CN116113605A - 中空芯部光纤光源和用于制造中空芯部光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

披露了一种处理中空芯部光纤的输出耦合端的方法，所述中空芯部光纤包括围绕中空芯部的多个反谐振元件，以及已经被如此处理的中空芯部光纤。所述方法包括：执行锥形化步骤，以在所述反谐振元件中形成锥形部；在所述锥形部处执行切开步骤，以形成所述中空芯部光纤的至少一个锥形化输出耦合端；以及执行端部处理步骤，所述端部处理步骤包括以受控方式进一步加热所述输出耦合端，以平滑所述输出耦合端。

Description

中空芯部光纤光源和用于制造中空芯部光纤的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年8月6日提交的EP申请20189800.4和2020年11月13日提交的EP申请20207371.4的优先权，这些欧洲申请的全部内容通过引用而被合并入本文中。
技术领域
本发明涉及光源和用于操作光源的方法，具体地，所述光源是用于光刻设备或量测工具中的宽带光源。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。例如，光刻设备可用于例如集成电路(IC)的制造。光刻设备可例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也常被称为“设计布局”或“设计”)投影到被设置于衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定了可以被形成于所述衬底上的特征的最小大小。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用具有在4nm至20nm范围内(例如6.7nm或13.5nm)的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可被用来在衬底上形成与使用例如具有193nm波长的辐射的光刻设备相比更小的特征。
低k1光刻术可以用于处理具有比光刻设备的经典分辨率极限更小的尺寸的特征。在这种过程中，分辨率公式可以被表示成CD＝k1×λ/NA，其中λ是所采用的辐射的波长，NA是所述光刻设备中投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是所印制的最小特征大小，但在这种情况下是半节距)，且k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，则在所述衬底上再现类似于由电路设计者所规划的形状和尺寸以便实现特定电学功能和性能的图案就变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂的精调谐步骤施加到光刻投影设备和/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、对所述设计布局的各种优化(诸如在所述设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学和过程校正”))、或通常被限定为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。替代地，可以使用用于控制所述光刻设备的稳定性的紧密控制回路来改良低k1情况下对所述图案的再现。
量测设备可以用于测量所述衬底上的结构的关注的参数。例如，量测设备可以用于测量诸如临界尺寸、所述衬底上的层之间的重叠、以及所述衬底上图案的不对称性之类的参数。测量辐射的射线用于照射所述衬底。辐射被所述衬底上的结构衍射。经衍射的辐射被物镜收集并且由传感器捕获。
测量辐射的射线由通过光源所发射的光提供。经由分束器和物镜将这种光引导至所述衬底上，所述物镜收集来自所述衬底的经衍射的辐射。
提供测量辐射的所述光源可以是宽带光源。可以使用气体填充的光纤产生所述宽带光源。激光源可以被耦合至所述光源的光纤的输入，并且在光纤中被在光谱方面增宽。
发明内容
这种光源的非常高的光谱功率密度和作为光产生的副产品而产生的等离子体两者都有损坏中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)材料的风险。因而，例如，期望提供一种具有增加的可操作寿命的宽带光源。特别地，期望提供一种宽带光源，其包括在操作期间产生较少污染物材料的充气中空芯部光子晶体光纤。
根据第一方面，提供了一种处理中空芯部光纤的输出耦合端的方法，所述中空芯部光纤包括围绕中空芯部的多个反谐振元件，所述方法包括：执行锥形化步骤，以在所述反谐振元件中形成锥形部；在所述锥形部处执行切开步骤，以形成所述中空芯部光纤的至少一个锥形化输出耦合端；以及执行端部处理步骤，所述端部处理步骤包括以受控方式进一步加热所述输出耦合端，以平滑所述输出耦合端。
根据本发明的第二方面，提供了一种中空芯部光纤，所述中空芯部光纤包括：围绕中空芯部的多个反谐振元件；围绕所述反谐振元件的外护套；具有第一锥形化区域的输入耦合端；以及具有第二锥形化区域的输出耦合端；其中，反谐振元件在所述输出耦合端处是基本上塌陷的；并且所述输出耦合端是基本上平滑的，使得所述护套的内缘和/或外缘包括在所述输出耦合端处的圆形轮廓。
附图说明
现在将参考随附的示意性附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
-图1A描绘了光刻设备的示意性概略图；
-图1B描绘了光刻单元的示意性概略图；
-图2描绘了整体光刻的示意性表示，其表示三种关键技术之间的协作以优化半导体制造；
-图3A描述了对准传感器的示意性框图；
-图3B描述了水平传感器的示意性框图；
-图4A是可以形成根据实施例的辐射源的部分的中空芯部光纤在横向平面上(即与光纤的轴线垂直)的示意性横截面视图；
-图4B描绘了根据实施例的用于提供宽带输出辐射的辐射源的示意性表示；以及
-图4C(a)和(b)示意性地描绘了用于超连续谱产生的中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)设计的示例的横向横截面视图，每个中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)可以形成根据实施例的辐射源的部分；-图5描绘了具有气室的基于HC-PCF的光源的示意图；
-图6描绘了具有污染物生长的HC-PCF的端部的示意性示例；
-图7描绘了根据已知方法的中空芯部光纤锥形化和切开过程；以及-图8描绘了根据本发明实施例的中空芯部光纤锥形化和切开过程。
具体实施方式
本文档中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长的极紫外辐射)。
如本文中所采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指代可以用于将经图案化的横截面赋予入射辐射束的通用图案形成装置，所述经图案化的横截面对应于待在所述衬底的目标部分中产生的图案。术语“光阀”也可以用于这种情境中。除了经典掩模(透射式或反射式掩模、二元式掩模、相移式掩模、混合式掩模等)以外，其它这些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1A示意性地描绘了光刻设备LA。所述光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置成调节辐射束B(例如UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，所述掩模支撑件MT被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接至第一定位装置PM，所述第一定位装置PM被配置成根据特定参数来准确地定位所述图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，所述衬底支撑件WT被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀涂的晶片)W并且连接至第二定位装置PW，所述第二定位装置PW被配置成根据特定参数来准确地定位所述衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至所述辐射束B的图案投影到所述衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。
本文中使用的术语“投影系统”PS应被广义地解释为涵盖视情况适用于正在被使用的曝光辐射和/或适用于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其他因素的、各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统，或其任何组合。本文中术语“投影透镜”的任何使用可被视为与更广义的术语“投影系统”PS同义。
除了所述衬底支撑件WT之外，所述光刻设备LA可以包括测量平台。所述测量平台被布置成保持传感器和/或清洁装置。所述传感器可被布置成测量所述投影系统PS的性质或所述辐射束B的性质。所述测量平台可保持多个传感器。所述清洁装置可被布置成清洁所述光刻设备的一部分，例如所述投影系统PS的一部分或系统的提供所述浸没液体的一部分。当所述衬底支撑件WT远离所述投影系统PS时，所述测量平台可在所述投影系统PS下方移动。
在操作中，所述辐射束B入射到被保持在所述掩模支撑件MT上的所述图案形成装置(例如掩模MA)上，并且由存在于图案形成装置MA上的所述图案(设计布局)来进行图案化。在已穿越所述掩模MA之后，所述辐射束B传递穿过所述投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦至所述衬底W的目标部分C上。借助于所述第二定位装置PW和位置测量系统IF，能够准确地移动所述衬底支撑件WT，例如以便将不同的目标部分C定位在所述辐射束B的路径中处于经聚焦和经对准的位置处。类似地，所述第一定位装置PM和可能地另一个位置传感器(其在图1中没有被明确地描绘)可用于相对于所述辐射束B的路径来准确地定位所述图案形成装置MA。可使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如图示的所述衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但它们可以位于介于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于所述目标部分C之间时，它们被称为划道对准标记。
如图1B所示，所述光刻设备LA可形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或(光刻)簇)的一部分，所述光刻单元通常也包括用以在衬底W上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂机SC、用以显影经曝光抗蚀剂的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度的激冷板CH和焙烤板BK(例如用于调节所述抗蚀剂层中的溶剂)。衬底输送装置、或机器人RO从输入端口I/O1、输出端口I/O2拾取衬底W，在不同的过程设备之间移动这些衬底W，并且将衬底W传递到所述光刻设备LA的加载台LB。所述光刻元中的通常也统称为轨道或涂覆显影系统(track)的装置通常处于轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，所述轨道或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，所述管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制所述光刻设备LA。
为了正确地且一致地曝光由所述光刻设备LA曝光的所述衬底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。出于这种目的，检查工具(没有被示出)可能被包括于所述光刻元LC中。如果检测到误差或错误，则可以例如对后续衬底的曝光或对于待在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整，特别是如果在同一批次或批量的其他衬底W仍待被曝光或处理之前进行检查的情况下。
也可被称为量测设备的检查设备被用于确定所述衬底W的性质，并且特别是确定不同衬底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不同层之间如何发生变化。所述检查设备可被替代地构造成识别所述衬底W上的缺陷，并且例如可以是所述光刻元LC的一部分，或者可以被集成到所述光刻设备LA中，或者甚至可以是单独的装置。所述检查设备可测量在潜像(在所述曝光后在抗蚀剂层中的图像)、或半潜像(在曝光后焙烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)、或经显影的抗蚀剂图像(其中已移除了所述抗蚀剂的经曝光或未曝光部分)上的性质，或者甚至在经蚀刻图像(在诸如蚀刻之类的图案转印步骤之后)上的性质。
通常，在光刻设备LA中的所述图案化过程是处理中最关键的步骤之一，它需要对于在所述衬底W上的结构的确定尺寸和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，如图2中示意性地描绘的，可以在所谓的“整体”控制环境中组合三个系统。这些系统之一是所述光刻设备LA，所述光刻设备LA(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)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协同工作以增强整个过程窗口并且提供紧密的即严格的控制回路，以确保由所述光刻设备LA所执行的所述图案化保留在过程窗口内。所述过程窗口限定了一定范围的过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)，在所述过程参数的所述范围内，特定的制造过程产生经限定结果(例如，功能性半导体器件)，通常允许所述光刻过程或图案化过程中的所述过程参数在所述范围内发生变化。
所述计算机系统CL可以使用待被图案化的所述设计布局(的部分)来预测将要使用何种分辨率增强技术，并且执行计算光刻模拟和计算以确定哪些掩模布局和光刻设备设置实现所述图案化过程的最大的总体过程窗口(在图2中由第一刻度SC1中的双箭头所描绘)。典型地，所述分辨率增强技术被布置成匹配所述光刻设备LA的图案化可能性。所述计算机系统CL也可用于检测所述光刻设备LA当前在所述过程窗口内的何处进行操作(例如使用来自所述量测工具MT的输入)，以预测是否由于例如次优加工而存在缺陷(在图2中由第二刻度SC2中的指向“0”的箭头所描绘)。
所述量测工具MT可向所述计算机系统CL提供输入以能够实现精确的模拟和预测，并且可向所述光刻设备LA提供反馈以识别例如在所述光刻设备LA的校准状态中(在图2中由第三刻度SC3中的多个箭头所描绘)的可能的漂移。
在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。用于进行这些测量的不同类型的量测设备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设备MT。
散射仪是多功能仪器，其允许通过在所述散射仪的物镜的光瞳中或与所述光瞳共轭的共轭平面中设置传感器来测量光刻过程的参数(所述测量通常称为基于光瞳的测量)，或者通过将传感器设置在图像平面中或与所述图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数(在这种情况下，所述测量通常称为基于图像或场的测量)。在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述了这种散射仪和相关联的测量技术，所述专利申请以全文引用的方式而被合并入本文中。前述散射仪可以使用来自在此文档中所论述的光源的实施例的光来测量光栅。
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使用特定目标进行的对于光刻参数的总体测量品质。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本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，如果在衬底测量选配方案中所使用的测量是基于衍射的光学测量，则所述测量的一个或更多个参数可以包括所述辐射的波长、所述辐射的偏振、辐射的相对于所述衬底的入射角、辐射的相对于所述衬底上的图案的取向，等等。用以选择测量选配方案的准则之一可以是例如测量参数之一对于处理变化的灵敏度。在以全文引用的方式而被合并入本文中的美国专利申请US2016-0161863和已公布的美国专利申请US2016/0370717A1中描述了更多示例。本文档中的光源可以被配置成在这些衬底测量选配方案的光源要求方面是可控的。
光刻设备可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过所述一个或更多个对准传感器可以准确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉之类的光学现象来从形成于所述衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中所使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所描述的自参考干涉仪。例如，如US2015261097A1中所披露的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些公开的内容均通过引用而被合并入本文。
标记、或对准标记可以包括形成在设置于所述衬底上的层上或层中或(直接地)形成在所述衬底中的一系列栅条。这些栅条可以规则地间隔开并且充当光栅线，使得标记可以被视为具有已知空间周期(节距)的衍射光栅。取决于这些光栅线的取向，可以设计所述标记以允许测量沿X轴或沿Y轴(所述Y轴基本上垂直于所述X轴取向)的位置。包括以相对于X轴和Y轴两者所成的+45度和/或-45度而布置的栅条的标记允许使用通过引用而被合并入本文的US2009/195768A中所描述的技术进行组合的X和Y测量。
所述对准传感器利用辐射斑对每个标记进行光学扫描，以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。分析这种信号的相位以确定所述标记的位置，并且因此确定所述衬底相对于所述对准传感器的位置，所述对准传感器继而相对于光刻设备的参考框架是固定的。可以提供与不同的(粗略和精细)标记尺寸相关的所谓的粗略标记和精细标记，使得所述对准传感器可以区分周期性信号的不同周期以及在周期内的准确位置(相位)。也可出于此目的来使用不同节距的标记。
测量所述标记的位置也可以提供关于其上设置有所述标记(例如呈晶片栅格的形式)的衬底的变形的信息。例如，通过将所述衬底静电夹持到衬底台，和/或当所述衬底暴露于辐射时对所述衬底的加热，而可能发生衬底的变形。
图3A是已知对准传感器AS(诸如例如在通过引用而被合并的US6961116中所描述)的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一个或更多个波长的辐射束RB，所述辐射束RB由转向光学器件转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上作为照射斑SP。在此示例中，所述转向光学器件包括斑反射镜SM和物镜OL。可以由本文档的公开内容的光源的实施例提供所述辐射源RSO。用于照射所述标记AM的照射斑SP的直径可能略小于所述标记本身的宽度。
由所述标记AM所衍射的辐射(在本示例中经由所述物镜OL)被准直成信息承载束IB。术语“衍射”旨在包括来自所述标记的零阶衍射(其可被称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如上文所提及的US6961116中所披露的类型)使所述束IB与其自身发生干涉，之后所述束由光电探测器PD接收。在由所述辐射源RSO产生多于一个波长的情况下，可包括额外的光学器件(未示出)以提供多个单独的束。如果需要，则所述光电探测器可以是单个元件，或者其可以包括多个像素。所述光电探测器可包括传感器阵列。
可以集成在光刻设备中的形貌测量系统、水平传感器或高度传感器被布置成测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。可以从指示作为所述衬底的位置的函数的所述衬底的高度的这些测量中产生所述衬底的形貌图(也称为高度图)。随后，此高度图可以用于将所述图案转印在所述衬底上期间校正所述衬底的位置，以便在所述衬底上的适当聚焦位置提供所述图案形成装置的空间图像。将理解的是，此情境中的“高度”是指相对于所述衬底显著在平面之外(也称为Z轴)的尺寸。通常，水平传感器或高度传感器在(相对于其本身的光学系统的)固定部位处执行测量，并且所述衬底与水平传感器或高度传感器的光学系统之间的相对运动产生了在跨越整个衬底上的多个部位处的高度测量。
图3B示意性地示出了本领域中已知的水平传感器或高度传感器LS的示例，其仅图示了操作的原理。在此示例中，所述水平传感器包括光学系统，所述光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。所述投影单元LSP包括辐射源LSO，所述辐射源LSO提供由所述投影单元LSP的投影光栅PGR赋予的辐射束LSB。所述辐射源LSO可以包括本文档的公开内容的实施例。
本公开旨在改善光源的可操作寿命，特别是包括中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)的宽带光源的可操作寿命。本公开的宽带光源可以用于量测工具，诸如上文描述的散射仪对准传感器、高度或水平传感器。
量测工具MT(诸如上述的散射仪、形貌测量系统、或位置测量系统)可以使用源自辐射源的辐射来执行测量。由所述量测工具所使用的辐射的性质可能会影响可能被执行的测量的类型和品质。对于一些应用，使用多个辐射频率来测量衬底可能是有利的，例如可以使用宽带辐射。多个不同的频率可以能够在不受其他频率干扰或受到其他频率最小干扰的情况下传播、照射量测目标和从量测目标散射离开。因此，例如，可以使用不同的频率以同时获得较多的量测数据。不同的辐射频率也可以能够查询和发现量测目标的不同性质。宽带辐射可以用于量测系统MT，诸如例如水平传感器、对准标记测量系统、散射测量工具、或检查工具。宽带辐射源可以是超连续谱源。
可能难以产生高品质的宽带辐射(例如超连续谱辐射)。产生宽带辐射的一种方法可以是例如利用非线性、高阶效应，使高功率窄带或单频输入辐射加宽。所述输入辐射(其可以使用激光器产生)可以被称为泵浦辐射。替代地，所述输入辐射可以被称为种子辐射。为了获得用于加宽效应的高功率辐射，可以将辐射约束于即限制于小区域内，使得实现局部强化的高强度辐射。在这些区域中，所述辐射可以与形成非线性介质的加宽结构和/或材料相互作用，以便产生宽带输出辐射。在高强度辐射区域中，通过设置合适的非线性介质，可以使用不同的材料和/或结构来实现和/或改善辐射加宽。
在一些实施方式中，在光子晶体光纤(PCF)中产生宽带输出辐射。在若干实施例中，这种光子晶体光纤在其光纤芯部周围具有微结构，从而有助于将行进穿过光纤的辐射限制在光纤芯部中。光纤芯部可以由具有非线性性质的实体材料制成，并且当高强度泵浦辐射被透射通过光纤芯部时能够产生宽带辐射。尽管在实体芯部的光子晶体光纤中产生宽带辐射是可行的，但使用实体材料可能存在一些缺点。例如，如果在实体芯部中产生UV辐射，则此辐射可能不会出现在光纤的输出光谱中，因为所述辐射会被大多数实体材料吸收。
在一些实施方式中，如下面参考图4B进一步论述的，用于加宽输入辐射的方法和设备可以使用光纤以供限制输入辐射，并且用于加宽所述输入辐射以输出宽带辐射。所述光纤可以是中空芯部光纤，并且可以包括用于实现在所述光纤中有效引导和限制辐射的内部结构。所述光纤可以是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)，其特别适于主要在所述光纤的中空芯部内进行强辐射限制，从而实现高辐射强度。光纤的中空芯部可以填充有充当用于加宽输入辐射的加宽介质的气体或气体混合物。这种光纤和气体混合物布置可以用于产生超连续谱辐射源。输入到光纤的辐射可以是电磁辐射，例如红外光谱、可见光谱、UV光谱和极UV光谱中的一种或更多种中的辐射。所述输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，所述宽带辐射在本文中可以称为白光。所述输出辐射可以覆盖UV、可见光范围和近红外光范围。所述输出辐射的准确光谱和功率密度将由多个参数确定，所述多个参数诸如光纤结构、气体混合物组分、气体压力、所述输入辐射的能量、所述输入辐射的脉冲持续时间和脉冲形状。
一些实施例涉及这种包括光纤的宽带辐射源的新设计。所述光纤是中空芯部光子晶体光纤(HC-PCF)。特别地，所述光纤可以是包括用于限制辐射的反谐振结构的类型的中空芯部光子晶体光纤。这种包括反谐振结构的光纤在本领域中已知为反谐振光纤、管状光纤、单环光纤、负曲率光纤或抑制耦合光纤。这种光纤的各种不同设计在本领域中是已知的。替代地，光纤可以是光子带隙光纤(HC-PBF，例如Kagome光纤)。
可以分别设计多种类型的HC-PCF，每种基于不同的物理引导机制。两种这样的HC-PCF包括：中空芯部光子带隙光纤(HC-PBF)和中空芯部反谐振反射光纤(HC-ARF)。关于HC-PCF的设计和制造的细节可以在通过引用而被合并入本文的美国专利US2004/015085A1(针对HC-PBF)和国际PCT专利申请WO2017/032454A1(针对中空芯部反谐振反射光纤)中找到。图4C(a)示出了包括Kagome晶格结构的Kagome光纤。
现在参考图4A描述用于在所述辐射源中所使用的光纤的示例，图4A是光纤OF的在横向平面上的示意性横截面视图。在WO2017/032454A1中披露了与图4A的光纤的实际示例类似的其他实施例。
光纤OF包括细长体，所述细长体在光纤OF的一个维度上比其他两个维度更长。这个较长的维度可以称为轴向方向，并且可以限定光纤OF的轴线。另外两个维度限定了可以被称为横向平面的平面。图4A示出了光纤OF在被标记为x-y平面的此横向平面上(即，垂直于轴线)的横截面视图。光纤OF的横向横截面可以是沿着光纤轴线基本恒定的。
将理解的是，光纤OF具有一定程度的灵活性或挠性，并且因此轴线的方向通常沿着光纤OF的长度将不是均一的。诸如光轴、横向横截面等的术语将被理解为是指局部光轴、局部横向横截面等。此外，当部件被描述为圆柱形或管状时，这些术语将被理解为涵盖在光纤OF弯曲时可能变形的这些形状。
光纤OF可以具有任何长度，并且将理解的是，光纤OF的长度可以取决于应用。光纤OF的长度可以在1cm与10m之间或0.1cm与10m之间，例如光纤OF的长度可以在10cm与100cm之间。
光纤OF包括：中空芯部COR；围绕所述中空芯部COR的包覆部分；以及围绕所述包覆部分并且支撑所述包覆部分的支撑部分SP。光纤OF可以被认为包括主体(包括包覆部分和支撑部分SP)，所述主体具有中空芯部COR。包覆部分包括多个反谐振元件，以用于引导辐射通过中空芯部COR。特别地，多个反谐振元件被布置成将通过光纤OF传播的辐射主要地限制在中空芯部HC内，并且沿着光纤OF引导所述辐射。光纤OF的中空芯部HC可以基本上设置在所述光纤OF的中心区域中，使得光纤OF的轴线也可以限定光纤OF的中空芯部HC的轴线。
所述包覆部分包括多个反谐振元件，以用于引导辐射传播通过光纤OF。特别地，在此实施例中，所述包覆部分包括具有六个管状毛细管CAP的单个环。每个管状毛细管CAP充当反谐振元件。
毛细管CAP也可以被称为管。毛细管CAP的横截面可以是圆形的，或者可以具有其他形状。每个毛细管CAP包括大致圆柱形的壁部分WP，所述壁部分WP至少部分地限定了光纤OF的中空芯部HC，并且将中空芯部HC与毛细管腔CC分离。将理解的是，所述壁部分WP可以充当针对传播通过所述中空芯部HC(并且可以按照掠入射角入射到所述壁部分WP上)的辐射的抗反射法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器。所述壁部分WP的厚度可以适合于确保大致增强返回到中空芯部HC内的反射，而大致抑制进入毛细管腔CC的透射。在一些实施例中，毛细管壁部分WP可以具有介于0.01μm-10.0μm之间的厚度。
将理解的是，如本文所使用的，术语包覆部分旨在意指光纤OF的用于引导辐射传播通过光纤OF的部分(即，将所述辐射限制在中空芯部COR内的毛细管CAP)。辐射可以被限制呈沿着光纤轴线传播的横向模态的形式。
所述支撑部分大致为管状的，并且支撑所述包覆部分的六个毛细管CAP。如果是内支撑部分SP，则六个毛细管CAP均匀地围绕内表面分布。六个毛细管CAP可以被描述为以大致六边形形式设置。
毛细管CAP被布置成使得每个毛细管不与任何其他毛细管CAP相接触。每个毛细管CAP与内支撑部分SP相接触，并且与环形结构中的相邻毛细管CAP间隔开。这种布置可能是有益的，因为它可以增加光纤OF的透射带宽(例如相对于毛细管彼此接触的布置)。替代地，在一些实施例中，每个毛细管CAP可以与环形结构中的相邻毛细管CAP接触。
所述包覆部分的六个毛细管CAP被设置呈围绕所述中空芯部COR的环形结构。毛细管CAP的环形结构的内表面至少部分地限定了光纤OF的中空芯部HC。所述中空芯部HC的直径d(其可以被定义为在相对置的毛细管之间的最小尺寸、由箭头d指示)可以是介于10μm与1000μm之间。所述中空芯部HC的直径d可以影响中空芯部光纤OF的模场直径、冲击损耗、分散、模复数即模态多元性、和非线性性质。
在此实施例中，所述包覆部分包括毛细管CAP(其充当反谐振元件)的单环布置。因此，在从中空芯部HC的中心至光纤OF的外部的任何径向方向上的线不会穿过多于一个的毛细管CAP。
将理解的是，其他实施例可以具备不同的反谐振元件布置。这些可以包括具有反谐振元件的多环的布置、和具有嵌套式即巢状反谐振元件的布置。此外，尽管图4A所示的实施例包括六个毛细管的环，但在其他实施例中，可以在所述包覆部分中设置一个或更多个环，所述一个或更多个环包括任意数量的反谐振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)。
图4C(b)示出了以上论述的具有多个管状毛细管的单环的HC-PCF的修改的实施例。在图4C(b)的示例中，存在管状毛细管21的两个同轴环。为了保持管状毛细管21的内环和外环，HC-PCF中可以包括支撑管ST。支撑管可以由二氧化硅制成。
图4A以及图4C(a)和(b)示例中的管状毛细管可以具有圆形横截面形状。管状毛细管也可以是其他形状，如椭圆形或多边形横截面。替代地，图4A以及图4C(a)和(b)的示例的管状毛细管的实体材料可以包括塑料材料，如PMA、玻璃、如二氧化硅、或软玻璃。
图4B描述了用于提供宽带输出辐射的辐射源RDS。所述辐射源RDS包括脉冲泵浦辐射源PRS，或者能够产生具有所需长度和能量水平的短脉冲的任何其他类型的源；具有中空芯部COR的光纤OF(例如图4A所示类型)；以及设置在中空芯部COR内的工作介质WM(例如气体)。尽管在图4B中，所述辐射源RDS包括图4A所示的光纤OF，但在替代实施例中，可以使用其他类型的中空芯部光纤。
脉冲泵浦辐射源PRS被配置成提供输入辐射IRD。光纤OF的中空芯部HC被布置成接收来自脉冲泵浦辐射源PRS的输入辐射IRD，并且加宽所述输入辐射IRD以提供输出辐射ORD。工作介质WM能够加宽所接收的输入辐射IRD的频率范围，以便提供宽带输出辐射ORD。
所述辐射源RDS还包括贮存器RSV。光纤OF被设置在贮存器RSV内部。贮存器RSV也可以被称为壳体、容器或气室。所述贮存器RSV被配置成容纳所述工作介质WM。所述贮存器RSV可以包括本领域中已知的用于控制、调节和/或监测所述贮存器RSV内部的工作介质WM(其可以是气体)的组分的一个或更多个特征。所述贮存器RSV可以包括第一透明窗口TW1。在使用中，光纤OF被设置在贮存器RSV内，使得第一透明窗口TW1被定位接近于光纤OF的输入端IE。所述第一透明窗口TW1可以形成所述贮存器RSV的壁的部分。所述第一透明窗口TW1可以至少对于所接收的输入辐射频率是透明的，使得所接收的输入辐射IRD(或其至少大部分)可以被耦合到位于贮存器RSV内部的光纤OF中。将理解的是，可以设置光学器件(未示出)以用于将所述输入辐射IRD耦合到光纤OF中。
所述贮存器RSV包括第二透明窗口TW2，所述第二透明窗口TW2形成所述贮存器RSV的壁的部分。在使用中，当将光纤OF设置在贮存器RSV内部时，第二透明窗口TW2被定位接近于光纤OF的输出端OE。所述第二透明窗口TW2可以至少对于设备的宽带输出辐射ORD的频率是透明的。
替代地，在另一实施例中，光纤OF的两个相对置的端部可以放置在不同的贮存器内部。光纤OF可以包括被配置成接收输入辐射IRD的第一端部段、和用于输出宽带输出辐射ORD的第二端部段。所述第一端部段可以被放置在包括工作介质WM的第一贮存器内。所述第二端部段可以被放置在第二贮存器内，其中所述第二贮存器也可以包括工作介质WM。贮存器的运作可以是如上述关于图4B所描述的。所述第一贮存器可以包括第一透明窗口，所述第一透明窗口被配置成对于输入辐射IRD是透明的。所述第二贮存器可以包括第二透明窗口，所述第二透明窗口被配置成对于宽带输出宽带辐射ORD是透明的。第一贮存器和第二贮存器也可以包括可密封开口，以允许光纤OF被部分地放置在贮存器内部并且部分地被放置于贮存器外部，从而气体可以被密封在所述贮存器内部。光纤OF还可以包括没有被包含在贮存器内部的中间部段。对于光纤OF是相对较长的(例如，当长度大于1m时)的实施例而言，使用两个单独的气体贮存器的这种布置可能是特别方便的。将理解的是，对于使用两个单独的气体贮存器的这种布置，两个贮存器(其可以包括本领域已知的用于控制、调节和/或监测两个贮存器内部的气体的组分的一个或更多个特征)可以被认为提供了一种用于将工作介质WM提供到光纤OF的中空芯部HC内的设备。
在此情境中，如果入射到窗口的一频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％被透射过所述窗口，则所述窗口对所述频率可以是透明的。
第一透明窗口TW1和第二透明窗口TW2两者都可以在贮存器RSV的壁内形成气密密封，使得工作介质WM(其可以是气体)可以被容纳在贮存器RSV内。将理解的是，气体WM可以在不同于贮存器RSV的环境压力的压力的情况下被容纳在贮存器RSV内。
所述工作介质WM可以包括惰性气体(诸如氩、氪和氙)、拉曼活性气体(诸如氢、氘和氮)、或者气体混合物(诸如氩/氢混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物、氪/氦或氮/氢混合物)。取决于填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(MI)、孤子自压缩、孤子裂变、克尔效应(Kerr effect)、拉曼效应和分散波产生，其细节在WO2018/127266A1和US9160137B1(两者均通过引用而被合并入本文)中被描述。由于可以通过改变所述贮存器RSR中的工作介质WM压力(即气室压力)来调节填充气体的分散性，则可以调整所产生的宽带脉冲动态和相关联的光谱加宽特性，以便优化频率转换。
在一种实施方式中，至少在接收输入辐射IRD来用于产生宽带输出辐射ORD的过程中，所述工作介质WM可以被设置在中空芯HC内。将理解的是，在光纤OF不接收输入辐射IRD来用于产生宽带输出辐射时，气体WM可以完全地或部分地不存在于中空芯部COR中。
为了实现频率加宽，可能需要高强度辐射。具有中空芯部光纤OF的优点在于，通过对传播通过光纤OF的辐射进行强空间限制，可以实现高强度辐射，从而实现高的局部辐射强度。例如，由于所接收的输入辐射强度高和/或由于光纤OF内部的辐射的空间限制强，则光纤OF内部的辐射强度可以是高的。中空芯部光纤的优点在于，它们可以引导比实体芯部光线具有更宽波长范围的辐射，并且特别地，中空芯部光纤可以引导紫外和红外范围这两个范围内的辐射。
使用中空芯部光纤OF的优点可以在于，在光纤OF的内部受引导的大部分辐射被限制到中空芯部COR。因此，光纤OF内部的辐射的大部分相互作用是与工作介质WM的相互作用，所述工作介质WM被设置在光纤OF的中空芯部HC内部。因此，可以增加工作介质WM对辐射的加宽效应。
所接收的输入辐射IRD可以是电磁辐射。所述输入辐射IRD可以作为脉冲辐射而被接收。例如，所述输入辐射IRD可以包括例如由激光器产生的超快脉冲。
所述输入辐射IRD可以是相干辐射。所述输入辐射IRD可以是经准直辐射，其优点在于可以促进和提高将输入辐射IRD耦合到光纤OF的效率。所述输入辐射IRD可以包括单个频率、或窄频率范围。所述输入辐射IRD可以由激光器产生。类似地，所述输出辐射ORD可以是经准直辐射和/或可以是相干辐射。
所述输出辐射ORD的宽带范围可以是连续范围，所述连续范围包括辐射频率的连续范围。所述输出辐射ORD可以包括超连续谱辐射。连续辐射可以在许多应用(例如量测应用)中使用是有益的。例如，频率的连续范围可以用于查询大量性质。例如，频率的连续范围可以用于确定和/或消除所测量性质的频率依赖性即频率相关性。例如，超连续谱输出辐射ORD可以包括波长范围为100nm-4000nm，或甚至高达10μm的电磁辐射。例如，宽带输出辐射ORD的频率范围可以是400nm-900nm、500nm-900mm或200nm-2000nm。超连续谱输出辐射ORD可以包括白光。
由脉冲泵浦辐射源PRS所提供的所述输入辐射IRD可以是脉冲式的。所述输入辐射IRD可以包括(在200nm与2μm之间的)一个或更多个频率的电磁辐射。例如，所述输入辐射IRD可以包括波长为1.03μm的电磁辐射。所述脉冲辐射IRD的重复率可以是1kHz至100MHz的量级。脉冲能量的量级可以为0.1μJ至100μJ的量级，例如1μJ-10μJ。所述输入辐射IRD的脉冲持续时间可以在10fs与10ps之间，例如300fs。所述输入辐射IRD的平均功率可以在100mW至数个100W之间。例如，输入辐射IRD的平均功率可以是20W-50W。
脉冲泵浦辐射源PRS可以是激光器。通过调节(泵浦)激光器参数、工作组分WM变化、以及光纤OF参数，可以改变和调节沿着光纤OF传输的这种激光脉冲的时空传输特性(例如其光谱振幅和相位)。所述时空传输特性可以包括以下的一个或更多个：输出功率、输出模态分布、输出时间分布、输出时间分布的宽度(或输出脉冲宽度)、输出光谱分布、以及输出光谱分布的带宽(或输出光谱带宽)。所述脉冲泵浦辐射源PRS参数可以包括以下中的一个或更多个：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OF参数可以包括以下中的一个或更多个：光纤长度、中空芯部101的尺寸和形状、毛细管的尺寸和形状、围绕中空芯部的毛细管的壁的厚度。所述工作组分WM(例如填充气体)参数可以包括以下中的一个或更多个：气体类型、气体压力和气体温度。
由所述辐射源RDS所提供的宽带输出辐射ORD可以具有至少1W的平均输出功率。平均输出功率可以是至少5W。平均输出功率可以是至少10W。宽带输出辐射ORD可以是脉冲宽带输出辐射ORD。宽带输出辐射ORD的输出辐射的整个波长带的功率谱密度可以是至少0.01mW/nm。宽带输出辐射的整个波长带的功率谱密度可以是至少3mW/nm。
图5示出了包括HC-PCF的宽带光源设备的示例。光源500可以包括其中嵌入有HC-PCF 501的气室502。HC-PCF 501的两端中的每个可以以光学方式耦合到窗口503/504，输入束和输出束行进通过所述窗口503/504。
在使用中，气室502可以填充有气体(其可以是气体混合物)，并且HC-PCF 501可以填充有相同或基本类似的气体。可以通过在HC-PCF 501的输入端与输出端之间提供压力差来建立气流。气室或/和HC-PCF 501中的这种压力可以在0.1-100巴的范围内。气室可以是复合材料。
输入源(诸如泵浦激光器)通过输入窗口503进入所述光源。输入光束506被会聚并且进入HC-PCF 501。当束行进通过HC-PCF 501时，束的光谱被加宽，从而产生宽带输出束505。
在HC-PCF的端部琢面与窗口之间设置有间隙509，以防止窗口(特别是输出窗口)的介电击穿。如图5所示，宽带束段505在离开HC-PCF输出琢面时发散，使得在一旦所述宽带束段505到达输出窗口503时，束的强度是较低的。因此，撞击在输出窗口503上的束的强度低于窗口的介电击穿的强度阈值。
当操作基于HC-PCF的光源(诸如光源500)时，污染物随时间在HC-PCF的端部琢面上生长。特别地，本发明人已经观察到污染物生长主要在HC-PCF的输出琢面上发展即进展。污染物的生长看起来发生在光强度为最高的地方，特别地，污染物生长在HC-PCF的输出琢面处高于在输出窗口处。在光的光谱变宽的位置也似乎会发生污染物的生长，特别地，污染物在输入琢面上的生长不那么强烈。此外，主要地在HC-PCF的输出琢面上观察到污染物，而不是HC-PCF本身的内部。
污染物可能由于二氧化硅颗粒从气室的窗口、或从HC-PCF被烧蚀而产生。污染物可以利用来自PCF的经加宽的输出光而经历光致过程，并且改变它们的化学结构和/或在输出琢面上发生结晶。在操作一定量的数个小时之后(例如，在已传输了一定剂量(J)的激光能量之后)，这种污染物会导致光纤性能退化；这种退化可以称为玻璃状生长现象(GGP)：例如，在光纤的输出端处生长的SiOx结构。
这些污染物的积聚会导致光源的寿命缩短。GGP和在输出琢面处所产生的污染物生长可以突出到发散束的光路中。这会导致输出光的散射，并且因而导致所述光源的输出功率的衰减。GGP会缩短所述源的寿命：GGP引起光散射，且因此光纤会损失其性能。例如，这可能导致在大约200小时后，传感器所需的光子预算没有得到满足。此外，GGP会引起光源功率/光谱密度和模态分布的漂移，如果无法解决，则需要频繁的重新校准。如此，光纤的短寿命意味着在现场中频繁更换光纤，并且可能导致机器每年会有非常严重的停机时间(大约几天)。这对于工业化产品来说是不可接受的。
图6示出了在延长的操作时段之后的HC-PCF的输出端琢面处的污染物生长的示意性示例。为了减少这些污染物生长并且延长HC-PCF光源的操作寿命，可能需要防止污染物的形成，降低它们在光源设备中的浓度或抑制污染物引起的GGP生长。用于降低污染物浓度并且防止它们形成的可能技术包括，在用于光源之前严格清洁发光单元/灯泡的部分和气体环境。然而，利用已知的清洁方法实现充分的清洁是具有挑战性的，并且可能无法避免所有的污染物。
为了描述GGP的原因，将提供关于目前可以如何制造反谐振光纤的描述。基于HC-PCF的材料通常由纯熔融二氧化硅(SiO2)HC-PCF组成。在几何方面，中央的中空芯部由大量的薄壁(例如，～170nm的壁厚)反谐振光纤或管围绕；例如，以方位角均匀的方式围绕所述芯部而布置。芯部和管可以被封装在熔融二氧化硅护套中。
图7图示了目前可用于形成中空芯部光纤或HC-PCF的端部的过程。光纤可以经历锥形化和切开阶段。首先，如步骤700所示，光纤外部护套OJ可以经受来自等离子体放电PL的热量，导致管ARE在表面张力下部分地发生塌陷。可以在步骤710中看到其结果，其中在长度Ltp≤激光束的瑞利(Rayleigh)长度(非绝热的锥形)的相当短的锥形化过渡区域上，管ARE的直径从第一直径d减小到较小的第二直径dtp。如此，中空芯部的直径D增加到直径Dtp。通过将锋利的刀片BL(例如，金刚石刀片)施加到光纤护套上，则在锥形化区域的腰部处或附近切开所述光纤，从而得到两个部分，如步骤720所示，每个部分包括干净的新的SiO2表面。在切开过程期间，可能通过施加机械应力/张力而迫使由刀片BL所产生的小裂纹沿着垂直于光纤纵向轴线的表面传播。如步骤730中所图示，可以在光纤的第二端上重复所述锥形化和切开过程，以产生具有输入耦合端IC和输出耦合端OC的双侧锥形化光纤(当然，相比之下，端部之间的光纤部段将显著地更长)。这些端部通常可以基本上具有相同的形式并且是能够互换的。
此过程初始地是针对所述光纤的输入耦合侧而开发的，以通过保护所述光纤免受输入激光的焦点的高强度影响而提高所述光纤的损坏阈值。在这种情况下，毛细管被推离了激光焦点，使得光纤对于束指向不稳定性是更鲁棒的或更稳健的，即更加耐受束指向不稳定性。
在光纤寿命期间，观察所述光纤的OC端部尖端处的玻璃状结构的生长。在管和护套的在端部尖端处的锋利边缘处，生长是更为明显的。若干个因素贡献于即促成了这一点，其中一些因素与光纤端部的结构裂痕或结构性缺陷有关。一个这种问题是在原子态氢存在的情况下的表面还原。已知二氧化硅玻璃可以在原子态氢存在的情况下，在相对低的温度(～100摄氏度)的情况下根据以下反应被还原：SiO2(s)+4H→Si(s)+2H2O(g)。分子H2需要超过1000℃的温度来蚀刻二氧化硅表面。H2源包括：被刻意地添加到气体混合物中的H2(例如，2％H2)，其可以被添加以用于减少管变型、水从气体系统的表面和光纤表面本身的脱气即放出气体、碳氢化合物(CxHy)以及杂质。
缺陷中心和结构裂痕或结构性缺陷(例如，切开和锋利边缘)例如通过增强原子态氢的产生来增强表面还原。例如，缺陷中心充当用于产生原子态氢的“化学中心”：利用0.3-0.4eV的活化能使缺陷位置处的分子H2断裂是众所周知的现象。示例是在硅悬键(danglingbond)处的反应：H2+·Si(～O3)→H+HSi(～O3)。在受控环境下，这可以用于钝化所述悬键。在不受控的环境中，此反应可以是原子态氢的来源。此外，缺陷中心在玻璃与气体的界面处形成局部热点(高温点)。这提供或降低了H2光解离成原子态氢所需的活化能。缺陷中心增强了玻璃与气体的界面处的局部电场。这提供或降低了H2光解离成原子态氢所需的活化能。
另外，结构裂痕或结构性缺陷增强了玻璃中的光吸收和多光子电离。这经由增加温度和原子态氢浓度来增强局部缺陷处的表面还原。已知的是，玻璃在结构裂痕或结构性缺陷处的行为与金属相似(吸收波长低于1μm的光)[例如，参见“Metallic-likephotoluminescence and absorption in fused silica surface flaws”，TedA.Laurence等人，Applied Physics Letters 94，151114(2009)；其通过引用而被合并入本文]。这归因于在结构裂痕或结构性缺陷的局部处的缺陷中心的增加。缺陷中心提供局部电子。在这些部位处，玻璃基质(本质上是电介质)的电子结构受到干扰。在短波长和高强度光(即超连续谱脉冲)存在的情况下，玻璃中的多光子吸收和雪崩电离促成了电子从价带提升到导带，从而在玻璃的表面处形成电子等离子体。这通过增加原子态氢的产生来增强表面还原。在高强度光下在透明介质中形成等离子体是一种已知的效果，并且用于产生金属熔合至玻璃的熔融、或玻璃熔合至玻璃的熔融。在超连续谱脉冲的持续时间内被提升到导带的电子导致对玻璃的加热，并且在缺陷和裂痕或结构性缺陷处产生极热。
切开过程能够产生原子级光滑表面的知识是基于对晶体的切开，并且发明人已经观察到这无法直接地被推广到非晶材料，诸如用于光纤制造的熔融二氧化硅。对于这种非晶材料，切开工序会导致光纤端部突然地终止，并且从而存在如下情况：(a)在对护套的刀片冲击的位置处产生结构裂痕和缺陷(例如锋利边缘和缺陷)，以及(b)在表面处产生表面缺陷，诸如悬键(NBOHC和E’-中心)。如已经解释的，这些成为了表面还原和对玻璃生长进行晶种即引晶的合适中心。如此，当前的后处理步骤使所述光纤的端部尖端具有粗糙表面和锋利边缘，并且具有很大集中度即很大量的玻璃缺陷(例如，悬键)。建议采用改进的端部处理步骤以解决这些问题，并且控制端部尖端处的玻璃状生长过程。
因此，提出了一种用于形成中空芯部光纤(诸如HC-PCF)的锥形化端部的改进方法。主要目的是尽可能平滑地终止所述光纤的端部尖端，因而使所述尖端处的玻璃性质尽可能与主体玻璃相似。
图8是经修改的处理工序的示意图。所述方法可以包括以与现有相同的方式制备所述光纤，即执行图7中所图示的锥形化和切开步骤。如此，步骤700、710、720、730基本上与步骤800、810、820、830相同。在此示例中，第一锥形化步骤810使所述管部分地打开。因此，如横截面CS830所示，锥形化端部的反谐振元件AREtp的直径dtp小于未锥形化的光纤CS800的反谐振元件ARE的直径d。之后，可以进行以受控方式加热所述尖端的步骤840；例如，通过对至少所述输出耦合端OC进行火焰抛光或热抛光并且使其平滑化。可以在所述切开步骤820之后，通过施加例如附加电弧(例如，类似于在所述锥形化步骤中所使用的电弧)、激光辐射(例如CO2激光)或火焰来执行此热抛光和平滑步骤840。所产生的热量将导致反谐振元件的进一步塌陷，例如，使得所述反谐振元件基本上或完全塌陷AREcl，并且外护套的内边缘或内缘OJir和/或外边缘或外缘OJor是经平滑化的，如横截面图CS840和附图细节所示。替代地，在切开之前的锥形化步骤810可以被修改成使反谐振元件ARE基本上或完全塌陷，且在这之后执行热抛光和平滑步骤830。
平滑的内缘OJir和/或外缘OJor可以使这些缘倒圆，从而使得这些缘中的一个或两个具有基本上(部分)圆形或椭圆形的轮廓。例如，这些缘的缘或缘半径(例如，附图中的白色虚线圆圈的半径)可以大于0.5μm、大于2μm或大于5μm。
塌陷的管AREcl可以具有在开口平面(垂直于光纤轴线)的至少一个维度上不大于10μm、不大于5μm、不大于2μm或不大于1μm的开口。
在实施例中，输出耦合侧OC的锥形化部段的长度可以比输入耦合侧IC的长度更长或更短。替代地，输入耦合和输出耦合的锥形化部段的长度可以是相同的，但是输出耦合侧处的锥形化轮廓可以是更尖锐的(例如，具有更陡的轮廓梯度)。如此，所述过程可能导致所述光纤的输入耦合端IC与输出耦合端OC之间的不对称。这使得输入耦合IC端处的反谐振元件ARE保持略微打开，以抗衡即平衡所述芯部中的正的气体压力。
可以在保护性氛围中执行整个过程。
所述方法可以包括最终退火步骤。如此，过程参数(例如，温度、环境组分即氛围组分、和/或压力等)可以被选择成也提供玻璃的退火，使得整个光纤被退火，以供去除至少一些剩余的缺陷(即悬键)和残余应力。作为示例，热量可以由激光器(例如CO2激光器)或火焰提供。
对本文中所披露的经端部处理的光纤所执行的寿命测试显示了寿命方面的直接改善。特别是，在测试的持续期间，未观察到500-900nm光谱范围内的功率谱密度的衰减。这是针对光纤所观察到的最长寿命。经端部处理的光纤与正常锥形化光纤的玻璃状生长图案之间的比较示出了，对于经端部处理的光纤，管尖端上的主要生长被完全地消除，仅可观察到护套内缘上的对称性生长。生长图案也平滑得多。因此，使用这种光纤的光源的总输出功率示出了，以与基于未经端部处理的光纤的源相比更低得多的速率逐渐降低。
在以下编号方面的列表中披露了其它实施例：
1.一种处理中空芯部光纤的输出耦合端的方法，所述中空芯部光纤包括围绕中空芯部的多个反谐振元件，所述方法包括：
执行锥形化步骤，以在所述反谐振元件中形成锥形部；
在所述锥形部处执行切开步骤，以形成所述中空芯部光纤的至少一个锥形化输出耦合端；以及
执行端部处理步骤，所述端部处理步骤包括以受控方式进一步加热所述输出耦合端，以平滑所述输出耦合端。
2.根据方面1所限定的方法，包括使反谐振元件在所述输出耦合端处基本上塌陷。
3.根据方面2所限定的方法，其中，所述反谐振元件的所述塌陷作为所述端部处理步骤的部分被执行。
4.根据方面2所限定的方法，其中，所述反谐振元件的所述塌陷作为所述锥形化步骤的部分被执行。
5.根据方面2、3或4所限定的方法，其中，所述反谐振元件的所述塌陷使得每个反谐振元件在输出耦合端处具有开口，所述开口在输出平面的至少一个维度上不大于1μm。
6.根据方面2、3或4所限定的方法，其中，所述反谐振元件的所述塌陷使得每个反谐振元件在输出耦合端处具有开口，所述开口在输出平面的至少一个维度上不大于5μm。
7.根据方面2至6中任一项所限定的方法，其中，所述方法不包括反谐振元件在所述中空芯部光纤的输入耦合端处的等效塌陷步骤。
8.根据方面2至7中任一项所限定的方法，其中，所述塌陷步骤使得在所述输出耦合端处的锥形部的长度比在所述输入耦合端处的锥形部更长。
9.根据方面2至8中任一项所限定的方法，其中，所述塌陷步骤使得在所述输出耦合端处的锥形部的轮廓具有比在所述输入耦合端处的锥形部更陡的梯度。
10.根据任一前述方面所限定的方法，其中，所述端部处理步骤包括热抛光和平滑所述输出耦合端。
11.根据方面10所限定的方法，其中，热抛光和平滑步骤包括向所述输出耦合端施加电弧、激光辐射或火焰中的一种或更多种。
12.根据任一前述方面所限定的方法，其中，所述端部处理步骤使得在输出耦合端处的所得的经平滑的内缘和/或外缘包括圆形轮廓。
13.根据方面12所限定的方法，其中，所述内缘和/或所述外缘的圆形轮廓包括大于0.5μm的缘半径。
14.根据方面12所限定的方法，其中，所述内缘和/或所述外缘的圆形轮廓包括大于5μm的缘半径。
15.根据任一前述方面所限定的方法，包括执行退火步骤以退火所述输出耦合端。
16.根据任一前述方面所限定的方法，其中，所述中空芯部光纤包括中空芯部光子晶体光纤。
17.一种中空芯部光纤，所述中空芯部光纤通过执行根据任一前述方面的方法获得。
18.一种中空芯部光纤，包括：
围绕中空芯部的多个反谐振元件；
围绕所述反谐振元件的外护套；
具有第一锥形化区域的输入耦合端；以及
具有第二锥形化区域的输出耦合端；
其中，反谐振元件在所述输出耦合端处是基本上塌陷的；并且所述输出耦合端是基本上平滑的，使得所述护套的内缘和/或外缘包括在所述输出耦合端处的圆形轮廓。
19.根据方面18所限定的中空芯部光纤，其中，所述内缘和/或所述外缘的圆形轮廓包括大于0.5μm的缘半径。
20.根据方面18所限定的中空芯部光纤，其中，所述内缘和/或所述外缘的圆形轮廓包括大于5μm的缘半径。
21.根据方面18至20中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述反谐振元件中的每个在所述输出耦合端处具有开口，所述开口在输出平面中的至少一个维度上不大于1μm。
22.根据方面18至20中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述反谐振元件中的每个在所述输出耦合端处的开口在输出平面中的至少一个维度上不大于5μm。
23.根据方面18至22中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述反谐振元件中的每个在所述输入耦合端处具有大于在所述输出耦合端处的开口的开口。
24.根据方面18至23中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述第二锥形化区域的长度比所述第一锥形化区域的长度更长。
25.根据方面18至24中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述第二锥形化区域的锥形部具有比所述第一锥形化区域的锥形部更陡的梯度。
26.根据方面18至25中任一项所限定的中空芯部光纤，其中，所述中空芯部光纤包括中空芯部光子晶体光纤。
27.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置成在接收到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，包括：
方面18至26中任一项的中空芯部光纤；以及
填充所述中空芯部光纤的气体混合物。
28.根据方面27所限定的宽带光源，其中，所述中空芯部光纤耦合到光学光源，所述光学光源包括泵浦激光器。
29.一种量测装置，所述量测装置包括根据方面的宽带光源，其中所述光源被配置成产生用于投影到衬底上的光。
30.根据方面29的量测装置，其中，所述量测装置是以下中的一种：散射仪、对准传感器、或调平传感器。
虽然在本文中可以具体地提及光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头，等等。本领域技术人员将理解的是，在这些替代应用的情境中，本文中术语“晶片”或“管芯”的任何使用可以被视为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。可以在曝光之前或之后在例如轨道或涂覆显影系统(通常将抗蚀剂层施加到衬底并且使经曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检查工具中处理本文中所提及的衬底。在适用的情况下，可以将本文的披露内容应用于这些和其他衬底处理工具。另外，可以将所述衬底处理一次以上，例如以便形成多层IC，使得本文中所使用的术语衬底也可以指代已经包含一个或更多个经处理层的衬底。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但将理解的是，可以用与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。
以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。因而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在不脱离以下随附的权利要求书的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种处理中空芯部光纤的输出耦合端的方法，所述中空芯部光纤包括围绕中空芯部的多个反谐振元件，所述方法包括：
执行锥形化步骤，以在所述反谐振元件中形成锥形部；
在所述锥形部处执行切开步骤，以形成所述中空芯部光纤的至少一个锥形化输出耦合端；以及
执行端部处理步骤，所述端部处理步骤包括以受控方式进一步加热所述输出耦合端，以平滑所述输出耦合端。
2.根据权利要求1所述的方法，包括使反谐振元件在所述输出耦合端处基本上塌陷。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述反谐振元件的所述塌陷作为所述端部处理步骤的部分被执行；或
所述反谐振元件的所述塌陷作为所述锥形化步骤的部分被执行。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，所述方法不包括反谐振元件在所述中空芯部光纤的输入耦合端处的等效塌陷步骤。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述端部处理步骤包括热抛光和平滑所述输出耦合端；以及可选地，热抛光和平滑步骤包括向所述输出耦合端施加电弧、激光辐射或火焰中的一种或更多种。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，包括执行退火步骤以退火所述输出耦合端。
7.一种中空芯部光纤，所述中空芯部光纤是通过执行根据任一前述权利要求的方法被获得的。
8.一种中空芯部光纤，包括：
围绕中空芯部的多个反谐振元件；
围绕所述反谐振元件的外护套；
具有第一锥形化区域的输入耦合端；以及
具有第二锥形化区域的输出耦合端；
其中，反谐振元件在所述输出耦合端处是基本上塌陷的；并且所述输出耦合端是基本上平滑的，使得所述护套的内缘和/或外缘包括在所述输出耦合端处的圆形轮廓。
9.根据权利要求8所述的中空芯部光纤，其中，所述内缘和/或所述外缘的圆形轮廓包括大于0.5μm的缘半径。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的中空芯部光纤，其中，所述反谐振元件中的每个在所述输出耦合端处具有开口，所述开口在输出平面中的至少一个维度上不大于1μm。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的中空芯部光纤，其中，所述反谐振元件中的每个在所述输入耦合端处具有大于在所述输出耦合端处的开口的开口。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的中空芯部光纤，其中，所述第二锥形化区域的长度比所述第一锥形化区域的长度更长。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的中空芯部光纤，其中，所述中空芯部光纤包括中空芯部光子晶体光纤。
14.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置成在接收到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，包括：
权利要求8至13中任一项的中空芯部光纤；以及
填充所述中空芯部光纤的气体混合物。
15.一种量测装置，所述量测装置用以确定物体上的结构的特性，所述量测装置包括根据权利要求的宽带光源，其中所述光源被配置成产生用于投影到所述衬底上的光。
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