)。在实施例中，一个或更多个(对准)标记设置于衬底支撑件上。对设置于衬底支撑件上的标记的位置的测量允许校准如由位置传感器所确定的衬底支撑件的位置(例如，相对于对准系统所连接的框架)。对设置于衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。

对于光学半导体量测，检查应用经常是优选的，诸如在前述量测工具中的任一者中，输出相干辐射的亮光源同时覆盖宽波长范围(例如，从UV至IR)。此宽带光源可以通过允许在相同设置/系统中对具有不同材料特性的晶片进行光学检查而无需任何硬件改变(例如，改变光源以便具有特定波长)而有助于改善应用的灵活性及稳固性。允许针对特定应用来优化波长还意味着可以进一步提高测量的准确度。

基于气体放电效应以同时发射多个波长的气体激光可以用于这些应用中。然而，与气体激光相关联的诸如高强度不稳定性及低空间不相干性的固有问题可能使其不适合。可替代地，来自具有不同波长的多个激光器(例如，固态激光器)的输出可以在空间上组合为量测或检查系统的光学路径以便提供多波长源。随期望的波长的数目而增加的复杂度及高实施成本阻止了此解决方案被广泛使用。相比之下，基于光纤的宽带或白光激光器(也称为超连续光谱激光器)能够发射具有高空间相干性及宽广光谱覆盖度(例如，从UV至IR)的辐射，并且因此是非常引人注目且实用的选择方案。

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)是一种特殊类型的光纤，该特殊类型的光纤包括中心空芯区及包围该空芯的内部包层结构，它们两者沿着整个光纤轴向延伸。光引导机构由内部包层波导结构启用，该内部包层波导结构可以包括例如薄壁玻璃元件。因此，辐射主要被限制于空芯内部，并且沿着呈横向芯模式的形式的光纤传播。

可以工程设计多种类型的HC-PCF，多种类型的HC-PCF各自基于不同的物理引导机制。两种此类HC-PCF包括：空芯光子带隙光纤(HC-PBF)和空芯反共振反射光纤(HC-ARF)。

HC-PCF包括填充有流体的中空通道，以使得其拥有用于各种光引导应用的所得到的期望特性；例如使用HC-PBF进行的高功率束传递及使用HC-ARF进行的以气体为基础的白光产生(或超连续谱产生)。关于HC-PCF的设计及制造的细节可见于以引用的方式并入本文中的美国专利US2004175085(针对HC-PBF)和欧洲专利申请案EP3136143A1(针对HC-ARF)。HC-PBF被配置为经由光子带隙效应提供低损耗但窄带宽的光引导，该光子带隙效应由包围中心空芯的包层结构建立。然而，HC-ARF被工程设计以经由来自包层的光的反共振反射而明显增宽透射带宽。

图7以横截面图形式描绘两种熟知类型的HC-ARF。图7(a)示出包括Kagome晶格结构的Kagome光纤。图7(b)示出单环或旋转光纤，其中，空芯区由非接触环的层形成和包围。

对于基于气体的白光产生，HC-ARF可以被包括于气室内，该气室被设计为例如在高达数十巴(例如，3巴至100巴之间)的压力下操作。当由具有足够大的峰值功率的超短泵浦激光脉冲泵送时，填充气体的HC-ARF可以充当光学频率转换器。从超短泵浦激光脉冲到宽带激光脉冲的频率转换是由充气填充气体的内部的色散及非线性光学工艺的复杂相互作用来实现的。经转换的激光脉冲主要以横向内核模式的形式限制于空芯内，并且被引导至光纤末端。辐射的一部分(例如，较高阶横向内核模式或特定波长)可以经由内部包层波导结构从空芯泄漏，并且在其沿光纤传播期间经历强衰减。HC-ARF的芯区及包层区可以被配置为使得高阶芯模式与高阶包层模式相位匹配。这样，较高阶芯模式可以与随后衰减或经抑制的较高阶包层模式共振耦合。这样，可以在宽光谱范围内获得低损耗且有效单一横向模式透射。

可以经由调整泵浦激光参数、填充气体参数及光纤参数来改变及调谐沿着HC-PCF传输的激光脉冲的时空传输特性(例如，其频谱振幅及相位)。所述传输特性可以包括以下各项中的一项或更多项：输出功率、输出模式轮廓、输出时间轮廓、输出时间轮廓的宽度(或输出脉冲宽度)、输出光谱轮廓及输出光谱轮廓的带宽(或输出光谱带宽)。所述泵浦激光参数可以包括以下各项中的一项或更多项：泵浦波长、泵浦脉冲能量、泵浦脉冲宽度、泵浦脉冲重复率。所述光纤参数可以包括以下各项中的一项或更多项：光纤长度、空芯的大小及形状、包层结构的大小及形状、包围空芯的壁的厚度。所述填充气体参数可以包括以下各项中的一项或更多项：气体类型、气体压力及气体温度。

填充气体可以是诸如氩气、氪气及氙气的原子气体；诸如氢气、氘气及氮气的分子气体；或包括两种或更多种不同气体的气体混合物，诸如氩气与氢气的混合物、氙气与氘气的混合物、氪气与氮气的混合物，或氮气与氢气的混合物。依赖于填充气体的类型，非线性光学工艺可以包括调制不稳定性(MI)、光孤子分裂、克尔效应(Kerr effect)、拉曼效应及分散波产生，其细节描述于WO2018/127266A1及US9160137B1(它们都以引用的方式并入本文中)中。由于可以通过改变气室压力来调谐填充气体的色散，所以可以调整所产生的宽带脉冲动力学及相关光谱展宽特征，以便优化频率转换。所产生的宽带激光输出可以覆盖从UV(例如，＜400nm)至IR(例如，＞800nm)的波长。

已经发现，现有基于HC-PCF的宽带源倾向于面临光纤使用寿命问题，并且在运算时间的较短周期后可能无法运行。在基于HC-PCF的光源用于量测工具(例如，散射仪)中的情况下，HC-PCF的未预期的且较早的失效意味着将需要从工具移除所有光源以便进行修复或替换。在将替换光源安装至相同量测工具之后，需要再次进行激光束的完整光学对准以及其他必要校正及表征。整个工艺不仅增加成本，并且还造成较长的系统停工时间。因此，特别期望完全理解HC-PCF的失效机制，以便找出改善/延长其使用寿命的方法。

目前，已经识别出若干失效机制。第一种失效机制是通常由沉积于一个或两个光纤末端上的烃诱发的光纤污染。存在可以用于解决此污染的清洁方法。

第二种失效机制是光纤过热。此问题主要由现有基于HC-PCF的光源未并入任何有效热管理量度来维持HC-PCF的运行温度所导致。白光产生经由气体种类的原子碰撞及等离子体中的重组动力学而伴随着离子化及热产生。在操作期间产生的此热将升高光纤的内包层表面的温度。然而，对于现有HC-PCF(例如，诸如图7(a)或图7(b)中说明的)，光纤几何结构不允许接入及高效冷却内包层波导结构的表面。在无有效散热的情况下，所产生的热将累积于光纤内，尤其在光纤利用高重复率脉冲经泵浦/驱动的情况下，直至光纤过热并最终破坏为止。内包层波导结构(例如，诸如图7(b)中说明的玻璃或二氧化硅导管)的表面过热将还触发不希望的化学反应，这可能产生排气并且因此造成污染。因此，过热问题不利地影响光纤使用寿命，并且在基于HC-PCF的光源的进一步开发方面强加局限性，例如功率和/或重复率缩放。

第三种失效机制是光纤内包层变形。在诸如氪气的纯原子气体环境中，宽带辐射或白光产生还导致光纤包层结构机械变形。如上所述，白光产生过程导致光纤加热及等离子体产生。已经发现，在短时间轮廓下HC-PCF中的等离子体产生由于急剧气体加热而造成压力震波。此压力变化与自由电子密度成比例。在HC-PCF的横截面中作为声波传播的压力波入射至内包层波导结构的薄壁玻璃元件(例如，包层管)上，并且然后以脉冲方式激发包层管的若干机械模式，由此使其在经激发的机械模式的叠加下振动。由于白光产生而加热达到几百度的包层管的振动导致包层管的暂时的及永久性变形，并且因此形成变形的内包层波导结构。

由于内包层波导结构被用作光引导机构，使得辐射主要限制于空芯内部，所以变形的内包层波导结构将导致光损耗，并且在一些严重的情况下，导致光纤损害。图8示出在将氪气用作唯一填充气体来操作的利用单环设计的HC-PCF的两个不同位置处截取的两个横截面图像：(a)在光纤末端截取的横截面图像；(b)在距离(a)中示出的光纤末端数厘米的部位处截取的横截面图像。可见，当曝光至白光产生的空间扩展区时，光纤导管可以沿光纤变形。

此外，存在可能加重光纤包层结构(例如，玻璃导管)的由声波诱发的机械变形的若干其他因素。首先，在使用具有低热导率的工作气体的情况下，光纤的不良热管理导致包层管(过度)加热，这使其对机械变形更敏感。

另外，如果泵浦脉冲的重复率以某种方式加强并且放大包层管的经激发的机械模式的幅值，例如，在其接近于包层管的经激发的机械模式的共振频率时，则所产生的声波对光纤包层结构的影响可能显著放大。如上所述，虽然泵浦脉冲非线性地加宽至HC-PCF的空芯内的宽带或超连续光谱脉冲，但是声波(或压力波)也由于能量急剧释放至气体并且将其加热而被激发。在诸如图7(a)和图7(b)中示出的现有技术设计的管类型HC-PCF中，玻璃管中的至少一些将在所产生的声波的冲击下充当共振器。在每一个玻璃管共振器内，可以在入射声波与后向反射声波之间形成干涉。因此，每一个共振器将具有共振频率，该共振频率主要由管的几何形状确定，例如，形状、直径、壁厚。当泵浦脉冲的重复率接近或匹配玻璃管的共振频率时，将出现共振效应，该共振效应显著增强相关管的机械振动的幅值。

已知的是，可以通过将一定量的氢气(或氘气)增加至工作气体或气体混合物来至少部分缓解光纤包层变形问题。由于安全性法规，填充气体混合物中的氢气的最大摩尔分数可以是约4％。目前，包含氢气的填充气体混合物中的氢气的典型摩尔分数是约2％。

研究表明，光纤包层变形问题至少部分与玻璃中的辐射诱发缺陷(色彩中心)有关。这些缺陷在通过将玻璃曝光至UV光子而形成时可能导致薄的玻璃结构(例如，光纤包层结构)的局部机械应力及最终变形。氢气及氘气已知适用于恢复玻璃基质中的这些缺陷。

此外，将少量氢气与工作气体混合也被认为在抑制HC-PCF中产生的声波方面有效。研究表明，由于扩散促使的声波衰减，气体混合物可能允许抑制所产生的声波。原子气体及分子气体两者都可以用于与常用工作气体混合(例如，氪气)。由于分子气体具有更大的内部自由度，所以分子气体相比原子气体更有效用于声学抑制。换句话说，分子气体中的振动弛缓及旋转弛缓由于分子自由度(例如，平移自由度、旋转自由度及振动自由度)之间的耦合而改善声学抑制能力。适合于与工作气体混合的分子气体可以是例如甲烷、氮气、氧气或氢气。

然而，发明人已经发现，原子气体的混合物仍然可以提供相当大的声学抑制。因此，提议使用原子气体混合物，原子气体混合物相对于单一工作原子气体改善了声波抑制。这些混合物可以包括例如惰性气体混合物，诸如氪气与氦气的混合物、氪气与氖气的混合物，或氙气与氦气的混合物。

对于具有固定气体成分浓度的气体混合物，所产生的声波的幅值抑制由以下等式描述：

A(f)＝A₀*e^(-α(f)*z) [1]

其中，f为频率，α(f)为频率依赖性抑制系数，并且z为距声波的来源(例如，光纤芯部的中间)的传播距离。由于声波由一系列泵浦脉冲以某一重复率/频率f_pr连续地产生，所以将期望并且在本文中提议使用气体混合物，其中，对应于最优声学抑制频率的抑制曲线的峰值匹配或基本上接近于泵浦激光的重复率f_pr，以便在该频率下具有最大抑制。对于固定混合物，人们也可以将f_pr调谐远离共振频率。

尽管少量氢气与工作气体的混合被提议并且用于缓解光纤包层变形问题，但是本发明人现在认识到引入氢气也帮助缓解上述热问题。该观念在此之前未被认识到。

目前，经常在现有基于HC-PCF的宽带光源中使用氪气作为工作气体。注意，工作气体或气体混合物指主要负责与输入泵浦辐射相互作用并且因此产生宽带辐射的气体或气体混合物。基于HC-PCF的宽带光源中所用的填充气体可以仅包括工作气体或气体混合物。或替代性地，填充气体可以包括工作气体或气体混合物及一种或更多种其他气体。氪气的热导率为室温下约9.5毫瓦每毫开尔文(mW/mK)。该低热导率导致HC-PCF中的不良热管理。换句话说，围封于气室中并且包埋于氪气中的裸HC-PCF无法有效地耗散在白光产生期间所产生的热。这对于光纤包层结构的直接接触宽带辐射的内表面尤其真实且重要。由于低热导率是大多数气态介质的特性，所以上述热问题是所有那些气体的共同问题。氢气的热导率为186.9mW/mK，这至少高于常用工作气体(例如，氪气)一个数量级。高得多的热导率有助于改善HC-PCF的散热，并且因此抑制上述光纤过热问题。

尽管将氢气添加至工作气体可以成功地缓解基于HC-PCF的宽带光源的上述问题，但此方法在另一方面导致表面减少及玻璃生长的问题，该问题也不利于基于HC-PCF的光源的性能(尤其是使用寿命)。已经发现，在利用包含气体混合物的氢气操作基于HC-PCF的光源几百个小时之后，氧化硅或SiOx纳米结构及疏松玻璃主要生长在光纤的输出端处。二氧化硅生长的主要根源中的一个是在存在氢等离子体的情况下内部光纤表面的减少。在存在氢等离子体的情况下减少及蚀刻二氧化硅是已知的现象。氢离子及基团(诸如原子氢)攻击内部光纤表面，并且通过将二氧化硅转换为硅而导致接触表面减少，或通过产生挥发性一氧化硅而导致表面的蚀刻。二氧化硅在光纤的末端的生长导致输出功率的逐步阻塞及损耗，这将最终导致光纤损害并且导致白光源的短寿命。除了表面减少及玻璃生长问题之外，上述氢气的2％的摩尔分数仅是经验数值，并且最小化或阻止包层结构变形所需的精确氢气量保持为未知的。

为了解决这些问题中的一些或所有问题，因此，提议用于改善基于填充气体的HC-ARF的宽带光源的使用寿命的方法。所提议方法尤其适合于当在气体环境中操作以用于白光或超连续光谱产生时延长HC-PCF的使用寿命。下文将披露所提议方法及相关设备的不同实施例。所披露的实施例之间共享的一个共同性在于避免将氢气独占式地用于改善工作气体内的热调节及声波的吸收，以便限制与氢气有关的光纤使用寿命限制问题。因而，提议所使用的填充气体是一种包括摩尔分数不超过例如百万分之十(ppm)的氢气的填充气体。例如，相较于有意添加的氢气，包括于填充气体中的仅氢气可以是自然存在的氢气(例如，可以由材料、烃、在任何表面上的H₂O的排气产生的和/或作为宽带产生过程的一部分而产生的原生氢气)。

如图9中说明的，宽带光源装置100包括输出一系列泵浦脉冲111的泵浦激光器110、对输入泵浦脉冲进行光谱增宽的光学部件120及测量输出宽带光谱的光学诊断装置130。光学部件120包括具有特定光纤长度的HC-PCF(例如，HC-ARF)101及由处于特定压力下或具有压力分布的填充气体或气体混合物填充的气室102。气室102还包括定位于气室102的相应末端处的输入光学窗口103a及输出光学窗口103b。输入光学窗口103a能够操作以准许超短泵浦激光脉冲经由窗口进入气室102中。在耦合至填充气体的HC-PCF 101中之后，泵浦激光脉冲111沿着其经历显著光谱增宽的光纤传播。所得到的宽带激光脉冲随后从气室102经由输出光学窗口103b排出并且由光学诊断装置130(例如，光谱仪)测量。

为了用填充气体填充HC-PCF 101，气室102可以与加压气体源或储存器(未示出)连通。气室102的壁及窗口103a、103b的内表面围封空腔。气室的轴线平行于HC-PCF 101的轴线。

图10(a)至图10(c)示意性地描绘光学部件120、120’、120”的三种已知配置。图10(a)说明第一种配置，其中，整个HC-PCF 101被包括于单个气室102内。图10(b)说明可替代的配置，其中，整个HC-PCF 101被包括于若干(例如，三个)子室102a、102b、102c中，所述子室102a、102b、102c通过使用适当的密封机构105而互连。压力密闭连接确保所有的子室达到白光产生所期望的相同压力。图10(c)说明另一种配置，其中，HC-PCF 101的两个光纤末端101a、101c分别被包括于两个单独的气室102d、102e中，而充当流体连接的光纤的中心部分101b被包括于气室外部。

注意，图10(a)至图10(c)中说明的光学部件120、120’、120”的配置仅是三个示例。许多其他不同配置同样是可适用的。例如，在一些实施例中，光学部件120可能不会使用单个气室102或多个子室102a至102e来形成至少部分围封HC-PCF 101的气体环境。替代地，HC-PCF 101可以首先填充有填充气体并且然后例如，通过将反射镜附接至光纤的两个末端中的每一个被密封。这样，填充气体被保持在光纤(例如，空芯及包层结构)内，而无需单独的气室。两个反射镜可以在容许传输频带方面以相同方式被配置为图9中说明的反射镜。

在实施例中，基于HC-PCF的宽带光源的填充气体可以是包括以下各项或由以下各项组成的气体混合物：氦气及另一种气体或气体混合物。在实施例中，氦气可以充当氢气的替代气体，氢气当前用于缓解包层结构变形及光纤过热问题。类似于氢气，氦气具有高热导率，即，156.7mW/mK，并且可以因此帮助改善HC-PCF 101的热管理。尽管也可以出于相同目的(描述于以下实施例中)使用具有高热导率的不同的分子气体来替换氢气，但是原子气体是优选的，这是由于例如以下事实：诸如氢气、氧气及H₂O的分子气体将在由光曝光之后分解，并且变为随后攻击玻璃的离子及基团并且造成表面减少问题。

第二气体或气体混合物可以充当用于白光产生的工作气体。第二气体或气体混合物可以是原子气体或原子气体混合物或分子气体或分子气体混合物。如上文所描述的，两种或更多种原子气体的混合物可以帮助抑制所产生的声波，并且因此缓解包层结构变形问题。注意，为了提供有效的冲击吸收或声学抑制性质，填充气体混合物的两种或更多种原子气体应该具有扩散辅助声波衰减所需的充分不同的原子量。

在一些实施例中，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：氦气及用于白光产生的第二原子气体。第二原子气体可以是例如氪气、氖气、氩气或氙气。在其他实施例中，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：氦气及第二原子气体混合物。用于白光产生的第二原子气体混合物可以包括至少另外两种不同的原子气体，例如氪气及氖气、氪气及氩气，或氪气及氙气。

在不同的实施例中，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：氦气、第二原子气体或气体混合物，以及分子气体或气体混合物。第二原子气体或气体混合物可以被用作用于白光产生的工作气体或气体混合物。由于分子气体相比原子气体具有更大的内部自由度，所以当与诸如前述实施例中的那些包含氦气的原子气体混合物混合时，分子气体可以进一步增强声学抑制能力。在一些实施例中，填充气体混合物可以包括氦气、第二原子气体或气体混合物，以及分子气体。为此目的，分子气体可以是例如氮气、氧气或H₂O。在其他实施例中，填充气体混合物可以包括：氦气、第二原子气体或第二原子气体混合物，以及分子气体混合物。分子气体混合物可以包括例如氮气、氧气或H₂O中的两种或更多种。

在一些实施例中，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：氦气及不同的气体或气体混合物。此处，氦气可以用于缓解光纤过热问题及包层结构变形问题。可以谨慎选择用作工作气体或气体混合物的不同气体或气体混合物来确定一个或更多个期望的性质(例如，频谱范围及频谱轮廓)以用于基于填充气体的HC-PCF的光源中的宽带辐射产生。例如，通过适当地选择气体的类型或气体混合物的组成，有可能主要在紫外(UV)区或红外线(IR)区中产生宽带辐射。在其中宽带UV频谱是优选的情况下，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：例如，氦气及分子气体或包括氮气的气体混合物，或例如诸如氩气或氪气的原子气体。然而，在其中宽带IR光谱是优选的情况下，填充气体混合物可以包括以下各项或由以下各项组成：例如，氦气及氙气。

在一些实施例中，包含氦气的填充气体混合物中的氦气浓度或摩尔分数可以被优化，使得在用于从光纤释放过量的热的热传导与对流之间获得平衡。换句话说，可以通过优化填充气体混合物的氦气浓度来缓解包层结构变形及光纤过热问题。填充气体混合物的选择可以依赖于诸如以下各项中的一项或更多项的因素：光源的输出特性(例如，功率、频谱)、可接受的总气体压力、和/或优选的散热方法。将氦气添加至填充气体混合物可以通过增大填充气体混合物的热导率及热扩散率来启用散热机制。

如上文所描述的，氦气可以由于其高热导率及对声学抑制的适用性而被用作氢气的替代气体，以用于缓解包层结构变形及光纤过热问题。已知的是，包含氦气的气体混合物的热导率随氦气浓度而变化。图11是说明随分子量而变化的原子气体的若干二元混合物的热导率的曲线。在图11的曲线中，每一种气体混合物的热导率(κ)针对两个不同温度(即，1200K和400K)在20巴的压力(或如图中指示的2.0兆帕斯卡(MPa))下被表征。每一种气体混合物的分子量(MW)为以其各自的百分比进行加权的各自分子量的平均值。图11中的空心圆中的每一个表示原子气体(例如，氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)或氙气(Xe))在400K的温度下的热导率；图中的空心方形中的每一个表示原子气体(例如，He、Ne、Ar、Kr或Xe)在1200K的温度下的热导率。每一条实线连接一对两个空心圆，并且指示由两个空心圆所表示的两种原子气体组成的二元混合物的热导率在400K的温度下随气体混合物的分子量而变化的范围。同样，每一条虚线连接一对两个空心方形，并且指示由两个空心方形所表示的两种原子气体组成的二元混合物的热导率在1200K的温度下随气体混合物的分子量而变化的范围。

实心圆表示可以被用作用于基于填充气体的HC-PCF的光源的填充气体混合物的一些示例性气体混合物的热导率。可以在以高重复频率(例如，1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、20MHz、30MHz、40MHz或80MHz)操作的基于HC-PCF的宽带辐射源中使用如由实线上的两个实心圆所表示的两种气体混合物，即，由50％的摩尔分数的氙气及50％的摩尔分数的氦气(或Xe/He 50/50)组成的第一混合物及由80％的摩尔分数的氪气及20％的摩尔分数的氦气(或Kr/He 80/20)组成的第二混合物。注意，图中的示例性气体混合物的热导率是针对给定温度及总气体压力(例如，400K及20巴)的。那些示例性气体混合物当在不同的条件(例如，不同的总气体压力和/或不同的温度)下操作时将具有不同的热导率。

图中明显可见，对于任何包含氦气的填充气体混合物，增大气体混合物的氦气浓度(或摩尔分数)减小分子量并且增大热导率。与此同时，增大气体混合物的氦气浓度减小工作气体(例如，Ne、Ar、Kr或Xe)的分压。由于基于HC-PCF的辐射源的输出性能依赖于工作气体的分压(因此，依赖于工作气体的光学非线性)，所以期望增大总气体压力以便为工作气体维持相同的分压。总气体压力被定义为填充气体混合物的构成气体的分压之和。因此，需要在确定填充气体混合物中的氦气的最优浓度(或摩尔分数)时在热导率与光学非线性之间获得平衡。

参照图11，可以基于对应工作气体的热导率而将不同的填充气体混合物配置分类为例如三个主要群组。第一组可以包括具有高热导率的填充气体混合物。在第一组中，每一种填充气体混合物可以在给定温度及压力下具有例如处于纯氦气的热导率的75％与100％之间的热导率。第二组可以包括具有中等热导率的填充气体混合物。在第二组中，每一种填充气体混合物可以在给定温度及压力下具有例如处于纯氦气的热导率的35％与75％之间的热导率。第三组可以包括具有低热导率的填充气体混合物。在第三组中，每一种填充气体混合物可以在给定温度及压力下具有例如处于纯氦气的热导率的0％与35％之间的热导率。

对于第一组的每一种填充气体混合物，工作气体(例如，氙气)可以具有较高的电离度，并且所产生的过热问题可以具有较高严重性水平。因此，工作气体可以与较高摩尔分数的氦气混合，以便实现缓解过热问题所需的较高热导率。例如，填充气体混合物可以由10％的摩尔分数的氙气及90％的摩尔分数的氦气组成，或由20％的摩尔分数的氙气及80％的摩尔分数的氦气组成。此填充气体混合物具有极高的氦气浓度，并且因此允许高热导率。可以在较高总气体压力(例如，40巴)下操作这些填充气体混合物，以便维持工作气体(例如，氙气)的期望的分压。

对于第二组的每一种填充气体混合物，工作气体(例如，氩气或氪气)可以具有较低的电离度，并且所产生的过热问题可能相比于第一组的填充气体混合物不太严重。因此，可以将较低氦气浓度用于包含氦气的填充气体混合物。例如，填充气体混合物可以由50％的摩尔分数的氪气及50％的摩尔分数的氦气，或70％的摩尔分数的氩气及30％的摩尔分数的氦气组成。这具有将气体混合物的总工作压力维持至易于处置的水平(例如，低于50巴)的优势。

对于第三组的每一种填充气体混合物，工作气体(例如，氩气或氖气)的电离度可以类似于或低于第二组的电离度。通过比较，第三组的填充气体混合物可以相比于第二组的那些填充气体混合物具有较低的氦气浓度，并且因此具有较低的热导率。类似于第一组，可以在较高总气体压力(例如，50巴至70巴)下操作第二组及第三组的填充气体混合物，以便维持对应的工作气体的所期望的分压。

表1中提供额外的示例性填充气体混合物。注意，尽管下表仅列出二元原子气体混合物(即，由两种不同的原子气体组成)，但不意味着不包括其他类型的气体混合物的适用性，诸如例如包括两种以上原子气体或由两种以上原子气体组成的填充气体混合物，或者包括一种或更多种原子气体及一种或更多种分子气体、或由一种或更多种原子气体及一种或更多种分子气体组成的填充气体混合物。

表1

如表1中所示，每一种示例性填充气体混合物由氦气及另一种更重的原子气体组成。氦气(气体-2)和更重的原子气体(气体-1)的摩尔分数分别表示为X及100-X。对于表中的每一种二元原子气体混合物，例如Ar及He、Kr及He，或Xe及He，提供氦气的摩尔分数的优选的范围。例如，对于氙气及氦气的气体混合物，氦气的摩尔分数优选地等于或高于50％。

热扩散率是通过在光纤的中心处(即，最大强度及电离的点处)的一个脉冲产生的热梯度如何快速地在系统(例如，填充气体的HC-PCF)中平滑化或扩散的量度，并且可以表达如下：

其中，κ指示填充气体混合物的热导率，ρ指示填充气体混合物的密度，并且C_p指示填充气体混合物的热容。为了防止热气体在后续激光脉冲的作用下达到高稳态温度，期望降低热梯度的弛豫的时间标度，使其比脉冲分隔时间(即，激光重复率的倒数)短。根据等式[2]，填充气体混合物的热导率由于增加更多氦气而升高还导致热扩散率升高。除了使用具有高导电率的填充气体混合物之外，可以通过配置填充气体混合物使其具有较低密度和/或较低热容来获得较高热扩散率。图12是示出针对两种不同热扩散率的光纤中的热弛豫的简化仿真的曲线。如图中所示，光纤(例如，HC-PCF 101)的归一化峰值温度(NPT)，并且图的水平轴线为时间。该图确定：相比具有较低热扩散率(例如，α＝10)的填充气体混合物，具有较高热扩散率(例如，α＝0.5)的填充气体混合物导致光纤(例如，HC-PCF 101)中的热弛豫快得多(例如，快两倍)。

如上文所描述的，填充气体混合物的选择也可以依赖于优选的热传递机制，例如对流热传递或传导热传递。传导热传递借助于材料内的分子激发而出现，而没有整体运动；然而，对流热传递由于流体(例如，填充气体)相对于边界的整体运动而出现。在将重原子气体用作工作气体(例如，Kr或Xe)以用于在HC-PCF中产生宽带辐射的情况下，优选的是，热弛豫产生重工作气体的较少的对流或动量转移。原因在于，重工作气体的对流可以由于在光纤的横截面内部及外部或横跨该横截面形成温度梯度而在光纤中产生气流。热的重工作气体的流动可能导致泵浦脉冲经历其行进(工作气体)穿过的介质的变化的折射率。折射率分布图中的局部变化可能转而导致辐射输出不稳定性(例如，功率不稳定性、频谱不稳定性)。将氦气添加至重工作气体可能允许主要经由轻氦原子的移动而发生热传递，所述轻氦原子可以以类似于金属中的热传递的方式经由自由轻电子相对于重离子的移动而自由地移动穿过重气体原子。由于其低光学非线性，氦气不会影响光源的输出，并且仅帮助传递光纤中产生的过量的热。

注意，用于选择最优填充气体混合物以用于缓解包层结构变形及光纤过热问题的上述描述同样适用于填充气体混合物包括氦气及包括两种或更多种原子气体的工作气体混合物的情况(而非包括如上文示例性气体混合物中描述的单种原子气体)，或适用于填充气体混合物包括氦气及工作气体混合物的情况，所述工作气体混合物包括一种或更多种原子气体及一种或更多种分子气体。在任何情况下，填充气体混合物都可以通过同时考虑其热导率、热扩散率及热传递机制来进行最优选择。

根据等式[1]，压力冲击波的声学抑制的强度依赖于泵浦脉冲重复率。因此，在实施例中，包含氦气的填充气体混合物可以被配置为使得最优声学抑制频率匹配或基本上接近于泵浦脉冲的重复率。在一些实施例中，泵浦激光的重复率可以被调谐以匹配或基本上接近于填充气体或气体混合物的最优声学抑制频率。在其他实施例中，可以选择具有匹配或基本上接近于泵浦脉冲重复率的最优声学抑制频率的合适的填充气体或气体混合物。

可以单独地或结合任何前述实施例使用泵浦气体频率匹配特征，以便使对应的填充气体混合物的声学抑制强度最大化。例如，在实施例中，包括氦气及氮气或由氦气及氮气组成的填充气体混合物可以具有精确匹配泵浦脉冲的重复率的最优声学抑制频率。因而，基于填充气体的HC-PCF的光源可以同时产生宽带UV辐射(由氮气确定)，并且具有延长的光纤使用寿命，其中，来自光纤过热(例如，通过使用氦气缓解)和包层管变形(通过使用氮气及氦气的混合物连同泵浦气体频率匹配特征缓解)问题的影响被最小化。

由于由包层结构(例如，包层管)诱发的声学共振效应可能放大声波的影响，所以也优选地确保泵浦脉冲重复率不同于HC-PCF 101的包层结构(例如，包层管)内的经激发共振模式的一个或更多个共振频率。在一些实施例中，泵浦激光的重复率可以是可调式的从而可以避免共振效应。可替代地，HC-PCF 101的声阻抗(如通过在白光产生期间所产生的声波所见)可以被布置为基本上防止在由声波冲击之后在HC-PCF 101的包层结构内激发共振模式。在一些实施例中，可以通过谨慎选择填充气体混合物的合适气体组成和/或通过谨慎选择具有合适光纤几何形状的HC-PCF 101来实现防止在包层结构内激发共振模式。

类似于泵浦气体频率匹配特征，可以单独地或结合任何前述实施例使用上述泵浦包层防共振特征。例如，在不同的实施例中，泵浦包层防共振特征可以应用于上文的实施例，在该实施例中，填充气体包括氦气及氮气或由氦气及氮气组成并且最优声学抑制频率匹配泵浦脉冲重复率。该实施例可以确保最大化的声学抑制强度不被包层管的共振效应损害。

在一些实施例中，可以采用某一热管理量度以改善气室102的散热。具有经改善散热的气室102可以促进经由包含氦气的填充气体或气体混合物从HC-PCF 101传递至气室102的热被有效移除。在一些实施例中，气室102可以连接至可以从气室主体快速移除热的高效冷却系统。在不同的实施例中，可以利用具有高热导率的材料构造气室102。此外，可以结合任何前述实施例使用具有较高散热的改进的气室102。

在所有上述实施例中，填充气体混合物包含一定量的氦气。相比于包含氢气的填充气体混合物，包含氦气的填充气体混合物不仅缓解了光纤过热及包层结构变形问题，并且还防止了在使用包含氢气的填充气体混合物时以其他方式呈现的表面减少问题。应该明白的是，甚至在并未有意导入氢气的情况下，填充气体或气体混合物仍然可以包括微量氢气，该氢气可能来自任何表面上的和/或作为宽带产生过程的一部分而产生的排气、烃或H₂O。然而，这些残余或自然存在的氢气不足以起作用来缓解前述问题中的任何问题或导致玻璃表面减少。

在实施例中，填充气体混合物可以由50％的摩尔分数的氦气及50％的摩尔分数的氪气组成。然而，氦气的其他摩尔分数也可以是适用的。氦气的摩尔分数可以是填充气体混合物的2％或大于填充气体混合物的2％；例如，等于或大于填充气体混合物的10％或50％。例如，氦气的摩尔分数可以处于10％与90％之间、处于20％与80％之间、处于30％与70％之间、处于40％与60％之间、处于45％与55％之间，或处于55％与65％之间；并且更确切地，氦气的摩尔分数可以是填充气体混合物的2％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。在上文中，“包括”描述包括这些气体，但并不必须排除其他气体，并且“由……组成”描述仅包括这些气体。

尽管氦气(或其他惰性气体)是非常有用的气体介质，并且可以缓解光纤过热及包层结构变形两种问题，但是一些实施例可以使用不包括氦气的填充气体混合物。在一些实施例中，泵浦气体频率匹配特征、泵浦包层防共振特征及散热气室特征中的一个或更多个可以应用于不包括氦气的填充气体或气体混合物。在实施例中，所有上述三个特征与不包括氦气的填充气体混合物一起使用。由于泵浦气体频率匹配特征及泵浦管防共振特征可以缓解包层管变形问题，并且散热气室特征可以缓解光纤过热问题，所以即使当不使用氦气时，光纤使用寿命仍然可以延长。实施例可以通过避免在填充气体混合物中使用大量氢气来进一步防止表面减少问题。

因而，还设想了一种用于优化泵浦辐射的重复率，使泵浦辐射的重复率不匹配HC-PCF的内包层结构的声学共振频率中的任一声学共振频率的方法，以及一种用于使气体介质的最优声学抑制频率基本上匹配由泵浦辐射源产生的泵浦辐射的重复率的方法。可以例如通过合适地调谐泵浦辐射参数、优化气体混合物，或它们两者来实现优化或匹配。

用于该实施例中的HC-PCF 101可以采用参照图7的Kagome设计或单环设计的HC-ARF。可替代地，可以使用其他光纤设计(未示出)，诸如抑制耦合设计、内摆线芯Kagome及嵌套管状设计。泵浦脉冲持续时间可以被选择为大于100fs，并且更具体地，处于以下范围内：例如，100fs至100ps、100fs至30ps，或100fs至1ps。所选择的泵浦脉冲可以是100fs、150fs、200fs、250fs、300fs、350fs、400fs、450fs、500fs、600fs、700fs、800fs、900fs、1ps、10ps、20ps、30ps、100ps。泵浦波长可以选自可见状态、近IR状态或中IR状态。泵浦激光脉冲可以具有数百赫兹(Hz)、数千赫兹(kHz)或数兆赫兹(MHz)的重复频率。具体地，重复率可以被选择为位于300kHz至100MHz的范围内，诸如300kHz、500kHz、1MHz、5MHz、10MHz、20MHz、30MHz、40MHz。

一种被配置为延长如本文中披露的HC-PCF的使用寿命的宽带光源装置，包括填充气体混合物，该填充气体混合物包含氦气。

一种被配置为延长如本文中披露的HC-PCF的使用寿命的宽带光源装置，其中，所述填充气体混合物的泵浦脉冲重复率和最优声学抑制频率彼此匹配或基本上接近。

一种被配置为延长如本文中披露的HC-PCF的寿命的宽带光源装置，包括光学部件，该光学部件可以被配置为参照图10的配置中的任一者。

在以下编号的方面的列表中披露了其他实施例：

1.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带输出，所述宽带光源装置包括：

光学部件，所述光学部件包括：

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；和

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF；

其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于产生宽带辐射，所述至少一种第二气体被配置为提高所述气体混合物的热导率和/或提供对在宽带辐射的所述产生期间引发的冲击波的声学抑制，此外其中，所述气体混合物包括不超过百万分之十(ppm)的摩尔分数的氢气。

2.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带输出，所述宽带光源装置包括：

光学部件，所述光学部件包括：

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；和

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF；

其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于产生宽带辐射，所述至少一种第二气体被配置为提高所述气体混合物的热导率和/或提供对在宽带辐射的所述产生期间引发的冲击波的声学抑制，此外其中，所述气体混合物包括不超过4％的摩尔分数的氢气。

3.根据方面1或2中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第二气体包括原子气体或由原子气体组成。

4.根据方面3所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第二气体包括氦气或由氦气组成。

5.根据方面3或4所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体包括相比于所述第二气体具有更大原子量的原子气体或由所述原子气体组成。

6.根据方面5所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体包括氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项或者由氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项组成。

7.如前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少第一气体包括一种或更多种分子气体，或者由一种或更多种分子气体组成。

8.如前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第二气体包括一种或更多种分子气体，或者由一种或更多种分子气体组成。

9.根据方面8所述的宽带光源装置，其中，所述一种或更多种分子气体选自以下范围：氮气、氧气、H₂O。

10.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的至少2％的摩尔分数。

11.根据方面1至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的至少10％的摩尔分数。

12.根据方面1至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的30％与70％之间的摩尔分数。

13.根据方面1至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的40％与60％之间的摩尔分数。

14.根据方面4至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由氙气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于50％的摩尔分数。

15.根据方面14所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的20％的摩尔分数或更少摩尔分数的氙气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的80％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

16.根据方面14所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的10％的摩尔分数或更少摩尔分数的氙气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的90％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

17.根据方面4至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于20％的摩尔分数。

18.根据方面17所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，氪气和氦气分别构成所述气体混合物的50％±10％的摩尔分数和50％干10％的摩尔分数。

19.根据方面4至9中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由氩气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于10％的摩尔分数。

20.根据方面19所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的70％的摩尔分数或更少摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的30％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

21.根据方面19所述的宽带光源装置，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的90％的摩尔分数或更少摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的10％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

22.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述HC-PCF包括单环HC-PCF。

23.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，还包括用于产生所述泵浦辐射的泵浦辐射源。

24.根据方面23所述的宽带光源装置，其中，所述气体混合物的最优声学抑制频率基本上匹配由所述泵浦辐射源产生的所述泵浦辐射的重复率。

25.根据方面24所述的宽带光源装置，其中，所述气体混合物的所述气体组成物或气体成分被配置为用于使所述气体混合物的所述最优声学抑制频率与所述泵浦辐射的所述重复率的所述匹配。

26.根据方面24或25所述的宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为调谐所述泵浦辐射的所述重复率以匹配所述气体混合物的所述最优声学抑制频率。

27.根据方面23至26中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述泵浦辐射源被配置为使得所述泵浦辐射的所述重复率与所述HC-PCF的内包层结构的声学共振频率中的任何声学共振频率均不匹配。

28.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述HC-PCF的内包层结构包括一个或更多个二氧化硅管。

29.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述气体混合物被配置为限定所产生的宽带辐射的光谱范围。

30.根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述宽带输出包括200nm至3000nm的波长范围，或位于此范围内的诸如400nm至2000nm的子范围。

31.一种量测装置，包括根据前述方面中任一项所述的宽带光源装置。

32.根据方面31所述的量测装置，包括散射仪量测设备、水平传感器或对准传感器。

33.一种用于配置源装置的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出并且所述源装置包括：

泵浦辐射源，所述泵浦辐射源用于输出泵浦辐射；和

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF，其中，所述方法包括：

使所述气体介质的最优声学抑制频率基本上匹配由所述泵浦辐射源产生的所述泵浦辐射的重复率。

34.根据方面33所述的方法，包括：优化气体介质的气体组成物，以使所述气体介质的所述最优声学抑制频率匹配所述泵浦辐射的所述重复率。

35.根据方面33或34所述的方法，包括：调谐所述泵浦辐射的所述重复率以匹配所述气体介质的所述最优声学抑制频率。

36.根据方面33至35中任一项所述的方法，包括：优化所述泵浦辐射的所述重复率，使所述重复率不匹配所述HC-PCF的内包层结构的所述声学共振频率中的任何声学共振频率。

37.一种用于配置源装置的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出并且所述源装置包括：

泵浦辐射源，所述泵浦辐射源用于输出泵浦辐射；和

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF，其中，所述方法包括：

优化所述泵浦辐射的所述重复率，使所述泵浦辐射的所述重复率不匹配所述HC-PCF的内包层结构的所述声学共振频率中的任何声学共振频率。

38.根据方面33至37中任一项所述的方法，其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体及至少一种第二气体，其中，所述至少一种第一气体被配置为用于产生宽带辐射，并且所述至少一种第二气体被配置为提高所述气体混合物的热导率和/或提供对在宽带辐射的所述产生期间引发的冲击波的声学抑制，此外其中，所述气体混合物包括不超过百万分之十(ppm)的摩尔分数的氢气。

39.根据方面38所述的方法，其中，所述第二气体包括原子气体。

40.根据方面39所述的方法，其中，所述第二气体包括氦气。

41.根据方面39或40所述的方法，其中，所述第一气体包括相比于所述第二原子气体具有更大原子量的原子气体。

42.根据方面41所述的方法，其中，所述第一原子气体选自以下范围：氪气、氙气、氩气、氖气。

43.一种用于配置源装置的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出并且所述源装置包括：

泵浦辐射源，所述泵浦辐射源用于输出泵浦辐射；和

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF，其中，所述方法包括：

通过优化以下各项中的一项或更多项来优化所述气体混合物中的氦气的所述摩尔分数：

所述气体混合物的热导率；

所述气体混合物的热扩散率；或

热传递机制。

44.根据方面43所述的方法，其中，所述热传递机制的所述优化包括针对所述至少一种第一气体选择具有重分子量的气体或气体混合物。

45.根据方面44所述的方法，其中，所述至少一种第一气体的分子量比氦气的分子量重至少因子10。

46.根据方面44或45中任一项所述的方法，其中，基本上在氦气的所述摩尔分数进行优化的同时维持所述气体混合物的每一种构成气体的分压。

47.一种用于宽带光源装置所述的光学部件，所述光学部件被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带输出，并且所述光学部件包括：

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；和

气体混合物，所述气体混合物填充所述HC-PCF，其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于产生宽带辐射，所述至少一种第二气体包括氦气或由氦气组成。

48.根据方面47所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体包括氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项或者由氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项组成。

49.根据方面47或48所述的光学部件，其中，所述至少第一气体包括一种或更多种分子气体，或者由一种或更多种分子气体组成。

50.根据方面47至49中任一项所述的光学部件，其中，所述至少一种第二气体包括一种或更多种分子气体。

51.根据方面50所述的光学部件，其中，所述一种或更多种分子气体选自以下范围：氮气、氧气、H₂O。

52.根据方面47至51中任一项所述的光学部件，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的至少2％的摩尔分数。

52.根据方面47至51中任一项所述的光学部件，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的至少10％的摩尔分数。

53.根据方面47至51中任一项所述的光学部件，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的30％与70％之间的摩尔分数。

54.根据方面47至51中任一项所述的光学部件，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的40％与60％之间的摩尔分数。

55.根据方面47所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氙气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于50％的摩尔分数。

56.根据方面55所述的光学部件，其中，所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的80％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

57.根据方面55所述的光学部件，其中，所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的90％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

58.根据方面47所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于20％的摩尔分数。

59.根据方面58所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，氪气和氦气分别构成所述气体混合物的50％±10％的摩尔分数和50％干10％的摩尔分数。

60.根据方面47所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氩气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于10％的摩尔分数。

61.根据方面60所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的70％的摩尔分数或更少摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的30％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

62.根据方面60所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的90％的摩尔分数或更少摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的10％的摩尔分数或更多摩尔分数的氦气组成。

63.根据方面47至62中任一项所述的光学部件，其中，所述HC-PCF是单环HC-PCF。

64.一种用于配置用于源装置的光学部件的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出，所述方法包括：

选择空芯光子晶体光纤(HC-PCF)和气体混合物，所述气体混合物包括填充所述HC-PCF的第一气体；和

确定存在于所述气体混合物中的氦气的优化摩尔分数，其中，氦气的所述优化摩尔分数基于以下各项中的一项或更多项：

提高所述气体混合物的热导率；

提高所述气体混合物的热扩散率；或

选择期望的热传递机制。

65.根据方面64所述的方法，还包括针对所述第一气体选择具有重分子量的气体或气体混合物，以便选择所期望的热传递机制。

66.根据方面65所述的方法，其中，所述至少一种第一气体的分子量比氦气的分子量重至少因子10。

67.根据方面65或66所述的方法，其中，基本上在氦气的所述摩尔分数进行确定的同时维持所述气体混合物的每一种构成气体的分压。

尽管可以在本文中特定地参考在IC制造中光刻设备的使用，但是应该理解的是，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴内存的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

尽管可以在本文中特定地参考在光刻设备的内容背景中的本发明的实施例，但本发明的实施例可以用于其他设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或量测或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的部件。这些设备可以统称为光刻工具。此光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上文可能已经特定地参考了在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用，但是将明白的是，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以用于其他应用(例如，压印光刻)中。

虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但将明白的是，可以以与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。以上描述意图是说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种用于宽带光源装置的光学部件，所述光学部件被配置为用于在接收泵浦辐射时产生宽带辐射，并且所述光学部件包括：

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)；和

气体混合物，所述气体混合物填充所述空芯光子晶体光纤，其中，所述气体混合物包括至少一种第一气体和至少一种第二气体的混合物，所述至少一种第一气体被配置为用于所述宽带辐射的产生，所述至少一种第二气体被配置为用于对所述气体混合物进行热调节和/或对所述气体混合物中的声波进行抑制，其中，所述第二气体包括氦气或由氦气组成。

2.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体包括氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项或者由氪气、氙气、氩气、氖气中的一项或更多项组成。

3.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述至少一种第二气体还包括一种或更多种分子气体。

4.根据权利要求3所述的光学部件，其中，所述一种或更多种分子气体选自氮气(N₂)、氧气(O₂)、H₂O中的一项或更多项。

5.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述第二气体构成所述气体混合物的至少10％的摩尔分数。

6.一种宽带光源装置，包括权利要求1所述的光学部件，并且还包括用于产生所述泵浦辐射的泵浦辐射源。

7.一种量测装置，包括权利要求6所述的宽带光源装置。

8.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氙气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于50％的摩尔分数。

9.根据权利要求8所述的光学部件，其中，所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的80％或更多的摩尔分数的氦气组成。

10.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于20％的摩尔分数。

11.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氪气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，氪气和氦气分别构成所述气体混合物的50％±10％摩尔分数和50％干10％摩尔分数。

12.根据权利要求11所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由氩气组成，并且所述至少一种第二气体由氦气组成，所述至少一种第二气体构成等于或高于10％的摩尔分数。

13.根据权利要求12所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的70％或更少的摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的30％或更多的摩尔分数的氦气组成。

14.根据权利要求12所述的光学部件，其中，所述至少一种第一气体由构成所述气体混合物的90％或更少的摩尔分数的氩气组成，并且所述至少一种第二气体由构成所述气体混合物的10％或更多的摩尔分数的氦气组成。

15.一种用于配置用于源装置的光学部件的方法，所述源装置被配置为用于产生宽带辐射输出，所述方法包括：

选择空芯光子晶体光纤(HC-PCF)和填充所述空芯光子晶体光纤的气体混合物，所述气体混合物包括用于产生所述宽带辐射的第一气体和包括氦气的第二气体；以及

确定存在于所述气体混合物中的氦气的优化摩尔分数，其中，氦气的所述优化摩尔分数基于以下各项中的一项或更多项：

提高所述气体混合物的热导率；

提高所述气体混合物的热扩散率；或

选择期望的热传递机制。

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