CN116670578A - 基于空芯光子晶体纤维的宽带辐射产生器 - Google Patents

Abstract

一种宽带光源装置被配置为用于在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：空芯光子晶体纤维(HC‑PCF)，所述空芯光子晶体纤维包括至少一个结构变化部分，所述至少一个结构变化部分具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，其中，所述至少一个结构变化部分至少包括第一结构变化部分，所述第一结构变化部分位于沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的一位置的下游，在所述位置处，所述泵浦辐射将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而在光谱上被扩展，并且其中，所述至少一个结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射包括在紫外区中的波长。

Description

基于空芯光子晶体纤维的宽带辐射产生器

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年12月10日递交的欧洲申请20213013.4和2021年6月8日递交的欧洲申请21178292.5的优先权，所述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子晶体纤维的宽带辐射产生器，并且具体地是与集成电路制造中的量测应用有关的这种宽带辐射产生器。

背景技术

光刻设备是被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。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(经常也被称为“设计布局”或“设计”)投影到提供于衬底(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。该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是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，使用具有在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更小的特征。

低k₁光刻可以用于处理具有小于光刻设备的典型分辨率极限的尺寸的特征。在该过程中，可以将分辨率公式表达为CD＝k₁×λ/NA，其中，λ是所使用的辐射的波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是所印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下是半节距)并且k₁是经验分辨率因子。一般而言，k₁越小，就越难以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。为了克服这些困难，可以将复杂的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、自定义照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化，诸如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也被称为“光学及过程校正”)，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环路可以用于改善在低k1下的图案的再生。

量测工具用于IC制造过程的许多方面中，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、用于例如在过程控制中检查/测量经曝光的和/或经蚀刻的产品的基于聚焦控制及散射测量的工具。在各种情况下，都需要辐射源。出于包括测量稳健性和准确度的各种原因，宽带或白光辐射源越来越多地被用于这种测量应用。将期望对现有的装置进行改进以用于宽带辐射的产生。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为用于在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：空芯光子晶体纤维(HC-PCF)，所述空芯光子晶体纤维包括至少一个结构变化部分，所述至少一个结构变化部分具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，其中，所述至少一个结构变化部分至少包括第一结构变化部分，所述第一结构变化部分位于沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的一位置的下游，在所述位置处，所述泵浦辐射将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而在光谱上被扩展，并且其中，所述至少一个结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射包括在紫外区中的波长。

在本发明的第二方面中，提供一种优化至少第一结构变化部分沿着空芯光子晶体纤维(HC-PCF)的长度的位置，使得在由输入辐射激励之后从所述空芯光子晶体纤维产生的宽带输出辐射包括在紫外区中的波长的方法，其中，所述优化包括：确定沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的、将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而在光谱上扩展所述泵浦辐射的位置；以及将所述第一结构变化部分定位在确定的所述位置的下游。

本发明的其他方面包括量测装置，所述量测装置包括如第一方面所述的宽带光源装置。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图并仅以示例的方式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图示，示出优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

-图4描绘可以包括根据本发明的实施例的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是可以在横向平面中(即，垂直于光纤的轴线)形成根据实施例的辐射源的一部分的空芯光纤的示意性横截面图；

-图8描绘用于提供宽带输出辐射的根据实施例的辐射源的示意性图示；

图9(a)和图9(b)示意性地描绘用于超连续光谱产生的空芯光子晶体纤维(HC-PCF)设计的示例的横向横截面；

-图10是点扩散功率谱密度(PSD)相对于波长λ的曲线图，该曲线图描述了分别从具有30μm芯直径的纤维、具有20μm芯直径的纤维及在较低压力下操作的具有30μm芯直径的纤维产生的三个输出光谱的仿真；

-图11(a)示意性地描绘被配置为用于产生具有平滑光谱轮廓及扩展的短波长边缘的宽带输出辐射的单腰部空芯光纤；

-图11(b)示意性地描绘图11中示出的单腰部空芯光纤的另一种配置，其中，所述单腰部区不包括中心腰部区段；

-图12(a)示出相对于沿着用于仿真的纤维长度的位置P的波长λ能量(或信号sig(dB))谱密度曲线图，该波长λ能量(或信号sig(dB))谱密度曲线图描述了单腰部空芯光纤(例如，如图11(b)中所示)内的输入辐射的脉冲的光谱演进包括腰部区，该腰部区在沿着纤维长度的优化位置处开始(例如，渐缩区段开始)；

图12(b)示出与图12(a)的曲线图等效的曲线图，所述等效的曲线图用于在腰部区处于未优化位置处时仿真图11(b)中示出的单腰部空芯光纤内的辐射脉冲的光谱演进；即，其中MI主导的光谱增宽开始于渐缩区段；

-图13示出辐射源的两个输出光谱的具有分别与图12(a)和图12(b)中示出的仿真相同的参数的仿真；

-图14(a)示意性地描绘纤芯直径如何沿着经由针对短波长扩展的仿真及输出辐射的平衡光谱轮廓而优化的示例性单腰部空芯光纤的长度变化；

-图14(b)示出分别从非渐缩形空芯光纤及单腰部空芯光纤(例如，如图14(a)中所示)发射的两个经测量输出光谱；

-图14(c)示出三个测量的功率转移曲线，该三个测量的功率转移曲线描述了对于不同的空芯光纤(例如，均匀的空芯光纤和渐缩形的空芯光纤)并且在不同的操作条件(例如，不同的泵浦脉冲重复率)下，集成输出功率如何随着输入泵浦脉冲能量而改变；

-图15示意性地描绘被配置为用于产生具有平滑光谱轮廓及扩展的短波长边缘的宽带输出辐射的双腰部空芯光纤；

-图16(a)示出与图12的曲线图等效的曲线图，所述等效的曲线图用于仿真具有两个腰部区(例如，如图15中所示)的渐缩形空芯光纤内的辐射脉冲的光谱演进，其中，施加第一腰部区以控制调制不稳定性过程并且施加第二腰部区以控制色散波的产生；

-图16(b)示出辐射源的输出光谱的具有与图16(a)中示出的仿真相同的参数的仿真；

-图17示意性地描绘根据实施例的被配置用于色散波的孤立子捕获的替代性单腰部空芯光纤；

-图18(a)和图18(b)分别示出仿真的两个光谱图，仿真的该两个光谱图描述了在传播通过均匀的空芯光纤达70cm的距离和110cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布；

-图18(c)和图18(d)示出仿真的两个光谱图，仿真的该两个光谱图描述了在传播通过单腰部空芯光纤(例如，如图17中所示)之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布；

图19示意性地描绘根据实施例的被配置用于色散波的孤立子捕获的另一种替代性单腰部空芯光纤；

图20(a)和图20(b)分别示出仿真的两个光谱图，仿真的该两个光谱图描述了在传播通过均匀的空芯光纤达27cm的距离和42cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布；

-图20(c)和图20(d)分别示出仿真的两个光谱图，仿真的该两个光谱图描述了在传播通过单腰部空芯光纤(例如，如图19中所示)达27cm的距离和42cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布；并且

-图21描绘用于控制宽带辐射源的计算机系统的框图。

具体实施方式

在本文档中，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经图案化的横截面的通用图案形成装置，所述经图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在这种情境中，也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射型、二元型、相移型、混合型等)以外，其他这种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(也被称为照射器)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，该掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到被配置为根据某些参数来准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，该衬底支撑件被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到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的图案投影到衬底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是同义的。

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较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间——这也被称为浸没光刻。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。

光刻设备可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(也被称为“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进行衬底W的后续曝光的步骤的准备，同时将另一个衬底支撑件WT上的另一个衬底W用于在所述另一个衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA还可以包括测量台。测量台被布置为保持传感器和/或清洁器件。传感器可以被布置为测量投影系统PS的特性或辐射束B的特性。测量台可以保持多个传感器。清洁器件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。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可以在投影系统PS的下面移动。

在操作中，辐射束B入射于被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)而被图案化。在已经横穿掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将束聚焦于衬底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和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来将图案形成装置MA和衬底W对准。尽管如所说明的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但是衬底对准标记P1、P2可以定位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，衬底对准标记P1、P2被称为划线对准标记。

如图2中所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也被称为光刻元或光刻簇)的一部分，光刻单元LC经常还包括用于对衬底W执行曝光前过程和曝光后过程的设备。通常，这些设备包括沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、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，在不同的过程设备之间移动衬底W并且将衬底W传递到光刻设备LA的进料台LB。光刻元中的经常也统被称为轨道的装置通常处于轨道控制单元TCU的控制下，轨道控制单元TCU自身可以由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备LA。

为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量经图案化的结构的特性，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)。特别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，如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光或对待对衬底W执行的其他处理步骤进行例如调整。

也可以被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的特性，并且具体地确定不同衬底W的特性如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的特性在不同层间如何变化。检查设备可以替代地被构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻元LC的一部分，或可以集成到光刻设备LA中，或可以甚至是独立的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)上的特性，或半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)上的特性，或经显影的抗蚀剂图像(其中，抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分已经被移除)上的特性，或甚至经蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的特性。

通常，光刻设备LA中的图案形成过程是在处理中的最关键步骤中的一个步骤，该步骤需要衬底W上的结构的尺寸标定及放置的较高准确度。为了确保这种较高准确度，可以将三个系统组合于如图3中示意性地描绘的所谓的“整体”控制环境中。这些系统中的一个系统是光刻设备LA，该光刻设备LA(实际上)连接到量测工具MT(第二系统)并且连接到计算机系统CL(第三系统)。该“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的合作以增强总体过程窗口并且提供严格控制回路，以确保由光刻设备LA执行的图案形成过程保持在过程窗口内。过程窗口限定一系列过程参数(例如，剂量、焦距、重叠)，在所述过程参数内，特定的制造过程产生被限定的结果(例如，功能性半导体器件)——通常在所限定的结果内，允许光刻过程或图案形成过程中的过程参数变化。

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定实现图案形成过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备LA的图案形成可能性。计算机系统CL也可以用于检测光刻设备LA当前正在过程窗口内的何处操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)以预测是否可能存在由于例如次优处理而导致的缺陷(在图3中由第二标度SC2中指向“0”的箭头描绘)。

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

在光刻过程中，需要频繁地对所产生的结构进行测量，例如以用于过程控制及验证。用于进行这种测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这种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过程的参数(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过程的参数，在这种情况下该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中进一步描述了这种散射仪及相关联的测量技术。前述散射仪可以使用来自软x射线和对近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是角分辨散射仪。在该散射仪中，重新构造方法可以应用于被测量信号以重新构造或计算光栅的特性。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所测量的那些结果而产生这种重新构造。调整数学模型的参数，直到所仿真的相互作用产生与从真实目标观测到的衍射图案类似的衍射图案。

在第二实施例中，散射仪MT为光谱散射仪MT。在该光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且来自目标的反射或散射辐射被引导到光谱仪检测器上，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，随着波长而变化的强度的测量结果)。根据该数据，可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与所仿真的光谱的库进行比较来重新构造产生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种偏振状态的散射辐射来确定光刻过程的参数。该量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射偏振光(诸如线性的、圆形的或椭圆形的)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在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和13/891,410中描述了现有的椭圆测量散射仪的各种实施例。

在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适用于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的范围有关。可以将两个(通常重叠的)光栅结构应用于两个不同的层(不一定是连续层)中，并且这两个光栅结构可以形成为基本上处于晶片上的相同位置。散射仪可以具有如例如在共同拥有的专利申请案EP1,628,164A中描述的对称检测配置，使得任何不对称性都是能够明确地区别的。这提供了用于测量光栅中的对准不良的直接方式。可以在全文以引用的方式并入本文中的PCT专利申请公开案WO 2011/012624或美国专利申请案US20160161863中找到通过所述周期性结构的不对称性来测量包含作为目标的周期性结构的两个层之间的重叠误差的另外的示例。

其他感兴趣的参数可以是焦距和剂量。可以通过如以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2011-0249244中描述的散射术(或替代地通过扫描电子显微法)同时确定焦距和剂量。可以使用单个结构，所述单个结构具有针对焦距能量矩阵(FEM-也被称为焦距曝光矩阵)中的每一点的临界尺寸和侧壁角测量结果的独特组合。如果临界尺寸和侧壁角的这些唯一组合是可获得的，则可以根据这些测量结果来唯一地确定焦距和剂量值。

量测目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中形成的并且还在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅的集合。通常，光栅中的结构的节距和线宽很大程度上依赖于测量光学器件(特别是光学器件的NA)，以便能够捕获来自量测目标的衍射阶。如较早所指示的，衍射信号可以用于确定两个层之间的移位(也被称为“重叠”)或可以用于重新构造如由光刻过程产生的原始光栅的至少一部分。这种重新构造可以用于提供光刻过程的品质的引导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有被配置为模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸的较小子分段。由于该子分段，目标将表现得更类似于设计布局的功能性部分，使得总体过程参数测量结果与设计布局的功能性部分更大程度地相似。可以在填充不足的模式中或在填充过度的模式中测量目标。在填充不足的模式下，测量束产生小于总体目标的光点。在填充过度的模式中，测量束产生大于总体目标的光点。在这种填充过度的模式中，也有可能同时测量不同的目标，由此同时确定不同的处理参数。

使用特定目标的光刻参数的总体测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量结果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，或它们两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量结果是基于衍射的光学测量结果，则测量结果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。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2016-0161863和已公开的美国专利申请案US 2016/0370717A1中描述了更多示例。

图4中描绘量测设备，诸如散射仪。量测设备包括将辐射投影到衬底6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到光谱仪检测器4，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱10(即，依据波长而变化的强度的测量)。根据该数据，例如，通过严格耦合波分析和非线性回归，或通过与图3的底部处所示出的所仿真的光谱的库的比较，可以由处理单元PU重新构造引起所检测的光谱的结构或轮廓。一般而言，对于重新构造，结构的一般形式是已知的，并且根据用于制造结构的过程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。该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至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括该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，或它们两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量结果是基于衍射的光学测量结果，则测量结果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。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2016/0161863和已公开的美国专利申请案US 2016/0370717A1中描述了更多示例。

用于IC制造中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。这种工具可以集成在光刻设备中，以用于测量衬底(或晶片)的顶部表面的形貌。可以由指示依据衬底上的位置而变化的衬底的高度的这些测量结果而产生衬底的形貌的映射图，衬底的形貌的映射图也被称为高度图。这种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的聚焦位置中提供图案形成装置的空中图像。将理解的是，“高度”在这种情境中指相对于衬底的大致在平面之外的尺寸(也被称为Z轴)。通常，水平或高度传感器在固定位置(相对于其自身的光学系统)处进行测量，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引起对在整个衬底上的位置处进行高度测量。

图5中示意性地示出如本领域中已知的水平或高度传感器LS的示例，图5仅说明操作原理。在本示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予辐射束LSB。辐射源LSO可以是例如窄带或宽带光源，诸如超连续谱光源；偏振或非偏振的、脉冲或连续的，诸如偏振或非偏振的激光束。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，而且可以另外或替代地涵盖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是包括引起具有周期性变化强度的辐射束BE1的周期性结构的周期性光栅。具有周期性变化强度的辐射束BE1被朝向衬底W上的测量位置MLO引导，该辐射束具有在O度和90度之间、通常在70度和80度之间的相对于垂直于入射衬底表面的轴线(Z轴)的入射角ANG。在测量位置MLO处，经图案化的辐射束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和用于处理检测器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，诸如相机。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。所检测到的高度水平通常与如通过检测器DET测量的信号强度相关，该信号强度具有特别依赖于投影光栅PGR的设计和(倾斜)入射角ANG的周期性。

投影单元LSP和/或检测单元LSD可以沿着投影光栅PGR和检测光栅DGR(未示出)之间的经图案化的辐射束的路径包括其他光学元件，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放置于设置检测光栅DGR的位置处。这种配置提供对投影光栅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可以被配置为将测量束BE1的阵列投影到衬底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。

例如在以引用的方式并入本文中的US7265364和US7646471中披露了通用类型的各种高度传感器。在以引用的方式并入本文中的US2010233600A1中披露了使用UV辐射来代替可见辐射或红外辐射的高度传感器。在以引用的方式并入本文中的WO2016102127A1中，描述了使用多元件检测器来检测及辨识光栅图像的位置而无需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是对准传感器。因此，光刻设备的性能的关键方面是能够相对于置于先前层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)的特征正确且准确地放置所施加的图案。为此目的，衬底设置有一组或更多组标记或目标。每个标记均为稍后可以使用通常是光学位置传感器的位置传感器来测量其位置的结构。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标记可以被称为“对准标记”。

光刻设备可以包括能够用于准确地测量提供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，以根据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例及变型例，例如，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是诸如在例如US6961116中描述并以引用的方式并入本文中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，该辐射束通过转向光学器件作为照射光点SP被转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上。在本示例中，转向光学器件包括光点反射镜SM和物镜OL。用于照射标记AM的照射光点SP的直径可以稍微小于标记自身的宽度。

经对准标记AM衍射的辐射(在本示例中经由物镜OL)被准直成信息携载束IB。术语“衍射”意图包括来自标记的零阶衍射(可以被称为反射)。例如上文所提及的US6961116中披露的类型的自参考干涉计SRI以自身来干涉束IB，在此之后，束由光检测器PD接收。可以包括附加的光学器件(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，或光检测器视需要可以包括多个像素。光检测器可以包括传感器阵列。

在本示例中，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，使得信息携载束IB仅包括来自标记AM的高阶衍射辐射(这对于测量不是必要的，但提高了信噪比)。

将强度信号SI供应到处理单元PU。通过在区块SRI中进行的光学处理与在单元PU中进行的计算处理的组合而输出衬底相对于参考框架的X位置的值及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个范围内。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被标记的位置的周期。可以在不同的波长下重复较粗略的和/或较精细的水平的相同过程，以用于提高准确度和/或用于稳键地检测标记，而与制成标记的材料及标记设置于其上方和/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。

在本示例中，对准传感器及光点SP保持静止，而衬底W移动。因此，对准传感器可以刚性且准确地安装到参考框架的同时，在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在该移动中，通过衬底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)测量衬底支撑件的位置(未示出)。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确定的衬底支撑件(例如，相对于对准系统所连接的框架)的位置。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。

上文所提及的量测工具MT(诸如散射仪、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进行测量。被量测工具使用的辐射的特性可以影响可以被执行的测量的类型及品质。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。多个不同的频率能够在不干涉其他频率或最少地干涉其他频率的情况下传播、照射量测目标和从量测目标散射。因此，可以例如使用不同的频率来同时获得更多量测数据。不同的辐射频率也能够查询和发现量测目标的不同特性。宽带辐射可以用于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的量测系统MT中。宽带辐射源可以是超连续光谱源。

例如超连续光谱辐射的高品质宽带辐射可能难以产生。用于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来增宽高功率窄频带或单频输入辐射或泵浦辐射。输入辐射(可以使用激光器来产生该输入辐射)可以被称为泵浦辐射。可替代地，输入辐射可以被称为种子辐射。为了获得用于增宽效应的高功率辐射，可以将辐射约束在较小区域中以便实现很大程度上局部化的高强度辐射。在那些区域中，辐射可以与增宽结构和/或形成非线性介质的材料相互作用，以便形成宽带输出辐射。在高强度辐射区域中，不同的材料和/或结构可以用于通过提供合适的非线性介质来实现和/或改善辐射增宽。

在一些实施中，在光子晶体纤维(PCF)中产生宽带输出辐射。在多个实施例中，这种光子晶体纤维在其纤芯周围具有微结构，该微结构辅助限制穿过纤芯中的纤维的辐射。纤芯可以由具有非线性特性并且当高强度泵浦辐射透射穿过纤芯时能够产生宽带辐射的固体材料制成。尽管在固体芯光子晶体纤维中产生宽带辐射是可行的，但是使用固体材料可能存在一些缺点。例如，如果在固体芯中产生UV辐射，则因为辐射被大多数固体材料吸收，该辐射可能不存在于光纤的输出光谱中。

在一些实施中，如下文参考图8进一步论述的，用于增宽输入辐射的方法和设备可以使用用于限制输入辐射并且用于将输入辐射增宽以输出宽带辐射的光纤。纤维可以是空芯纤维，并且可以包括用于在纤维中实现辐射的高效引导及限制的内部结构。纤维可以是特别适合于主要在纤维的空芯内部进行较强的辐射限制从而实现高辐射强度的空芯光子晶体纤维(HC-PCF)。纤维的空芯可以被气体填充，该气体充当用于增宽输入辐射的增宽介质。这种纤维和气体布置可以用于产生超连续光谱辐射源。纤维的辐射输入可以是电磁辐射，例如在红外光谱、可见光谱、UV光谱和极UV光谱中的一个或更多个中的辐射。输出辐射可以由宽带辐射组成或包括宽带辐射，该宽带辐射在本文中可以被称为白光。

一些实施例涉及包括光纤的这种宽带辐射源的新颖设计。光纤是空芯光子晶体纤维(HC-PCF)。具体地，光纤可以是包括用于限制辐射的反共振结构的类型的空芯光子晶体纤维。包括反共振结构的这种纤维在本领域中已知是反共振纤维、管状纤维、单环纤维、负曲率纤维或抑制耦合纤维。这种纤维的各种不同的设计在本领域中是已知的。可替代地，光纤可以是光子带隙纤维(HC-PBF，例如Kagome纤维)。

可以工程设计多种类型的HC-PCF，每种类型基于不同的物理引导机制。两种这样的HC-PCF包括：空芯光子带隙纤维(HC-PBF)和空芯反共振反射纤维(HC-ARF)。可以在以引用的方式并入本文中的美国专利US2004/015085A1(针对HC PBF)和国际PCT专利申请案WO2017/032454A1(针对空芯反共振反射纤维)中找到HC-PCF的设计及制造上的细节。图9(a)示出包括Kagome晶格结构的Kagome纤维。

现在将参考图7描述用于辐射源中的光纤的示例，图7是横向平面中的光纤OF的示意性横截面图。在WO2017/032454A1中披露了类似于图7的纤维的实际示例的其他实施例。

光纤OF包括细长的主体，所述细长的主体在光纤OF的一个维度上比在光纤OF的其他两个维度上更长。该更长的维度可以被称为轴向方向，并且可以限定光纤OF的轴线。两个其他的维度限定可以被称为横向平面的平面。图7示出光纤OF在被标记为x-y平面的该横向平面(即，垂直于轴线)中的横截面。光纤OF的横向横截面沿着纤维轴线可以是基本恒定的。

将明白的是，光纤OF具有一定程度的可挠性，并且因此，一般而言，轴线的方向沿着光纤OF的长度将不是均一的。诸如光轴、横向横截面等术语将被理解为指局部光轴、局部横向横截面等。此外，在部件被描述为呈圆柱形或管状的情况下，这些术语将被理解为涵盖当光纤OF被弯曲时可能已经变形的这种形状。

光纤OF可以具有任何长度，并且将明白的是，光纤OF的长度可以依赖于应用。光纤OF可以具有在1cm和10m之间的长度，例如光纤OF可以具有在10cm和100cm之间的长度。

光纤OF包括：空芯HC；包围空芯HC的包层部分；以及包围并支撑包层部分的支撑部分SP。可以将光纤OF视为包括具有空芯HC的主体(包括包层部分和支撑部分SP)。包层部分包括用于引导辐射穿过空芯HC的多个反共振元件。具体地，多个反共振元件被布置为约束主要在空芯HC内部传播通过光纤OF的辐射，并且被布置为沿着光纤OF引导辐射。光纤OF的空芯HC可以基本上设置于光纤OF的中心区中，使得光纤OF的轴线也可以限定光纤OF的空芯HC的轴线。

包层部分包括用于引导传播通过光纤OF的辐射的多个反共振元件。具体地，在本实施例中，包层部分包括六个管状毛细管CAP的单个环。管状毛细管CAP中的每一个均充当反共振元件。

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，或可以具有另一种形状。每个毛细管CAP包括总体上圆柱形的壁部分WP，该壁部分WP至少部分地限定光纤OF的空芯HC并且将空芯HC与毛细管空腔CC分离。将明白的是，壁部分WP可以充当用于传播通过空芯HC的辐射(并且该辐射可以以掠入射角入射于壁部分WP上)的抗反射法布里-珀罗(Fabry-Perot)共振器。壁部分WP的厚度可以是合适的，以便确保总体上增强返回空芯HC的反射，而总体上抑制进入毛细管空腔CC的透射。在一些实施例中，毛细管壁部分WP可以具有在0.01μm至10.0μm之间的厚度。

将明白的是，如本文中使用的，术语“包层部分”意图意味着光纤OF的用于引导传播通过光纤OF的辐射的部分(即，将所述辐射约束于空芯HC内的毛细管CAP)。辐射可以以横向模式的形式受约束，从而沿着纤维轴线传播。

支撑部分总体上是管状的并且支撑包层部分的六个毛细管CAP。六个毛细管CAP均匀分布在内部支撑部分SP的内表面周围。六个毛细管CAP可以被描述为以总体上六边形的形式设置。

毛细管CAP被布置为使得每个毛细管不与其他毛细管CAP中的任何一个接触。毛细管CAP中的每一个均与内支撑部分SP接触，并且与环结构中的相邻毛细管CAP间隔开。由于这种布置可以(相对于例如毛细管彼此接触的布置)增加光纤OF的透射带宽，所以这种布置可以是有益的。可替代地，在一些实施例中，毛细管CAP中的每一个均可以与环结构中的相邻毛细管CAP接触。

包层部分的六个毛细管CAP被设置成围绕空芯HC的环结构。毛细管CAP的环结构的内表面至少部分地限定光纤OF的空芯HC。空芯HC的直径d(该直径d可以被定义为相对的毛细管之间的最小尺寸，由箭头d指示)可以在10μm和1000μm之间。空芯HC的直径d可能影响空芯HC光纤OF的模场直径、冲击损失、色散、模态多元性及非线性特性。

在本实施例中，包层部分包括毛细管CAP(该毛细管CAP充当反共振元件)的单环布置。因此，从空芯HC的中心到光纤OF的外部的任何径向方向上的线均通过不超过一个毛细管CAP。

将明白的是，其他实施例可以设置有反共振元件的不同布置。这些布置可以包括具有反共振元件的多个环的布置以及具有嵌套式反共振元件的布置。图9(a)示出具有毛细管CAP的三个环的HC-PCF的实施例，这些环沿着径向方向叠置于彼此之上。在本实施例中，每个毛细管CAP在同一环中及不同环中均与其他毛细管接触。此外，尽管图7中示出的实施例包括六个毛细管的环，但是在其他实施例中，包括任何数目的反共振元件(例如，4、5、6、7、8、9、10、11或12个毛细管)的一个或更多个环可以设置于包层部分中。

图9(b)示出上文所论述的具有管状毛细管的单环的HC-PCF的变型实施例。在图9(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的内部环和外部环，支撑管ST可以被包括于HC-PCF中。支撑管可以由二氧化硅制成。

图7以及图9(a)和图9(b)的示例的管状毛细管可以具有圆形横截面形状。对于管状毛细管，其他形状也是可能的，如椭圆形或多边形横截面。另外，图7以及图9(a)和图9(b)的示例的管状毛细管的固体材料可以包括如PMA的塑性材料、如二氧化硅的玻璃，或软质玻璃。

图8描绘用于提供宽带输出辐射的辐射源RDS。辐射源RDS包括：脉冲式泵浦辐射源PRS或能够产生期望的长度及能量水平的短脉冲的任何其他类型的源；具有空芯HC的光纤OF(例如，图7中示出的类型)；以及设置于空芯HC内的工作介质WM(例如，气体)。尽管在图8中辐射源RDS包括图7中示出的光纤OF，但是在替代性实施例中，可以使用其他类型的空芯HC光纤OF。

脉冲式泵浦辐射源PRS被配置为提供输入辐射IRD。光纤OF的空芯HC被布置为接收来自脉冲式泵浦辐射源PRS的输入辐射IRD，并且增宽输入辐射IRD以提供输出辐射ORD。工作介质WM能够增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。

辐射源RDS还包括储集器RSV。光纤OF被设置于储集器RSV内。储集器RSV也可以被称为壳体、容器或气体单元。储集器RSV被配置为容纳工作介质WM。储集器RSV可以包括本领域中已知的用于控制、调节和/或监测储集器RSV内部的工作介质WM(该工作介质WM可以是气体)的组成的一个或更多个特征。储集器RSV可以包括第一透明窗口TW1。在使用时，光纤OF被设置于储集器RSV内部，使得第一透明窗口TW1定位成邻近光纤OF的输入端IE。第一透明窗口TW1可以形成储集器RSV的壁的一部分。第一透明窗口TW1至少对于所接收的输入辐射频率可以是透明的，使得所接收的输入辐射IRD(或至少该输入辐射IRD的较大部分)可以耦合到位于储集器RSV内部的光纤OF中。将明白的是，可以提供用于将输入辐射IRD耦合到光纤OF中的光学器件(未示出)。

储集器RSV包括形成储集器RSV的壁的一部分的第二透明窗口TW2。在使用时，当光纤OF设置于储集器RSV内部时，第二透明窗口TW2定位成邻近光纤OF的输出端OE。第二透明窗口TW2至少对于装置120的宽带输出辐射ORD的频率可以是透明的。

替代地，在另一个实施例中，光纤OF的两个相反的端部可以放置于不同的储集器内部。光纤OF可以包括：被配置为接收输入辐射IRD的第一端部区段，以及用于输出宽带输出辐射ORD的第二端部区段。第一端部区段可以被放置于包括工作介质WM的第一储集器内部。第二端部区段可以被放置于第二储集器内部，其中，第二储集器也可以包括工作介质WM。储集器的运作可以如上文关于图8所描述的内容来进行。第一储集器可以包括第一透明窗口，该第一透明窗口被配置为对于输入辐射IRD是透明的。第二储集器可以包括第二透明窗口，该第二透明窗口被配置为对于宽带输出宽带辐射ORD是透明的。第一储集器和第二储集器也可以包括可密封的开口，以准许光纤OF被部分地放置于储集器内部并且被部分地放置于储集器外部，使得气体可以被密封于储集器内部。光纤OF可以还包括不容纳于储集器内部的中间区段。使用两个单独的气体储集器的这种布置对于其中光纤OF相对较长(例如，当长度超过1m时)的实施例可以是特别便利的。将明白的是，对于使用两个单独的气体储集器的这种布置，可以将两个储集器(该两个储集器可以包括本领域中已知的用于控制、调节和/或监测两个储集器内部的气体的组成的一个或更多个特征)视为提供用于提供光纤OF的空芯HC内的工作介质WM的设备。

在这种情境中，如果窗口上的频率的入射辐射的至少50％、75％、85％、90％、95％或99％透射通过窗口，则窗口对于该频率可以是透明的。

第一透明窗口TW1和第二透明窗口TW2都可以在储集器RSV的壁内形成气密密封，从而可以在储集器RSV内容纳工作介质WM(该工作介质WM可以是气体)。将明白的是，气体WM可以在不同于储集器RSV的环境压力的压力下被包括于储集器RSV内。

工作介质WM可以包括：诸如氩气、氪气和氙气的惰性气体；诸如氢气、氘气和氮气的拉曼活性气体；或诸如氩气/氢气混合物、氙气/氘气混合物、氪气/氮气混合物或氮气/氢气混合物的气体混合物。依赖于填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(MI)、孤立子自压缩、孤立子分裂、克尔(Kerr)效应、拉曼效应和色散波的产生(DWG)，在WO2018/127266A1和US9160137B1(两者都以引用的方式并入本文中)中描述了它们的详细内容。由于可以通过改变储集器RSR中的工作介质WM压力(即，气体单元压力)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联的光谱增宽特性，以便优化频率转换。

在一个实施中，工作介质WM可以至少在接收用于产生宽带输出辐射ORD的输入辐射IRD期间设置于空芯HC内。将明白的是，当光纤OF不接收用于产生宽带输出辐射的输入辐射IRD时，气体WM可以全部或部分地不存在于空芯HC中。

为了实现频率增宽，可能期望较高强度的辐射。具有空芯HC光纤OF的优势是，空芯HC光纤OF可以经由对传播通过光纤OF的辐射的较强空间约束而实现较高强度的辐射，从而实现较高的局部辐射强度。例如由于所接收的较高输入辐射强度和/或由于光纤OF内部的辐射的较强空间约束，光纤OF内部的辐射强度可以是较高的。空芯光纤的优势是，空芯光纤可以引导具有比固体芯纤维更广的波长范围的辐射，并且具体地，空芯光纤可以引导在紫外范围和红外范围两者中的辐射。

使用空芯HC光纤OF的优势可以是在光纤OF内部引导的大部分辐射被限制在空芯HC中。因此，光纤OF内部的辐射的相互作用的大部分是与工作介质WM进行的，工作介质WM被设置于光纤OF的空芯HC内部。因此，可以增加工作介质WM对辐射的增宽效应。

所接收的输入辐射IRD可以是电磁辐射。输入辐射IRD可以作为脉冲辐射而被接收。例如，输入辐射IRD可以包括例如由激光器产生的超快脉冲。

输入辐射IRD可以是相干辐射。输入辐射IRD可以是经准直的辐射，并且经准直的辐射的优势可以是促进并提高将输入辐射IRD耦合到光纤OF中的效率。输入辐射IRD可以包括单个频率或较窄的频率范围。输入辐射IRD可以由激光器产生。类似地，输出辐射ORD可以是经准直的和/或可以是相干的。

输出辐射ORD的宽带范围可以是连续范围，包括辐射频率的连续范围。输出辐射ORD可以包括超连续光谱辐射。连续辐射可以对于在众多应用中的使用(例如，在量测应用中的使用)是有益的。例如，连续的频率范围可以用于查询大量特性。频率的连续范围可以例如用于确定和/或消除所测量的特性的频率依赖性。超连续光谱输出辐射ORD可以包括例如在100nm至4000nm的波长范围内的电磁辐射。宽带输出辐射ORD频率范围可以是例如400nm至900nm、500nm至900nm、或200nm至2000nm。超连续光谱输出辐射ORD可以包括白光。

由脉冲式泵浦辐射源PRS提供的输入辐射IRD可以是脉冲式的。输入辐射IRD可以包括在200nm和2μm之间的一个或更多个频率的电磁辐射。输入辐射IRD可以例如包括具有1.03μm的波长的电磁辐射。脉冲辐射IRD的重复率可以具有1kHz至100MHz的数量级。脉冲能量可以具有0.1μJ至100μJ的数量级，例如1至10μJ。输入辐射IRD的脉冲持续时间可以在1Ofs和10ps之间，例如300fs。输入辐射IRD的平均功率可以在100mW至数百W之间。输入辐射IRD的平均功率可以例如是20W至50W。

脉冲式泵浦辐射源PRS可以是激光器。通过(泵浦)激光参数、工作组分WM变化和光纤OF参数的调整，可以改变及调谐沿着光纤OF传输的这种激光脉冲的时空传输特性(例如，它的光谱振幅及相位)。所述时空透射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、以及输出光谱轮廓的带宽(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OF参数可以包括以下各项中的一项或更多项：空芯HC的光纤长度、尺寸及形状；毛细管的尺寸及形状；包围空芯HC的毛细管的壁的厚度。所述工作组分WM(例如，填充气体)参数可以包括以下各项中的一项或更多项：气体类型、气体压力及气体温度。

由辐射源RDS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可以是脉冲式宽带输出辐射ORD。宽带输出辐射ORD可以具有至少0.01mW/nm的输出辐射的整个波长带中的功率谱密度。宽带输出辐射的整个波长带中的功率谱密度可以是至少3mW/nm。

在需要宽带输出辐射ORD的许多应用(诸如前述量测应用)中，存在对于进一步扩展宽带输出辐射ORD的短波长边缘(具体地，扩展到紫外(UV)波长区中)的增长的兴趣。期望的波长范围可以包括例如低至400nm、低至350nm、低至300nm、低至200nm、低至100nm、低至50nm或低至10nm的波长。能够发射具有平滑(或平坦)的光谱轮廓和扩展的短波长边缘的宽带输出辐射ORD(例如，超连续光谱或白光)的辐射源RDS在寻求更好的波长通用性及因此较大的灵活性的应用中是非常期望的。例如，平滑且UV扩展的超连续光谱特别适用于重叠量测应用，在重叠量测应用中，现有的光源不能满足使用具有较小的节距尺寸及较大的数目的层的目标的持续需求。经扩展的UV波长能够分辨较小的目标光栅并且穿透更多的目标层。平滑且UV扩展的光谱轮廓还实现了用于不同的应用或用于优化测量性能的不同光谱范围之间的准确且可靠的波长切换。

目前，已经采用若干种方法以进一步扩展光纤OF中产生的宽带输出辐射ORD的短波长边缘。这些方法包括：a)使用较长的光纤OF；b)使用具有较小芯直径的光纤；以及c)使用较低的气体压力。当分开地或组合地使用时，这种方法通过允许在UV区中满足调整相位匹配条件来促进UV波长的产生。然而，这种方法具有许多缺点。例如，较长的空芯HC光纤OF(例如，HC-PCF)通常需要较大的储集器RSV，这导致宽带辐射源RDS的较大的物理尺寸和较高的制造成本。具有较大占据面积的辐射源使得所述辐射源不适合用于仅提供有限的空间来容纳该辐射源的许多应用。减小空芯HC光纤OF的芯直径会增加光纤中的传播损失，从而导致较低的转换效率和不期望的(例如，不平衡的或峰值的)光谱轮廓。另外，在抽拉塔中制造具有较小芯直径的空芯HC光纤OF是非常有挑战性的，由此产生较高的制造成本。减小气体压力会显著地减少充气空芯HC中的非线性，也导致较低的转换效率及不期望的(例如，不平衡的或峰值的)光谱轮廓。为了维持较低的气体压力中的相同的非线性水平，将需要具有较高脉冲能量的脉冲式泵浦辐射源PRS。然而，这种较高脉冲能量泵浦辐射源PRS可能是非常昂贵的。

图10是点扩散功率谱密度(PSD)相对于波长λ的曲线图，所述曲线图描述了对分别从具有30μm的芯直径的纤维、具有20μm的芯直径的纤维以及在较低压力下操作的具有30μm的芯直径的纤维产生的三个输出光谱的仿真。如图10中所示，第一输出光谱SP1被产生于具有30μm的芯直径的第一HC-PCF，并且所述第一HC-PCF填充有在25.7巴的压力下的氪气的工作介质。输入辐射IRD的脉冲能量和脉冲重复率分别为5.3μJ和5MHz。第二输出光谱SP2产生于具有20μm的芯直径的第二HC-PCF中，并且所述第二HC-PCF填充有在25.7巴的相同的压力下的相同的氪气的工作介质。输入辐射IRD的脉冲能量和脉冲重复率分别为2.4μJ和10.6MHz。第三输出光谱SP3产生于填充有相同的但在较低压力(即，低于25.7巴)下的工作介质的第一HC-PCF中。输入辐射IRD的脉冲能量和脉冲重复率分别为9.7μJ和2.7MHz。在仿真中，当脉冲能量改变时，脉冲重复率相应地被调整以便维持输入辐射IRD的恒定的平均功率。

与第一输出光谱SP1相比，第二输出光谱SP2和第三输出光谱SP3二者都包括位于短波长侧处的大约350nm的尖锐谱峰。由于泵浦功率的相当大部分被转换成尖锐谱峰，所以其他光谱区中的光谱分量(例如，可见光区和近IR区)的PSD是非常低的。对于期望平滑的宽带光谱的许多应用(例如，基于散射测量的量测应用)，这种不平衡的或峰值的光谱轮廓可能是有问题的并且是不可靠的。例如，在量测应用中，当利用选自图10中的第二输出光谱SP2或第三输出光谱SP3的UV光谱带(例如，在300nm与400nm之间的范围内)照射样本时，测量数据将对光谱的较小改变非常敏感。尖锐谱峰的较小移位可能引起样本上的显著的波长变化和/或强度变化，所述显著的波长变化和/或强度变化又可能导致不可靠的测量数据(例如，较大的测量误差、缺乏可重复性)。

如上文所描述的，存在涉及产生宽带输出辐射ORD(例如，超连续光谱或白光)的许多非线性光学过程。哪种非线性光学过程相比于其他过程具有更明显的光谱增宽效应将依赖于如何设定操作参数。例如，通过选择泵浦波长和/或光纤以使得泵浦脉冲在正常色散区(正群速色散(GVD))中传播通过纤维，自相位调制是主导非线性光学过程并且负责泵浦脉冲的光谱扩展。然而，在大多数情况下，由脉冲式泵浦辐射源PRS提供的输入辐射IRD的光谱增宽是由需要泵浦脉冲在异常色散区(负GVD)中的光纤OF中传播的孤立子动力学驱动的。这是因为在异常色散区中，Kerr非线性和色散的效应相对于彼此起作用。当发射到具有异常色散的光纤(例如，HC-PCF)中的泵浦脉冲的脉冲参数没有精确地匹配孤立子的脉冲参数时，泵浦脉冲将以某个孤立子阶数和色散波来演进成孤立子脉冲。

已知的是，孤立子分裂和调制不稳定性(MI)是用于孤立子驱动宽带辐射产生中的光谱增宽的两个主要机制。这两个机制之间的区别在于：孤立子分裂过程与较低的孤立子阶数相关联，而MI过程与较高的孤立子阶数相关联。MI是物理过程，所述物理过程是指非线性色散介质中的较强窄带(相比于MI调制频率)泵浦脉冲的光谱旁频带的自发生长。MI通常出现在异常色散工作状态中；然而，如果满足某些要求，则MI也可以出现在正常色散区中，例如，存在高阶色散。在MI过程期间，例如，由于量子波动而存在于脉冲的电场(或包络线)中的微小扰动在存在Kerr非线性的情况下以指数方式被放大。放大的量是通过MI增益而确定的。在这种MI过程期间，时间脉冲包络线分裂成多个短时间子结构或基本孤立子。与此并行地，在峰值泵浦波长的两侧处对称地产生光谱旁频带，从而引起连续增宽的光谱轮廓。

调制频率被表达为：

并且对应的MI周期由下式给出：

其中，γ指示非线性系数，P指示泵浦功率，并且β2指示纤维传播常数。对于主导的MI过程，泵浦脉冲应该充分地长于MI周期T_MI。然而，不可能仅根据泵浦脉冲持续时间判断孤立子分裂过程或MI过程将是否将是用于宽带辐射的产生中的光谱扩展的主导机制。这是因为泵浦脉冲持续时间随着泵浦峰值功率而按比例缩放，该泵浦峰值功率影响非线性系数并且因此影响调制周期。

对于具有脉冲持续时间τ的给定的泵浦脉冲，等效孤立子阶数N由下式给出：

在等式[1]中，对于N＝1，孤立子是基本孤立子。具有N＞1的所有其他孤立子是高阶孤立子。如上文所描述的，对于MI过程为主导光谱增宽机制的情况，泵浦脉冲需要充分地长于MI周期T_MI(或τ₀＞＞T_MI)。已经发现，光谱增宽通常在N＞＞20时由MI过程主导，而光谱增宽通常在N＜＜20时由孤立子分裂主导。因此，对于使用MI过程的布置，期望产生具有较高孤立子阶数的输入辐射IRD。此外，如可以从等式[3]可见的，输入辐射IRD的孤立子阶数与输入辐射IRD的脉冲持续时间τ₀成比例。因此，对于MI过程主导的典型现有技术布置，输入辐射IRD的脉冲持续时间τ₀通常在100飞秒(fs)至10皮秒(ps)的范围内，并且脉冲能量在1微焦耳(μJ)至20μJ的范围内。

注意，诸如例如拉曼过程的其他非线性光学过程也可以有助于非线性光谱扩展。拉曼过程具有对气体介质的类型的依赖性。例如，在宽带输出辐射ORD产生于填充有惰性气体或混合气体(例如，氩气、氪气和氙气)的HC-ARF中的情况下，MI是用于当不存在拉曼效应时对泵浦脉冲进行光谱增宽的主导过程。类似地，在宽带输出辐射ORD产生于填充有拉曼活性气体或混合气体(例如，氢气、氘气和氮气)的HC-ARF中的情况下，如果泵浦脉冲近似于或短于主导(即，较高增益的)分子振荡的振荡时间，则MI仍然是主导过程，而拉曼效应是具有较弱主导地位的并且导致泵浦脉冲光谱质心的红移。然而，当泵浦脉冲长于主导的拉曼活性模式的振荡时间时，拉曼效应发挥主导作用。拉曼效应诱发孤立子自频移及孤立子碰撞。已经发现，拉曼过程与MI过程之间的相互作用可以产生宽带输出辐射ORD的经扩展的长波长边缘。

除了初始泵浦启动过程之外，也可以在后续非线性光学过程期间产生色散波。例如，可以在孤立子受纤维中的局部损失干扰或受成为具有经修改的参数的纤维的转变干扰时而形成色散波。当所产生的色散波进行相位匹配以及与孤立子进行光谱重叠时，孤立子能量将部分地传送到色散波。由于色散波形成于具有从孤立子移位的波长的正常色散区中，所以可以将色散波的产生(DWG)用于短波长扩展。为了色散波的高效产生，期望孤立子具有相对较宽的光谱并且在接近光纤OF的零色散波长的情况下传播。

返回参考图10，本发明人已经发现，第二输出光谱SP2和第三输出光谱SP3两者中的尖锐的谱峰主要由DWG以不可控的方式产生。因此，在为了扩展宽带输出辐射的短波长边缘的同时维持平滑的光谱轮廓，提议较好地控制前述各种非线性光学过程。所提出的方法和装置旨在产生诸如第一输出光谱SP1的输出光谱。具体地，这种输出光谱可以使得这种输出光谱相对于在感兴趣的较宽波长范围内的平均值变化不超过75％、50％、40％或30％(就PSD而言)，例如，包括在10nm和400nm之间的下限及在1000nm和3000nm之间的上限的范围、在400nm和1000nm之间的范围、在400nm和2000nm之间的范围、或在200nm和2000nm之间的范围。另外或可替代地，这种输出光谱可以使得这种输出光谱不包括具有比用于光谱的平均PSD大2倍、3倍、4倍或5倍的PSD的任何峰值。

在本发明中，提出了克服与现有方法相关联的上述问题的方法和设备。实施于以下示例中的所提出的方法和设备能够在进一步将从基于空芯HC光纤OF的辐射源RDS产生的宽带输出辐射ORD扩展到UV区中的同时，维持平衡的光谱轮廓。这可以通过向空芯HC光纤OF施加一个或更多个腰部或直径减小的区来实现，从所述空芯HC光纤OF产生宽带输出辐射ORD。向空芯HC光纤OF施加一个或更多个腰部的目的是在纤维中小心地操控一个或更多个非线性光学过程，例如MI过程和DWG的强度及起始，从而以有效且受控的方式实现短波长扩展。

已知纤维渐缩是用于修改光纤OF的局部特性从而能够获得不同的光学特性的有用技术。已经发现纤维渐缩部的广泛范围的应用，诸如光通信及感测。在这些应用中，纤维渐缩部用于改善光波导之间的模式匹配，以用于将模式滤波提供到高阶引导模式，以及用于增加非线性。由于纤维渐缩部减小了芯直径以及包层直径，所以当横穿过纤维渐缩部时，相同的泵浦脉冲将具有较高的峰值强度，并且因此看到更受约束的纤维渐缩部中的更高的非线性。在公开文件中，T.A.Birks等人的“渐缩形纤维中的超连续的产生(Supercontinuumgeneration in tapered fibers)”，Opt.Lett.25(19)，1415(2000)应用纤维渐缩来增加标准的电信纤维中的非线性。渐缩形纤维的使用允许未经放大的泵浦脉冲增宽到多于两倍频程宽的光谱。

渐缩形纤维可以包括腰部区，该腰部区包括其中纤维直径减小的渐缩区段、具有恒定直径的中心区段以及其中纤维直径增大至原始直径的渐粗区段。渐缩形腰部区的长度可以从例如数毫米扩展到数十厘米。如果在纤维抽拉期间改变纤维参数，则具有例如数十米的较长长度的渐缩形腰部区可以是可能的。通常，通过在加热纤维(例如，沿着纤维的长度扫描热源或氧丁烷火焰)的同时，平缓地在两端施加拉力来制造渐缩形纤维。在伸长过程期间对加热区域的扩展的精确控制允许产生任意渐缩形轮廓及腰部长度。公开文件(R.Pennetta等人，“渐缩单环空芯光子晶体纤维的制造和非破坏性表征(Fabrication andnon-destructive characterization of tapered single-ring hollow-core photoniccrystal fiber)”，APL Photonics 4，056105(2019))披露了单环HC-PCF可以使用标准的火焰舌技术通过选择性地抽空毛细管外部的区域以便平衡表面张力而被渐缩。在以下实施例中，空芯HC光纤OF可以以绝热的方式渐缩，使得在整个渐缩形纤维中基本上维持基谐模式的传播。

然而，尽管较高的非线性有益于增强光谱增宽效应，但是本发明人已经认识到功率可扩展性的限制，超过功率可扩展性时，渐缩形空芯HC光纤OF中的宽带辐射(例如，超连续光谱)产生过程变得不稳定。由功率和光谱不稳定性来表现不稳定的超连续光谱的产生。为了防止功率不稳定性，期望优化纤维渐缩部以得到具有较低泵浦脉冲能量的期望的光谱。

图11示意性地说明被配置为用于产生具有平滑的光谱轮廓和扩展的短波长边缘的宽带输出辐射的单腰部空芯光纤的两个示例。单腰部空芯光纤可以包括单个渐缩形腰部区TP、TP’。

在一些实施例中，如图11(a)中所说明的，腰部区可以包括在渐缩形区之间具有基本恒定的直径的中心区。因而，单腰部空芯光纤STF可以包括五个区段：第一非渐缩区段FU、渐缩区段TD、中心腰部区段CW(具有实质上或相对恒定的直径)、渐粗区段TU和第二非渐缩区段SU。因此，单腰部区或直径减小的区可以被视为包括渐缩区段TD、中心腰部区段CW和渐粗区段TU的纤维部分。

对于每个区段，可以存在限定例如区段长度、芯直径和毛细管直径的对应的一组参数。具体地，第一非渐缩区段FU可以包括第一长度L1、第一芯直径D1和第一毛细管直径(未示出)；渐缩区段TD可以包括第二长度L2、沿着渐缩区段变化(或减小)的第二芯直径D2和沿着渐缩区段变化(或减小)的第二毛细管直径(未示出)；中心腰部区段CW可以包括第三长度L3、第三芯直径D3和第三毛细管直径(未示出)；渐粗区段TU可以包括第四长度L4、第四芯直径D4和第四毛细管直径(未示出)；并且第二非渐缩区段SU可以包括第五长度L5、第一芯直径D1和第一毛细管直径(未示出)。在渐缩区段TD与中心腰部区段CW相接的位置处，第二芯直径D2可以与第三芯直径D3是相同的；并且第二毛细管芯直径可以与第三毛细管芯直径是相同的。同样地，在中心腰部区段CW与渐粗区段TU相接的位置处，第三芯直径D3可以与第四芯直径D4是相同的；并且第二毛细管芯直径可以与第四毛细管芯直径是相同的。

注意，以上提及的纤维参数是可以特定地适合于渐缩形单环HC-ARF的示例性参数。其他不同类型的光纤可以包括不同的或附加的纤维参数。例如，在一些实施例中，光纤可以包括不同类型的HC-ARF，诸如Kagome纤维，不同类型的HC-ARF的包层结构包括一组同心六边形环。在这种情况下，上文所描述的毛细管直径可以由六边形环的两个相对的边缘之间的距离代替。

注意，中心腰部区段CW对于渐缩形光纤或光锥而言可能不是必要的。在一些实施例中，光纤可以以使得渐缩区段TD被渐粗区段TU紧随的方式渐缩。因而，渐缩形光纤可以不具有中心腰部区段CW，或中心腰部区段CW可以非常短，使得渐缩形光纤可以被视为实际上不存在。图11(b)示意性地说明单腰部空芯光纤的另一种配置，其中，单腰部区TP’可以不包括中心腰部区段。用于图11(b)的实施例中的光纤OF可以与图11(a)的实施例中的光纤OF相同。主要差异可以在于，图11(b)中所示的渐缩形光纤STF’的单腰部TP’不包括中心腰部区段CW。在渐缩区段TD与渐粗区段TU相接的位置(或渐缩形腰部位置)处，第二芯直径D2可以与第四芯直径D4是相同的；并且第二毛细管芯直径(未示出)可以与第四芯直径(未示出)是相同的。还应该明白的是，可以排除单腰部空芯光纤STF的一个或更多个其他区段。例如，在其他实施例中，单腰部空芯光纤可以不包括渐粗区段TU或任何第二非渐缩区段SU。在不同的实施例中，单腰部空芯光纤可以不包括第一非渐缩区段FU或任何渐缩区段TD。

在渐缩区段TD中，纤维的结构尺寸可以沿着单腰部空芯光纤STF、STF’的轴向方向或长度逐渐且持续地减小。例如，第一芯直径D1和第一毛细管直径可以分别逐渐减小至第二芯直径D2和第二毛细管直径。类似地，在渐粗区段TU中，纤维的结构尺寸可以沿着单腰部空芯光纤SFT、STF’的轴向方向或长度逐渐且持续地减小。例如，第四芯直径D4和第四毛细管直径可以分别逐渐且连续地增加至第一芯直径D1和第一毛细管直径。结构尺寸(例如，芯直径)减小或增大的速率可以依赖于渐缩过程，例如在渐缩期间拉动纤维的速率。

第一非渐缩区段FU可以是渐缩形中空光纤STF、STF’的输入端，并且第二非渐缩区段SU可以是渐缩形光纤STF、STF’的输出端。第一非渐缩区段FU可以包括第一纤维琢面FF，并且第二非渐缩区段SU可以包括第二纤维琢面SF。返回参考图8，在操作中，渐缩形光纤STF、STF’可以由储集器RSV完全围封，储集器RSV填充有诸如惰性气体或惰性气体主导的混合气体WM的合适介质。在进入储集器RSV之后，从脉冲式泵浦辐射源PRS发射的输入泵浦脉冲可以经由第一纤维琢面FF耦合到第一非渐缩区段FU中；所产生的宽带输出辐射ORD可以随后经由第二纤维琢面SF退出第二非渐缩区段SU。将明白的是，图8中的配置仅是示例。在不同配置中，渐缩形纤维可以仅由储集器RSV部分地围封。在其他配置中，可以不使用图8中的储集器RSV。例如，可以首先用惰性气体或惰性气体主导的混合气体WM填充渐缩形光纤STF、STF’的空芯。随后，可以例如通过将光学反射镜附接到每个纤维琢面(例如，第一纤维琢面FF和第二纤维琢面SF)来密封充气空芯HC。因而，可以排除储集器RSV的使用。

在一些实施例中，非渐缩形或均匀的光纤OF可以包括前述HC-PCF中的一种，例如，如图7中所说明的单环HC-ARF。当用于产生宽带输出辐射ORD时，单腰部空芯光纤STF、STF’可以被包括于图8中示出的宽带辐射源RDS中。在一些实施例中，单腰部空芯光纤STF、STF’可以填充有惰性气体或惰性气体主导的混合物。如上文所描述的，惰性气体或惰性气体主导的混合物可以允许MI过程是用于光谱增宽的主导非线性光学过程。

图12(a)示出相对于沿着用于仿真的纤维长度的位置P的波长λ能量(或信号sig(dB))谱密度曲线图，所述曲线图描述了单腰部空芯光纤(例如，如图11(b)中所示)内的输入辐射的脉冲的光谱演进包括腰部区，该腰部区在沿着纤维长度的优化位置处开始(例如，渐缩区段开始)。经优化的位置可以是MI主导的光谱增宽已经开始的位置。单腰部空芯光纤可以被包括于诸如例如图8中示出的辐射源内。白线0GVD指示群速色散为零的波长。由于零色散波长随着局部纤芯直径而改变(例如，较短的零色散波长对应于较小的芯直径)，所以白线0GVD也指示纤芯直径沿着单腰部空芯光纤STF’的长度的改变。在该特定示例性仿真中，单腰部空芯光纤STF’的总长度为42cm。第一非渐缩区段FU、渐缩区段TD、渐粗区段TU和第二非渐缩区段SU的长度分别为20cm、9cm、9cm和4cm。非渐缩区段FU、SU中的空芯的直径为30μm，并且在渐缩区段与渐粗区段相接的位置处的空芯的最小直径(或渐缩形腰部直径)为20μm。在仿真中，渐缩区段TD中的空芯的直径被视为从30μm线性地减小至20μm，并且渐粗区段TU中的空芯的直径被视为从20μm线性地增大至30μm(这是为了仿真简单起见；由于制造过程，光锥或渐缩部将不大可能具有线性变化的直径)。

单腰部空芯光纤STF’的空芯可以填充有在25.7巴的压力下的氪气的工作介质。输入辐射可以包括具有5MHz的重复率和1030nm的质心波长的一连串泵浦脉冲。半高宽(FWHM)脉冲持续时间可以是300fs，并且脉冲能量可以是5.3μJ。在朝单腰部空芯光纤STF’发射之后，脉冲式输入辐射(或泵浦脉冲)IRD演进为具有的孤立子阶数N＝110的高阶孤立子。由于孤立子阶数随着芯直径而改变，所以当芯直径减小至20μm时，初始孤立子阶数减小至N＝75。如上文所描述的，泵浦脉冲的孤立子阶数为可以用于区分被MI主导光谱增宽所在的条件与被孤立子分裂来主导光谱增宽所在的条件的便利的参数。由于孤立子阶数比被视为MI过程的下限的20高得多，所以在第一非渐缩区段FU(或单腰部空芯光纤STF’的前20cm长度)中观测到的光谱增宽主要是由于MI过程导致的。

如图12(a)中所示，MI过程的起始在距离单腰部空芯光纤STF’的第一纤维琢面FF约13cm处发生。MI过程引起显著的光谱扩展，所述光谱扩展将较长的波长边缘推动至约1600nm并且将较短的波长边缘推动至约500nm。当在光谱上经扩展的脉冲进入到渐缩区段中(即，在距离第一纤维琢面FF 20cm处)时，收缩的芯直径改变有助于波长移位的色散波的高效产生的非线性光学过程的先前建立的条件。因此，获得了附加的短波长扩展。这种附加的短波长扩展在图12(a)中是显而易见的，在图12(a)中，光谱的短波长边缘从在距离第一纤维琢面FF 20cm处的约500nm扩展到在距离第一纤维琢面FF 28cm处的300nm以下。在渐缩形腰部位置或其中渐缩区段TD及渐粗区段TU相接的位置周围实现最大程度的短波长扩展。

渐缩部的位置(渐缩部的位置被定义为渐缩起始处的位置)对于同时获得最大化短波长扩展及平滑的整体光谱轮廓(诸如图12(a)中示出的示例性光谱轮廓)是重要的。在单腰部空芯光纤STF、STF’的情况下，可以经由仿真来精确地确定渐缩位置。可替代地或另外，可以使用回切法来确定渐缩位置，回切法可以包括例如以下四个步骤：步骤1)，测量非渐缩形空芯光纤的(例如，较长的)长度下的输出光谱和功率；步骤2)，在接近输入端的点处切割非渐缩形纤维，以获得缩短的长度；步骤3)，对非渐缩形纤维的缩短的长度执行相同的测量；以及步骤4)，重复步骤2)至3)，直到所测量的输出光谱确认已经发生MI主导的光谱增宽。未渐缩形纤维的对应的残余长度可以用于设定单腰部空芯光纤STF、STF’的第一非渐缩区段FU的长度。因此，单个光锥或更具体地渐缩区段TD可以紧接在所确定的长度之后开始。

应该明白的是，操作参数的不同集合(例如，输入辐射IRD、光纤OF、工作介质WM等参数)可能导致不同的非线性条件，并且因此可能需要不同的渐缩形参数(例如，渐缩位置、渐缩速率、渐缩形腰部等)。例如，通过一组不同的操作参数，包括附加的中心腰部区段CW的图11(a)的单腰部空芯光纤STF可以用于获得平滑且扩展的光谱轮廓。(由于中心腰部区段CW的较小的芯直径)中心腰部区段CW可以进一步增强传播脉冲经历的非线性，并且因此可以改善DWG的效率。

以单个渐缩部渐缩的空芯光纤是用于产生具有光滑及UV扩展的光谱轮廓的宽带输出辐射ORD的有效方法。然而，单个渐缩部的主要功能是控制DWG的起始。不存在对于MI过程的起始的控制，主要通过提供第一非渐缩区段FU的充足长度来实现MI过程的起始。如果第一非渐缩区段FU的长度对于给定的一组操作参数不够长，则所得到的输出光谱将不具有期望的光谱轮廓。

图12(b)示出与图12(a)的曲线图等效的曲线图，所述曲线图用于在单腰部区处于未经优化的位置处时仿真图11(b)中示出的单腰部空芯光纤内的辐射脉冲的光谱演进；即，其中，MI主导的光谱增宽开始于渐缩区段。图12(b)中示出的仿真是基于与用于图12(a)中示出的仿真中的渐缩形空芯光纤相同的渐缩形空芯光纤。两个仿真之间的主要差异在于：图12(b)的仿真中的输入辐射IRD的脉冲能量是2.4μJ而不是5.3μJ。由于较低的脉冲能量，第一非渐缩区段FU的相同长度现在不足以触发MI过程的起始。如图12(b)中所示，MI主导的光谱增宽的起始被延迟，直到脉冲已经进入渐缩形区，例如，渐缩区段TD及渐粗区段TU。在本示例性仿真中，延迟的MI过程防止DWG出现以及因此产生具有峰值轮廓并且缺乏短波长扩展的输出光谱。

图13示出用与图12(a)和图12(b)中示出的仿真相同的参数分别对辐射源的两个输出光谱进行的仿真。从其中空芯纤维在未优化的位置处渐缩的辐射源产生的未经优化的输出光谱USP包括与第一输出光谱SP1(从相同但均匀的光纤产生)的光谱带宽类似的光谱带宽及类似于第二输出光谱SP2的两个明显的尖峰，例如，一个尖峰约450nm并且另一个尖峰约1000nm。这种光谱轮廓对于量测应用而言不是有利的。通过比较，从其中空芯光纤在经优化的位置处渐缩的辐射源产生的输出光谱OSP包括扩展的短波长边缘和较平滑的光谱轮廓(或较平衡的PSD轮廓)。

除了上文所描述的仿真以外，本发明人还进行了实验以证明概念。图14(a)示意性地描绘纤芯直径如何沿着经由针对短波长扩展的仿真及输出辐射ORD的平衡光谱轮廓的维持而优化的示例性单腰部空芯光纤的长度变化。注意，图中示出的纤维设计仅是图11(a)中示出的空芯光纤STF的一个特定示例。还要注意，纤维设计用作用于制造纤维的目标；因此，最终的或产生后的纤维尺寸(例如，包括渐缩区段TD、中心腰部区段CW和渐粗区段TU的腰部区的尺寸)可以在制造公差范围内略微偏离设计值。将明白的是，制造公差范围的尺寸将依赖于许多因素，诸如纤维渐缩的方式、用于这种纤维渐缩的工具等。用于根据图14(a)的设计制造单腰部空芯光纤的制造公差范围可以是每个目标尺寸的约±5％、约±10％、约±15％或约±20％。

返回参考图14(a)，在本示例性设计中，第一非渐缩区段FU、渐缩区段TD、渐粗区段TP和第二非渐缩区段SU的长度分别为约29cm、约4cm、约2cm、约4cm和约3cm。第一非渐缩区段FU或第二非渐缩区段SU中的纤芯直径FCD为约32μm。在渐缩区段TD或渐粗区段TU中，纤芯直径FCD沿着纤维长度基本上线性地改变。中心腰部区段CW中的纤芯直径FCD为约21.5μm。在这种情况下，被定义为中心腰部区段CW的纤芯直径FCD与第一非渐缩区段FU或第二非渐缩区段SU的纤芯直径FCD的比率的渐缩比率被计算为约0.67。有目的地选择第一非渐缩区段FU的长度(在这种情况下为约29cm)以确保对于给定的一组操作参数，泵浦脉冲在进入到纤维的腰部区中之前已经经历MI主导的光谱增宽。

图14(b)示出分别从均匀的空芯光纤和单腰部空芯光纤(例如，图14(a)中所示)发射的两个所测量的输出光谱SP_REF、SP_SW。光谱SP_REF对应于其中针对给定的空芯光纤谨慎地选择一组操作参数的基线情形。在该特定实验中，均匀的纤维是具有32μm的芯直径的单环HC-ARF(例如，如图7中所说明的)。填充均匀纤维的空芯的工作介质WM是由以摩尔分数计量的98％的氩气和2％的氢气组成的气体混合物。工作介质WM的压力被设定为40巴。脉冲式泵浦辐射PRS以1MHz的重复率发射一连串泵浦脉冲。泵浦脉冲的质心波长为约1030nm、脉冲持续时间为约300fs并且脉冲能量为约4.16μJ。如附图中可见的，特别在300nm和600nm之间的波长范围内，基线光谱具有带有较明显的峰值的(或不平滑/平坦的)光谱轮廓。这种峰值光谱轮廓防止基线光谱具有任何实际用途。

相比之下，从渐缩形空芯光纤产生光谱SP_SW，该渐缩形空芯光纤是由与用于产生光谱SP_REF的均匀纤维相同的均匀纤维(或具有相同设计的不同纤维)制成的并且对图14(a)中示出的设计进行后处理(即，渐缩)。为了微调输出光谱以便平衡短波长扩展和光谱形状，在将泵浦脉冲能量调整成例如从4.16μJ增大至5.36μJ的同时，使其他操作参数保持相同。根据比较显而易见的是，单腰部区(或单个渐缩部)的实施方案不仅进一步扩展了短波长边缘(例如，将短波长边缘从约350nm扩展至300nm)，而且特别是在300nm和600nm之间的波长范围内，将原始峰值光谱轮廓显著地平滑化(例如，在约400nm处不再存在谷值区)。

图14(c)示出三个测量的功率转移曲线P_REF、P_SW1、P_SW2，所述三个测量的功率转移曲线P_REF、P_SW1、P_SW2描述了对于不同的空芯光纤以及在不同的操作条件下，积分输出功率如何随着输入泵浦脉冲能量而改变。具体地，基于相同的均匀空芯光纤及与用于产生图14(b)中示出的光谱SP_REF的操作参数相同的操作参数(除了在该测量中故意改变的输入泵浦脉冲能量以外)获得功率转移曲线P_REF。类似地，基于相同的渐缩形空芯光纤及与用于产生图14(b)中示出的光谱SP_SW的操作参数相同的操作参数(除了在该测量中故意改变的输入泵浦脉冲能量以外)而获得功率转移曲线P_SW1。基于相同的渐缩形空芯光纤及与用于产生功率转移曲线P_SW1的操作参数相同的操作参数(除了从1MHz增大至2MHz的泵浦脉冲重复率以外)而获得功率转移曲线P_SW2。

此处，积分输出功率是在从纤维发射的输出辐射ORD的某个波长范围或整个光谱带宽上积分的功率。如图中可见的，对于所有三个功率转移曲线P_REF、P_SW1、P_SW2，在高能量端处没有显著的波动的情况下，输出功率随着输入泵浦脉冲能量增加而增加。这确认了至少高达约7μJ的脉冲能量，单腰部区域(或单个渐缩部)的实施对辐射源RDS的能量缩放能力不产生负面影响或产生可忽略的负面影响，其中，单腰部空芯光纤用于宽带辐射的产生。功率转移曲线P_REF与P_SW1之间的比较表明，在相同的泵浦脉冲重复率(例如，1MHz)的情况下，单腰部空芯光纤导致比均匀的空芯光纤低的、用于产生输出辐射ORD的泵浦能量阈值。此外，功率转移曲线P_SW1与P_SW2之间的比较表明，较高的泵浦脉冲重复率导致较高的泵浦能量阈值和作为曲线的斜率的较高的斜率效率。

根据图12(b)中示出的仿真，纤维渐缩有助于触发MI过程的起始。因此，附加的腰部区或直径减小区可以应用于单腰部空芯光纤STF、STF’以便更好地提供对MI过程(例如，MI过程的起始)的主动控制，而不是依赖于在第一非渐缩区段FU中被动地触发的MI过程。使用附加的腰部区可以有利于即使在低脉冲能量的情况下允许MI主导的光谱扩展开始。因而，可以规避与高脉冲能量相关联的前述功率和光谱不稳定性。

图15示意性地说明被配置为用于产生具有平滑光谱轮廓和扩展的短波长边缘的宽带输出辐射的双腰部空芯光纤。双腰部空芯光纤DTF可以包括分别位于沿着纤维的两个不同的位置处的第一腰部区或直径减小区TP1以及第二腰部区或直径减小区TP2。

两个渐缩部中的每一个渐缩部均可以被配置为图11(a)中示出的单个渐缩部(即，如此处所说明的，包括中心腰部区段)，图11(b)中示出的单个渐缩部(即，没有中心腰部区段)或这些的组合(例如，第一腰部区可以具有中心腰部区段，并且第二腰部区可以不包括中心腰部区段，或反之亦然)。在一些实施例中，非渐缩形空芯光纤可以包括前述HC-PCF中的一种，例如，如图7中所说明的单环HC-ARF。当用于产生宽带输出辐射ORD时，图15中所示的双腰部空芯光纤DTF可以被包括于图8中示出的辐射源RDS中。双腰部空芯光纤DTF可以填充有惰性气体或惰性气体主导的混合物。如上文所描述的，惰性气体或惰性气体主导的混合物可以允许MI过程是用于光谱增宽的主导非线性光学过程。

在图15的实施例中，双腰部空芯光纤DTF可以包括九个区段：第一非渐缩区段UT1、第一渐缩区段TD1、第一中心腰部区段CW1、第一渐粗区段TU1、第二非渐缩区段UT2、第二渐缩区段TD2、第二中心腰部区段CW2、第二渐粗区段TU1和第三非渐缩区段UT3。对于每个区段，可以存在限定例如区段长度、芯直径和毛细管直径的一组参数。具体地，第一非渐缩区段UT1可以包括第一长度L1’、第一芯直径D1’和第一毛细管直径(未示出)；第一渐缩区段TD1可以包括第二长度L2’、沿着渐缩区段变化(或减小)的第二芯直径D2’和沿着渐缩区段变化(或减小)的第二毛细管直径(未示出)；第一中心腰部区段CW1可以包括第三长度L3’、第三芯直径D3’和第三毛细管直径(未示出)；第一渐粗区段TU1可以包括第四长度L4’、第四芯直径D4’和第四毛细管直径(未示出)；第二非渐缩区段UT2可以包括第五长度L5’、第一芯直径D1’和第一毛细管直径；第二渐缩区段TD2可以包括第六长度L6′、第六芯直径D6’和第六毛细管直径(未示出)；第二中心腰部区段CW2可以包括第七长度L7’、第七芯直径D7’和第七毛细管直径(未示出)；第二渐粗区段可以包括第八长度L8’、第八芯直径D8’和第八毛细管直径(未示出)；并且第三非渐缩区段UT3可以包括第九长度L99、第一芯直径D1’和第一毛细管直径。在不同的实施例中，双腰部空芯光纤DTF可以包括两个中心腰部区段TW1、TW2中的一个。在其他实施例中，双腰部空芯光纤DTF可以不包括中心腰部区段。

在一些实施例中，两个渐缩部TP1、TP2可以被配置为使得在接近第一纤维琢面FF’的第一渐缩部TP1用于触发MI过程的起始的同时，位于第一渐缩部TP1下游并且接近第二纤维琢面SF’的第二渐缩部TP2被配置为触发DWG的起始。术语“下游”将描述较接近纤维的输出端的位置，并且术语“上游”将描述较接近纤维的输入端的位置。可以适用于单腰部空芯光纤STF、STF’的辐射源RDS的前述配置同样适用于双腰部空芯光纤DTF。

图16(a)示出与图12的曲线图等效的曲线图，所述曲线图用于仿真具有两个腰部区(例如，图15中所示)的所示的渐缩形空芯光纤内的辐射脉冲的光谱演进，其中，第一腰部区被应用以控制调制不稳定性过程，并且第二腰部区被应用以控制色散波的产生。白线0GVD指示零色散波长及纤芯直径沿着双腰部空芯光纤DTF的长度的改变。在本示例性仿真中，双腰部空芯光纤DTF的总长度为42cm，例如与图11(a)和图11(b)中示出的单腰部空芯光纤STF、STF’的总长度相同。第一非渐缩区段UT1、第一渐缩区段TD1、第一渐粗区段TU1、第二非渐缩区段UT2、第二渐缩区段TD2、第二中心腰部区段CW2、第二渐粗区段TU2和第三非渐缩区段UT3的长度分别为4cm、5cm、7cm、5cm、5cm、5cm、4cm、5cm和2cm。非渐缩区段UT1、UT2、UT3中的空芯的直径为30μm，并且第一中心腰部区段CW1和第二中心腰部区段CW2两者中的空芯的最小直径(或渐缩形腰部直径)为20μm。在仿真中，渐缩区段TD1、TD2中的空芯的直径被视为从30μm线性地减小至20μm，并且渐粗区段TU1、TU2中的空芯的直径被视为从20μm线性地增大至30μm。

双腰部空芯光纤DTF的空芯可以填充有在25.7巴的压力下的氪气的工作介质。输入辐射可以包括具有10.6MHz的重复率和1030nm的质心波长的一连串泵浦脉冲。半高宽(FWHM)脉冲持续时间为300fs，并且脉冲能量为2.4μJ。在朝双腰部空芯光纤DTF发射之后，脉冲式输入辐射(或泵浦脉冲)IRD演进为具有的孤立子阶数N＝80的高阶孤立子。由于孤立子阶数随着芯直径改变，所以当芯直径减小至20μm时初始孤立子阶数减小至N＝54。该高孤立子阶数确保输入辐射IRD在MI状态中在光谱上被增宽。

如图16(a)中所示，MI过程的起始发生于第一腰部区TP1的第一渐粗区段TU1中。第一腰部区TP1使得(或至少辅助)MI主导的光谱扩展在距离第一纤维琢面FF’(或输入纤维端)大致16cm的位置处开始。这与图12(b)中示出的情况形成对比，在图12(b)中示出的情况中，即使在25cm的距离的位置处，具有2.4μJ的相同脉冲能量的输入辐射IRD也不产生MI主导的光谱增宽。因此，第一腰部区TP1促进MI过程的起始。在进入第二腰部区TP2之前，输入辐射的光谱被显著地增宽，从而覆盖大致在450nm和1700nm之间的光谱范围。

DWG诱发的短波长扩展在脉冲式输入辐射IRD到达第二腰部区TP2(更具体地，该第二腰部区的第二中心腰部区段CW2)时开始。因此，光谱的短波长边缘从约450nm向下延伸至约300mn。借助于第一渐缩形腰部区，有效地获得DWG诱发的短波长扩展。这同样与图12(b)中示出的情况形成对比，在图12(b)中示出的情况中，由于MI过程的延迟起始，导致具有2.4μJ的相同脉冲能量的输入辐射IRD甚至不提供DWG诱发的短波长扩展。

图16(b)示出使用与图16(a)中示出的仿真相同的参数对辐射源的输出光谱进行的仿真。与图13中所示的产生的未优化的输出光谱USP形成对比，在相同的泵浦脉冲能量的情况下，在双腰部空芯光纤DTF能够显著地扩展光谱DSP的短波长边缘的同时，维持更光滑的光谱轮廓(或更平衡的PSD轮廓)。

为了设计用于宽带辐射的产生的双腰部空芯光纤DTF，因此重要的是确保优化第一腰部区段的位置及参数以控制MI诱发的光谱扩展的起始及强度，并且优化第二腰部区的位置及参数以控制DWG的起始及强度。MI诱发的光谱扩展的起始可以发生在与双腰部空芯光纤DTF的第一琢面FF’相距5cm与30cm之间的位置处。例如，MI起始位置可以在与第一琢面FF’相距10cm和20cm的位置之间、14cm和16cm的位置之间、15cm和35cm的位置之间、20cm和30cm的位置之间，或24cm和28cm的位置之间。如果例如第一腰部区TP1的第一中心腰部区段CW1的长度不适当，使得色散波在第一腰部区内产生。在这种情况下，可以获得期望的短波长扩展，然而，与第二输出光谱SP2类似，输出光谱轮廓是不平衡的并且包括尖锐的UV峰。因此，除了针对每一过程优化每一腰部区，还重要的是确保第一腰部区在DWG起始之前结束。在一些实施例中，第一渐粗区段TU1可以位于MI过程的起始的短距离内。这种短距离可以在例如-10cm至10cm之间的范围内、-5cm至5cm之间的范围内、-2.5cm至2.5cm之间的范围内、或-1cm至1cm之间的范围内。

注意，前述实施例中使用的术语“渐缩部”应该被广义地解释为光纤的一部分，在光纤的所述一部分中，纤维的结构性尺寸(例如，内芯直径、内部毛细管直径和/或外部毛细管直径)沿着纤维长度改变。因此，渐缩部可以被视为光纤OF的结构变化部分，而光纤OF的非渐缩形部分可以被视为包括一个或更多个主部分。腰部区可以不一定包括所有以下三个区段：渐缩区段TD、中心腰部区段CW、渐粗区段TU。应该明白的是，双腰部空芯光纤DTF仅是示例。在其他实施例中，可以排除双腰部空芯光纤DTF的一个或更多个区段。例如，在实施例中，双腰部空芯光纤可以不包括第三非渐缩区段UT3。在不同的实施例中，双腰部空芯光纤可以不包括第一非渐缩区段UT1或任一第一渐缩区段TD1。在这种情况下，输入辐射IRD可以直接耦合到第一中心腰部区段CW1中。还应该明白的是，两个或更多个腰部区可以被应用于空芯光纤。更多的腰部区可以在有效地控制各种不同的非线性光学过程时导致附加的可挠性。注意，将两个或更多个腰部区应用于空芯光纤，以用于改善宽带辐射的产生不限于控制MI过程和DWG。也可以应用两个或更多个腰部区来控制充气空芯光纤中的其他非线性过程。

如以上实施例中描述的，将一个或更多个腰部或直径减小区应用于用于产生宽带输出辐射ORD的空芯HC光纤OF允许谨慎地操控纤维中的一个或更多个非线性光学过程(例如，MI过程和DWG的强度及起始)，从而以有效且受控方式获得短波长扩展。主要通过相关联的孤立子与色散波之间的相位匹配条件确定短波长扩展的范围或输出光谱的短波长边缘的位置。可以通过进一步减小施加至空芯HC光纤OF的腰部的尺寸而获得其他的短波长扩展。然而，这种方法将存在限制，这是因为较小的渐缩形腰部的尺寸导致减少的光学透射及增加的制造挑战。

因此，期望具有一种不仅允许宽带输出光谱的短波长边缘进一步扩展到UV区中而且还避免必须进一步减小渐缩形腰部的方法。本发明人已经识别到，色散波的孤立子捕获可以用于扩展在空芯HC光纤OF中产生的宽带输出辐射ORD的短波长范围。根据公开文件，JCTravers的“光纤超连续谱产生的蓝色扩展(Blue extension of optical fibersupercontinuum generation)”，Journal of Optics，12(2010)113001，孤立子捕获过程在异常区中的合适强度的孤立子与具有相同群速但在正常色散区中的色散波在时间上重叠时开始。在这种情况下，脉冲内四波混合可以使得色散波稍微蓝移并且使得孤立子稍微红移。因此，色散波及孤立子被移位到较低群速的区中，并且因此色散波及孤立子两者均被减速。如果维持孤立子与色散波之间的时间重叠，则色散波在由孤立子捕获的同时连续地蓝移。另一方面，如果波长移位导致孤立子与色散波之间的群速失配并且当该群速失配足够大时，这两个波最终将在时间上分离并且孤立子捕获过程将停止。因此，可以通过匹配孤立子及色散波的群速或通过最小化孤立子与色散波之间的群速失配而维持孤立子捕获过程。

本发明人已经意识到，在宽带输出辐射ORD是在具有没有拉曼的工作介质WM(例如，惰性气体或气体混合物)的不渐缩的或均匀的空芯HC光纤OF(例如，均匀的HC-PCF)中产生并且操作参数(例如，泵浦激光参数)被选择以实现MI主导的光谱扩展的情况下，孤立子具有高于色散波的群速。因而，色散波一旦被产生，就无法捕获孤立子并且因此色散波的孤立子捕获将不发生。

本发明人已经意识到，有可能通过将至少一个群速控制机制应用于空芯HC光纤OF来触发并维持孤立子捕获过程，宽带输出辐射ORD从空芯HC光纤OF中产生。这是因为群速控制机制能够可控地变更孤立子及色散波的群速，以便使孤立子及色散波的时间分离最小化并且因此维持孤立子及色散波的时间重叠。

在一些实施例中，群速控制机制可以包括至少一个具有特定渐缩梯度的渐缩部。可以谨慎地优化每个渐缩部的渐缩梯度，以将孤立子及色散波的群速改变成不同的范围。例如，与具有优化的渐缩梯度的渐缩部使色散波减速相比，具有优化的渐缩梯度的所述渐缩部可以使孤立子更大程度地减速。这可以在进入渐缩部之前有效地补偿或最小化孤立子与色散波之间的时间分离，并且因此允许孤立子与色散波在传播通过纤维的同时维持良好的时间重叠。相比之下，图11(a)、图11(b)和图15中所示的渐缩部或腰部区TP、TP’、TP1、TP2的主要目的是控制MI过程以及DWG的强度及起始。因此，当应用那些渐缩部时，可以不考虑渐缩梯度对色散波的孤立子捕获的影响。

图17示意性地描绘根据实施例的被配置为色散波的孤立子捕获的另一种单腰部空芯光纤。如图中所示，单腰部空芯光纤TOF1可以包括用于容许输入辐射IRD的第一纤维琢面FF11和用于输出宽带输出辐射ORD的第二纤维琢面SF11。单腰部空芯光纤TOF1可以包括三个纤维区段，即，具有第一长度L11的均匀的或非渐缩区段UT11、具有第二长度L12的渐缩区段TD11和具有第三长度L13的中心腰部区段CW11。均匀区段UT11可以具有沿着区段的长度保持恒定的第一空芯直径D11。相比之下，渐缩区段TD11可以具有第二空芯直径D12，该第二空芯直径D12沿着区段的长度持续并且基本上线性地减小。第三区段，即，中心腰部区段CW11，可以紧接在渐缩区段TD11之后开始，并且可以具有相对于第一芯直径D11减小但沿着区段的长度保持恒定的第三空芯直径D13。渐缩区段TD11和中心腰部区段CW11可以形成腰部区或渐缩部TP11，如以上实施例中所定义的。

在本实施例中，第二空芯直径D12可以随着预定义的渐缩梯度TG11而减小。渐缩梯度TG11可以用于描述空芯尺寸沿着纤维的长度改变的快速程度并且可以被定义如下：

TG＝ΔR/ΔL 等式[4]其中，ΔR指示渐缩区段TD11的任何给定部分中的空芯半径的变化，并且ΔL指示在其中发生空芯半径ΔR的变化的纤维长度。本发明人已经认识到，渐缩梯度可以在以下范围内：例如，在0.01μm/cm和10μm/cm之间的范围内、在0.05μm/cm和5μm/cm之间的范围内、在0.1μm/cm和1μm/cm之间的范围内、或在0.1μm/cm和0.5μm/cm之间的范围内。

图18(a)和图18(b)是仿真的两个光谱图，所述两个光谱图描述了在均匀的空芯光纤内分别传播70cm和110cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布。水平轴线表示输入辐射的光谱分量之间的时间分布或延迟时间，而竖直轴线表示输入辐射的光谱分布。灰度图的对比度在从最弱能量(dB)处的黑色至在最强处的白色的范围内。

在本示例性仿真中，均匀空芯HC光纤OF(例如，图7中所说明的单环HC-ARF)可以具有110cm的长度及30μm的芯直径(或15μm的芯半径)。位置Pos＝70cm可以对应于距离第一纤维琢面F11为70cm的纤维中的位置，并且位置Pos＝110cm可以对应于第二纤维琢面SF11的位置。空芯HC可以填充有在25.7巴的压力下的氪气的工作介质WM。脉冲式输入辐射IRD具有150fs的泵浦脉冲持续时间τ、0.5μJ能量的脉冲能量E_p和1030nm的质心波长λ。脉冲式输入辐射IRD可以被准许经由第一纤维琢面FF11进入纤维中，并且可以经由第二纤维琢面SF11离开纤维。该配置允许异常的色散状态中的泵浦。在朝单腰部空芯光纤TOF1发射之后，脉冲式输入辐射(或泵浦脉冲)IRD演进为具有孤立子阶数N＝23的高阶孤立子，具有孤立子阶数N＝23的高阶孤立子确保MI主导的非线性光学过程。如图18(a)中可见的，大约580nm的色散波与大约1380nm的孤立子之间的延迟时间小于100fs并且因而大约580nm的色散波与大约1380nm的孤立子在时间上仍部分地重叠。然而，在传播40cm的另一段距离之后，色散波与孤立子之间的延迟时间增加至多于300fs。这种较长的延迟时间导致色散波与孤立子之间的完全的时间分离，并且因此防止孤立子捕获过程发生。

图18(c)和图18(d)是仿真的两个光谱图，仿真的所述两个光谱图描述了在单腰部空芯光纤(例如，图17中所示)内分别传播70cm的距离和110cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布。该仿真基于已经用于图18(a)和图18(b)中示出的仿真中的相同的操作参数。单腰部空芯光纤TOF1的长度可以是110cm。腰部区可以紧接在距离纤维的第一纤维琢面FF11为70cm的位置之后开始，并且可以在第二纤维琢面SF11处结束，如图17中所示。第一空芯直径D11可以是30μm并且渐缩梯度TG11可以是0.2μm/cm，所述渐缩梯度TG11在渐缩区段TD11的端部处产生24μm的减小空芯直径(例如，第三空芯直径D13)。这种减小的空芯尺寸可以沿中心腰部区段CW11的长度保持基本恒定。

如图18(c)中可见的，仅由于单腰部纤维TOF1的非渐缩区段UT11具有与用于图18(a)中示出的仿真中的均匀纤维(现在示出)相同的结构尺寸(长度除外)的事实，输入辐射IRD的时间及光谱分布与图18(a)中示出的时间及光谱分布相同。图18(d)确认，腰部区的使用使得孤立子减速，从而使得基本上维持色散波与孤立子之间的良好时间重叠，直到孤立子经由第二纤维琢面SF11离开纤维。良好的时间重叠可以对应于例如少于50fs、少于20fs、或少于10fs的延迟时间。这种良好的时间重叠实现了色散波的孤立子捕获，色散波的孤立子捕获导致短波长边缘从580nm(如图18(b)中所示)至低于500nm(如图18(d)中所示)的进一步蓝移。

图19示意性地描绘根据实施例的被配置用于色散波的孤立子捕获的另一种不同的单腰部空芯光纤。单腰部空芯光纤TOF2可以包括用于容许输入辐射IRD的第一纤维琢面FF22以及用于输出宽带输出辐射ORD的第二纤维琢面SF22。纤维可以仅包括两个区段：具有第一长度L21的非渐缩形/均匀区段UT22，以及具有第二长度L22的渐缩区段TD22。均匀区段UT22可以具有沿着区段的长度保持恒定的第一空芯直径D21。渐缩区段TD22可以具有第二空芯直径D22，该第二空芯直径D22沿着区段的长度以渐缩梯度TG22持续并且基本上线性地减小。渐缩区段TD22可以形成腰部区或渐缩部TP22，如以上实施例中所限定的。

图20(a)和图20(b)是仿真的两个光谱图，仿真的所述两个光谱图描述了在均匀空芯光纤内分别传播27cm的距离和42cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布。在本示例性仿真中，均匀空芯HC光纤OF(例如，图7中所说明的单环HC-ARF)可以具有42cm的长度和30μm的芯直径(或15μm的芯半径)。位置Pos＝27cm可以对应于纤维中的距离第一纤维琢面F11 27cm的位置，并且位置Pos＝42cm可以对应于第二纤维琢面SF22的位置。空芯HC可以填充有在25.7巴的压力下的氪气的工作介质WM。脉冲式输入辐射IRD具有280fs的泵浦脉冲持续时间τ、5.3μJ能量的脉冲能量Ep和1030nm的质心波长λ。脉冲式输入辐射IRD可以被准许经由第一纤维琢面FF11进入纤维并且可以经由第二纤维琢面SF11离开纤维。该配置允许异常色散状态中的泵浦。在朝单腰部空芯光纤TOF2发射之后，脉冲式输入辐射(或泵浦脉冲)IRD演进为具有的孤立子阶数N＝104的高阶孤立子，具有的孤立子阶数N＝104的高阶孤立子确保MI主导的非线性光学过程。

如图20(a)中可见的，大约400nm的色散波与大约1800nm的孤立子之间的延迟时间小于100fs并且因而大约400nm的色散波与大约1800nm的孤立子在时间上仍部分地重叠。然而，在传播了15cm的另一段距离之后，色散波与孤立子之间的延迟时间增加至多于500fs。这种较长的延迟时间再次导致色散波与孤立子之间的完全的时间分离，并且因此防止孤立子捕获过程发生。

图20(c)和图20(d)是仿真的两个光谱图，仿真的所述两个光谱图描述了在单腰部空芯光纤(例如，图19中所示)内分别传播27cm的距离和42cm的距离之后的输入辐射的脉冲的时间及光谱分布。该仿真基于已经用于图20(a)和图20(b)中示出的仿真中的相同的操作参数。单腰部空芯光纤TOF2的长度可以是42cm。腰部区可以紧接在距离纤维的第一纤维琢面FF2227cm的位置之后开始，并且可以在第二纤维琢面SF22处结束，如图19中所示。第一空芯直径D21可以保持恒定于30μm。渐缩梯度TG22可以是0.5μm/cm，所述渐缩梯度TG22在第二纤维琢面SF22处产生15μm的减小空芯直径(例如，第二纤维琢面SF22处的第二空芯直径D22)。

由于单腰部纤维TOF2的非渐缩区段UT22具有与用于图20(a)中示出的仿真中的均匀纤维(现在示出的)相同的结构尺寸(长度除外)的事实，图20(c)中所示的输入辐射IRD的时间及光谱分布与图20(a)中示出的时间及光谱分布相同。图20(d)确认，腰部区的使用使孤立子减速，从而使得基本上维持色散波与孤立子之间的时间重叠，直到孤立子经由第二纤维琢面SF22离开纤维。这导致色散波在时间上及光谱上由孤立子捕获，这又导致短波长边缘从400nm(如图20(b)中所示)至低于300nm(如图20(d)中所示)的进一步蓝移。

在一些实施例中，群速控制机制可以包括拉曼活性工作介质WM。拉曼活性工作介质可以是包括至少一种拉曼活性气体的填充气体或气体混合物。拉曼活性气体可以是例如氢气、氘气或氮气。如上文所描述的，本发明人已经意识到，仅拉曼活性工作介质能够使孤立子相对于色散波减速，并且因此允许在非渐缩形空芯光纤而不是在渐缩形纤维中获得色散波的孤立子捕获。在一些实施例中，拉曼活性工作介质可以被配置为最小化色散波与孤立子之间的时间分离，以便确保色散波与孤立子两者之间的良好的时间重叠。良好的时间重叠可以对应于例如少于50fs、少于20fs、或少于10fs的延迟时间。

在不同的实施例中，可以一起使用两个或更多个群速控制机制。例如，在实施例中，诸如图17或图19中所示的渐缩形纤维TOF1、TOF2的单腰部空芯光纤可以填充有拉曼活性工作介质。在这种情况下，纤维的腰部区及拉曼活性工作介质(例如，包括至少一种拉曼活性气体的填充气体或气体混合物)可以被配置为产生对于输入辐射IRD的组合影响，使得色散波与孤立子之间的时间分离被最小化且孤立子捕获过程被维持。

注意，上文所描述的被配置为用于色散波的孤立子捕获的单腰部空芯光纤TOF1、TOF2是非限制性示例。具有两个或更多个腰部区的其他空芯光纤可以同样适用。还要注意，单腰部空芯光纤TOF1、TOF2的单腰部区TP11、TP22可以被配置且定位成不仅触发DWG的起始，而且还能够实现且维持孤立子捕获过程。在优选实施例中，双腰部空芯光纤(例如，图15中所示)可以被配置为使得第一腰部区经优化以用于开启MI过程，而第二腰部区TP2经优化以用于开启DWG及孤立子捕获过程两者。在另一个优选实施例中，双腰部空芯光纤可以填充有拉曼活性填充气体。使用拉曼活性填充气体可以在开始对孤立子捕获过程进行优化时，添加附加的自由度。在其他实施例中，一个或更多个群速控制机制(例如，渐缩形空芯光纤和/或拉曼活性填充气体)可以被应用于单腰部或双腰部空芯光纤(例如，如图11(a)、图11(b)或图15中所示)，该单腰部或双腰部空芯光纤被配置为用于产生具有平滑的光谱轮廓和扩展的短波长边缘的宽带输出辐射。

图21是说明可以辅助实施本发明中披露的方法和流程的计算机系统2100的框图。计算机系统2100包括用于传达信息的总线2002或其他通信机构及与总线2102耦接以用于处理信息的处理器2104(或多个处理器2104及2105)。计算机系统2100还包括耦接到总线2102以用于储存待由处理器2104执行的信息和指令的主存储器2106，诸如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置。主存储器2106也可以用于在待由处理器2104执行的指令的执行期间存储暂时性变量或其他中间信息。计算机系统2100还包括耦接到总线2102以用于储存用于处理器2104的静态信息和指令的只读存储器(ROM)2108或其他静态存储装置。提供诸如磁盘或光盘的存储装置2110，并且该存储装置2110耦接到总线2102以用于储存信息和指令。

计算机系统2100可以经由总线2102耦接到用于向计算机用户显示信息的显示器2112，诸如，阴极射线管(CRT)或平板显示器或触控面板显示器。包括字母按键和其他按键的输入装置2014耦接到总线2102以用于将信息和命令选择传达到处理器2104。另一种类型的使用者输入装置为用于将方向信息和命令选择传达到处理器2104并且用于控制显示器2112上的光标移动的光标控制件2116，诸如，鼠标、轨迹球或光标方向按键。该输入装置通常具有在两个轴线(第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y))上的两个自由度，所述两个自由度允许该装置指定平面中的位置。触控面板(屏幕)显示器也可以用作输入装置。

可以由计算机系统2000响应于处理器2104执行主存储器2106中所包含的一个或更多个指令的一个或更多个序列来执行如本文中描述的方法中的一个或更多个方法。可以将这种指令从另一个计算机可读介质(诸如存储装置2110)读取到主存储器2106中。主存储器2106中所包含的指令序列的执行促使处理器2104执行本文中描述的过程步骤。也可以使用呈多处理布置的一个或更多个处理器以执行主存储器2106中所包含的指令序列。在替代性实施例中，可以代替或结合软件指令而使用硬线连接电路。因此，本文中的描述不限于硬件电路与软件的任何特定组合。

如本文中使用的术语“计算机可读介质”指代参与将指令提供到处理器2104以供执行的任何介质。该介质可以呈许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如存储装置2110。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器2106。传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，包括包含总线2102的电线。传输介质也可以采取声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外线(IR)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质的常见形式包括例如软磁盘、软性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盒、如下文所描述的载波、或可以供计算机读取的任何其他介质。

各种形式的计算机可读介质可以用于将一个或更多个指令的一个或更多个序列携载到处理器2104。例如，可以初始地将指令承载于远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到它的易失性存储器中，并且使用调制解调器经由电话线来发送指令。在计算机系统2100本地的调制解调器可以接收在电话线上的数据，并且使用红外传输器将数据转换为红外信号。耦接到总线2102的红外检测器可以接收红外信号中所携载的数据并且将数据放置于总线2102上。总线2102将数据携载到主存储器2106，处理器2104从主存储器2106获取并执行指令。由主存储器2106接收的指令可以可选地在由处理器2104执行之前或之后存储于存储装置2110上。

计算机系统2100还优选地包括耦接到总线2102的通信接口2118。通信接口2118提供对网络链路2120的双向数据通信耦合，网络链路2120连接到局域网络2122。例如，通信接口2118可以是综合业务数字网(ISDN)卡或调制解调器，以提供对对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一个示例，通信接口2118可以是将数据通信连接提供到兼容LAN的局域网络(LAN)卡。也可以实施无线链路。在任何这种实施方案中，通信接口2118发送和接收携载表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光学信号。

网络链路2120通常经由一个或更多个网络将数据通信提供到其他数据装置。例如，网络链路2120可以经由局域网络2122向主计算机2124或向由因特网服务提供商(ISP)2126操作的数据装备提供连接。ISP 2126又经由全球封包数据通信网络(现在通常被称为“因特网”2128)提供数据通信服务。局域网络2122和因特网2128两者都使用携载数字数据串流的电信号、电磁信号或光信号。经由各种网络的信号以及在网络链路2120上并且经由通信接口2128的信号是输送信息的示例性形式的载波，所述信号将数字数据携载到计算机系统2100并且从计算机系统2100携载数字数据。

计算机系统2100可以经由(多个)网络、网络链路2120和通信接口2118发送消息并且接收包括程序代码的数据。在因特网示例中，服务器2030可以经由因特网2128、ISP2126、局域网络2122和通信接口2118传输用于应用程序的所请求的代码。例如，一种这样下载的应用程序可以提供本文中描述的技术中的一个或更多个。所接收的代码可以在所述代码被接收时由处理器2104执行，和/或存储于存储装置2110或其他非易失性储存器中以供稍后执行。这样，计算机系统2100可以获得呈载波形式的应用代码。

在以下经编号的方面的列表中披露了另外的实施例：

1.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：

空芯光子晶体纤维(HC-PCF)，所述空芯光子晶体纤维包括至少一个结构变化部分，所述至少一个结构变化部分具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，

其中，所述至少一个结构变化部分至少包括第一结构变化部分，所述第一结构变化部分位于沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的一位置的下游，在所述位置处，所述泵浦辐射将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而已经被在光谱上扩展，并且

其中，所述至少一个结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射包括在紫外光谱区中的波长。

2.如方面1所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个结构变化部分中的一个或更多个分别包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分中的每个直径减小部分均包括内芯直径，所述内芯直径相对于与所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分相关联的主内芯直径减小。

3.如方面2所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的每个直径减小部分均包括在第一方向上渐缩的第一渐缩形部分，使得所述内芯直径在所述第一渐缩形部分的长度上从所述主内芯直径减小至小于所述主内芯直径的第二内芯直径。

4.如方面3所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的一个或更多个包括第二渐缩形部分，所述第二渐缩形部分在与所述第一方向相反的方向上具有渐缩部，使得所述内芯直径在所述第二渐缩形部分的长度上从所述第二内芯直径增大至所述主内芯直径。

5.如方面4所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的一个或更多个包括位于所述第一渐缩形部分与所述第二渐缩形部分之间的中心腰部区段，所述中心腰部区段具有沿其长度的所述第二内芯直径。

6.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个结构变化部分中的一个或更多个分别包括所述空芯光子晶体纤维的内包层结构的相对于所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分的不同的结构尺寸。

7.如方面6所限定的宽带光源装置，其中，所述空芯光子晶体纤维的所述内包层结构的所述不同的结构尺寸包括不同的毛细管直径。

8.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分的起始处位于沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的所述位置的下游，在所述位置处，所述泵浦辐射将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而已经在光谱上被扩展。

9.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分被配置为控制第二非线性光学过程。

10.如方面9所限定的宽带光源装置，其中，所述第二非线性光学过程包括色散波的产生。

11.如方面10所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个结构变化部分还包括位于所述第一结构变化部分上游的第二结构变化部分，所述第二结构变化部分被配置且定位为控制MI主导的非线性光学过程。

12.如方面11所限定的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分被配置为使得所述第二非线性光学过程不在所述第一结构变化部分中开始。

13.如方面12所限定的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分被配置且定位为使得所述色散波的产生进一步延伸所述宽带输出辐射的短波长界限。

14.如方面10至13中任一项所限定的宽带光源装置，还包括至少一个群速控制机制，所述至少一个群速控制机制被配置为使二者均由所述MI主导的非线性光学过程产生的至少一个孤立子与至少一个色散波之间的时间分离最小化，使得所述宽带输出辐射的短波长界限经由孤立子捕获过程而进一步被延伸。

15.如方面14所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个群速控制机制包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分包括以渐缩梯度减小的内芯直径，所述渐缩梯度被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个色散波和所述至少一个孤立子的时间分离最小化。

16.如方面15所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分被包括于所述第一结构变化部分内。

17.如方面15或16所限定的宽带光源装置，其中，所述渐缩梯度在0.01μm/cm和10μm/cm之间的范围内。

18.如方面14至17中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个群速控制机制包括拉曼活性气体或混合气体，所述拉曼活性气体或混合气体被配置为填充所述空芯光子晶体纤维并且被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个孤立子和所述至少一个色散波的时间分离最小化。

19.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：

空芯光子晶体纤维(HC-PCF)，所述空芯光子晶体纤维包括至少第一结构变化部分和第二结构变化部分，其中，所述第一结构变化部分和第二结构变化部分中的每一个均具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分中的至少一个主部分将所述第一结构变化部分与第二结构变化部分分离。

20.如方面19所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分和第二结构变化部分中的每一个包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分中的每个均包括内芯直径，所述内芯直径相对于与所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分相关联的主内芯直径减小。

21.如方面20所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的每个直径减小部分均包括在第一方向上渐缩的第一渐缩形部分，使得所述内芯直径在所述第一渐缩形部分的长度上从所述主内芯直径减小至小于所述主内芯直径的第二内芯直径。

22.如方面21所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的一个或更多个包括第二渐缩形部分，所述第二渐缩形部分在与所述第一方向相反的方向上具有渐缩部，使得所述内芯直径在所述第二渐缩形部分的长度上从所述第二内芯直径增大至所述主内芯直径。

23.如方面22所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分中的一个或更多个包括位于所述第一渐缩形部分与所述第二渐缩形部分之间的中心腰部区段，所述中心腰部区段具有沿其长度的所述第二内芯直径。

24.如方面19至23中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个结构变化部分中的一个或更多个分别包括所述空芯光子晶体纤维的内包层结构相对于所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分的不同的结构尺寸。

25.如方面24所限定的宽带光源装置，其中，所述空芯光子晶体纤维的所述内包层结构的所述不同的结构尺寸包括不同的毛细管直径。

26.如方面25所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分和所述第二结构变化部分分别被配置且定位为控制负责产生所述宽带输出辐射的第一非线性光学过程和第二非线性光学过程。

27.如方面26所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述第二非线性光学过程不在所述第一结构变化部分中开始。

28.如方面27所限定的宽带光源装置，其中，所述第一非线性光学过程包括调制不稳定性，并且所述第二非线性光学过程包括色散波的产生。

29.如方面28所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述调制不稳定性在光谱上扩展所述泵浦辐射，而所述第二结构变化部分被配置且定位为使得所述色散波的产生进一步延伸在光谱上被扩展的所述泵浦辐射的短波长边缘。

30.如方面29所限定的宽带光源装置，还包括至少一个群速控制机制，所述至少一个群速控制机制被配置为使二者均由所述MI主导的非线性光学过程产生的至少一个孤立子与至少一个色散波之间的时间分离最小化，使得所述宽带输出辐射的短波长界限经由孤立子捕获过程而进一步被延伸。

31.如方面30所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个群速控制机制包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分中的每个直径减小部分均包括内芯直径，所述内芯直径在所述至少一个直径减小部分的长度上以渐缩梯度从所述主内芯直径减小，所述渐缩梯度被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个孤立子和所述至少一个色散波的时间分离最小化。

32.如方面31所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个直径减小部分被包括于所述第二结构变化部分内。

33.如方面31或32所限定的宽带光源装置，其中，所述渐缩梯度在0.01μm/cm和10μm/cm之间的范围内。

34.如方面30至33中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述至少一个群速控制机制包括拉曼活性气体或混合气体，所述拉曼活性气体或混合气体被配置为填充用于产生所述宽带输出辐射的所述空芯光子晶体纤维的空芯并且被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个孤立子和所述至少一个色散波的时间分离最小化。

35.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分和所述第二结构变化部分进一步被配置为支持所述泵浦辐射的大致基谐模式的传播。

36.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，在紫外区中的所述波长包括低至300nm的波长。

37.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，在紫外区中的所述波长包括低至200nm的波长。

38.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述宽带输出辐射包括高达2000nm的波长。

39.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述宽带输出辐射包括高达3000nm的波长。

40.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，至少所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度相对于在感兴趣的波长范围内的平均值变化不超过50％。

41.如方面40所限定的宽带光源装置，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在400nm和1000nm之间的波长。

42.如方面40所限定的宽带光源装置，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在400nm和2000nm之间的波长。

43.如方面40所限定的宽带光源装置，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在200nm和2000nm之间的波长。

44.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，至少所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度不包括具有比所述光谱的平均点扩散功率谱密度大两倍以上的点扩散功率谱密度的任何峰。

45.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，还包括用于产生所述泵浦辐射的泵浦辐射源。

46.如方面45所限定的宽带光源装置，其中，所述泵浦辐射源被配置为使得所述泵浦辐射包括在1μJ和10μJ之间的范围内的脉冲能量。

47.如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述空芯光子晶体纤维包括单环空芯光子晶体纤维。

48.如方面19至47中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在5cm和30cm之间的位置处。

49.如方面19至47中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在10cm和20cm之间的位置处。

50.如方面19至47中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在14cm和16cm之间的位置处。

51.如方面19至50中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在15cm和35cm之间的位置处。

52.如方面19至50中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在20cm和30cm之间的位置处。

53.如方面19至50中任一项所限定的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分的起始处位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在24cm和28cm之间的位置处。

54.一种量测装置，包括如前述方面中任一项所限定的宽带光源装置。

55.如方面36所限定的量测装置，包括散射仪量测设备、水平传感器或对准传感器。

56.一种用于优化至少第一结构变化部分沿着空芯光子晶体纤维(HC-PCF)的长度的位置使得在由输入辐射激励之后从所述空芯光子晶体纤维产生的宽带输出辐射包括在紫外区中的波长的方法，其中，所述优化包括：

确定沿着所述空芯光子晶体纤维的所述长度的、将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而在光谱上扩展所述泵浦辐射的位置，以及

将所述第一结构变化部分定位在确定的位置的下游。

57.如方面56所限定的方法，其中，所述定位步骤优化所述第一结构变化部分的起始处的位置。

58.如方面56或57所限定的方法，其中，所述确定步骤是通过仿真所述空芯光子晶体纤维内的所述宽带输出辐射的产生过程来执行的。

59.如方面56至58中任一项所限定的方法，其中，所述确定步骤是通过以下步骤来执行的：

a)根据不包括结构变化部分的空芯光纤的长度来测量输出光谱和功率输出；

b)在接近输入端的点处切割所述长度的空芯光纤，以获得缩短的长度；

c)在每个缩短的长度上重复步骤a)和b)，直到测量的输出光谱确认已经发生调制不稳定性占主导的非线性光学过程。

60.如方面56至59中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤导致包括低至300nm的波长的所述宽带输出辐射。

61.如方面56至59中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤导致包括低至200nm的波长的所述宽带输出辐射。

62.如方面56至61中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤导致包括高达2000nm的波长的所述宽带输出辐射。

63.如方面56至61中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤导致包括高达3000nm的波长的所述宽带输出辐射。

64.如方面56至63中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度相对于在感兴趣的波长范围内的平均值变化不超过50％。

65.如方面64所限定的方法，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在400nm和1000nm之间的波长。

66.如方面64所限定的方法，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在400nm和2000nm之间的波长。

67.如方面64所限定的方法，其中，所述感兴趣的波长范围至少包括在200nm和2000nm之间的波长。

68.如方面56至67中任一项所限定的方法，其中，至少所述定位步骤使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度不包括具有比所述光谱的平均点扩散功率谱密度大两倍以上的点扩散功率谱密度的任何峰。

69.如方面56至68中任一项所限定的方法，其中，所述优化包括：共同优化所述位置以及所述输入辐射的能量。

70.如方面56至69中任一项所限定的方法，其中，所述定位步骤优化所述第一结构变化部分以控制第二非线性光学过程。

71.如方面56至70中任一项所限定的方法，其中，所述优化步骤包括：优化第二结构变化部分沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的位置。

72.如方面71所限定的方法，其中，所述优化第二位置包括优化所述第二结构变化部分的所述位置以控制所述MI主导的非线性光学过程。

73.如方面72所限定的方法，其中，优化步骤包括：优化所述第一结构变化部分的所述位置以及所述第二结构变化部分的所述位置，使得所述第二非线性光学过程不在所述第一结构变化部分中开始。

74.如方面73所限定的方法，包括：优化所述第二结构变化部分的所述位置，使得所述色散波的产生进一步延伸所述宽带输出辐射的短波长界限。

75.如方面70至74中任一项所限定的方法，其中，所述第二非线性光学过程包括色散波的产生。

76.如方面56至75中任一项所限定的方法，其中，所述优化还包括：应用至少一个群速控制机制，以使二者均由所述MI主导的非线性光学过程产生的至少一个孤立子与至少一个色散波之间的时间分离最小化，从而使得所述宽带输出辐射的短波长界限经由孤立子捕获过程而进一步被延伸。

77.如方面76所限定的方法，其中，所述至少一个群速控制机制包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分包括以渐缩梯度减小的内芯直径，所述渐缩梯度被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个孤立子和所述至少一个色散波的时间分离最小化。

78.如方面77所限定的方法，其中，所述至少一个直径减小部分被包括于所述第一结构变化部分内。

79.如方面77或78所限定的方法，其中，所述渐缩梯度在0.01μm/cm和10μm/cm之间的范围内。

80.如方面76至79中任一项所限定的方法，其中，所述至少一个群速控制机制包括拉曼活性气体或混合气体，所述拉曼活性气体或混合气体被配置为填充用于产生所述宽带输出辐射的所述空芯光子晶体纤维的空芯并且被配置为使所述至少一个孤立子相对于所述至少一个色散波减速，以使所述至少一个孤立子和所述至少一个色散波的时间分离最小化。

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、用于磁畴存储器的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

尽管在本文中可以特定地参考在光刻设备的情境中的本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理诸如晶片(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一部分。这些设备可以通常被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上文可以已经特定地参考在光学光刻的情境中对本发明的实施例的使用，但是将明白的是，在情境允许的情况下，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。

尽管上文已经描述了本发明的特定实施例，但是将明白的是，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，可以在不脱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)

1.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：

空芯光子晶体纤维(HC-PCF)，所述空芯光子晶体纤维至少包括第一结构变化部分和第二结构变化部分，其中，所述第一结构变化部分和第二结构变化部分中的每一个均具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，所述空芯光子晶体纤维的所述一个或更多个主部分中的至少一个将所述第一结构变化部分与第二结构变化部分分离。

2.如权利要求1所述的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分和所述第二结构变化部分中的每一个被配置且定位为控制负责产生所述宽带输出辐射的第一非线性光学过程和第二非线性光学过程。

3.如权利要求2所述的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述第二非线性光学过程不在所述第一结构变化部分中开始。

4.如权利要求3所述的宽带光源装置，其中，所述第一非线性光学过程包括调制不稳定性，并且所述第二非线性光学过程包括色散波的产生，并且其中，可选地，所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述调制不稳定性在光谱上扩展所述泵浦辐射，而所述第二结构变化部分被配置且定位为使得所述色散波的产生进一步延伸在光谱上被扩展的所述泵浦辐射的短波长边缘。

5.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分和所述第二结构变化部分进一步被配置为支持所述泵浦辐射的大致基谐模式的传播，

并且其中，可选地，满足以下各项中的一项：

在紫外区中的所述波长包括低至300nm的波长，以及

所述宽带输出辐射包括高达2000nm的波长。

6.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，至少所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度相对于在感兴趣的波长范围内的平均值变化不超过50％。

7.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，至少所述第一结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射的光谱的点扩散功率谱密度不包括具有比所述光谱的平均点扩散功率谱密度大两倍以上的点扩散功率谱密度的任何峰。

8.如前述权利要求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。

9.如权利要求8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包括在1μJ至10μJ之间的范围内的脉冲能量。

10.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述空芯光子晶体纤维包括单环空芯光子晶体纤维。

11.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第一结构变化部分的起始点位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在5cm和30cm之间的位置处。

12.如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，所述第二结构变化部分的起始点位于距所述空芯光子晶体纤维的输入端的距离在15cm和35cm之间的位置处。

13.一种宽带光源装置，所述宽带光源装置被配置为在接收到泵浦辐射时产生宽带输出辐射，所述宽带光源装置包括：

空芯光子晶体纤维(HC-PCF)，所述空芯光子晶体纤维包括至少一个结构变化部分，所述至少一个结构变化部分具有所述空芯光子晶体纤维的相对于所述空芯光子晶体纤维的一个或更多个主部分变化的至少一个结构参数，

其中，所述至少一个结构变化部分至少包括第一结构变化部分，所述第一结构变化部分位于沿着所述空芯光子晶体纤维的长度的一位置的下游，在所述位置处，所述泵浦辐射将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而已经在光谱上被扩展，并且

其中，所述至少一个结构变化部分被配置且定位为使得所述宽带输出辐射包括在紫外光谱区中的波长；并且

其中，可选地，所述至少一个结构变化部分中的一个或更多个部分中的每个包括至少一个直径减小部分，所述至少一个直径减小部分包括相对于所述空芯光子晶体纤维的主内芯直径减小的内芯直径。

14.一种量测装置，包括如前述权利要求中任一项所述的宽带光源装置，其中，可选地，所述量测装置包括散射仪量测设备、水平传感器或对准传感器。

15.一种优化至少第一结构变化部分沿着空芯光子晶体纤维(HC-PCF)的长度的位置，使得在由输入辐射激励之后从所述空芯光子晶体纤维产生的宽带输出辐射包括在紫外区中的波长的方法，其中，所述优化包括：

确定沿着所述空芯光子晶体纤维的所述长度的、将通过调制不稳定性占主导的非线性光学过程而在光谱上扩展所述泵浦辐射的位置，以及

将所述第一结构变化部分定位在确定的所述位置的下游。