CN1723594A - 紫外光源、包括紫外光源的激光治疗设备和包括紫外光源的曝光设备 - Google Patents

紫外光源、包括紫外光源的激光治疗设备和包括紫外光源的曝光设备 Download PDF

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Abstract

紫外光源(1)包括：产生红外区的信号光的激光光源(10)；光放大器(20)，包括光纤放大器(21，22)，并放大激光光源(10)产生的信号光；和波长转换光学系统(30)，把光放大器(20)放大的信号光转换成紫外光并输出转换的光。紫外光源(1)利用单模光纤激光器(26)作为激励光源，至少用于一级光放大器(20)的光纤光放大器(22)。

Description

紫外光源、包括紫外光源的 激光治疗设备和包括紫外光源的曝光设备
技术领域
本发明涉及一种紫外光源，该紫外光源通过光纤放大器放大红外-可见波段的信号光，并通过波长转换光学系统将放大的光转变成紫外光作为输出。本发明还涉及分别包括紫外光源的激光治疗设备和曝光设备。
背景技术
当今，具有短波长和高时间相干性的紫外激光被用在各个领域。例如，紫外激光用于半导体器件制造中的曝光设备，以及用于诸如外科、眼科和牙科中进行手术的激光手术治疗设备。紫外激光还用在各种测量仪器和分析仪以及加工设备中。用在这种设备中的紫外光源包括振荡波长为λ＝248nm的KrF准分子激光器和振荡波长为λ＝193nm的ArF准分子激光器。虽然这些准分子激光器已经包括在各种设备中作为光源，但它们存在维护麻烦和高运行成本的问题，因为除了它们的昂贵和体积庞大之外，这些激光器利用氟气作为工作介质。
因此，一直在致力寻求一种全固态紫外光源，它包括作为信号光源的在红外-可见波段内振荡的固态激光器，通过光纤放大器放大从固态激光器输出的光，并通过波长转换光学系统将放大的光转变成具有预定波长的紫外光作为输出。作为这种全固态紫外光源，提出的紫外光源包括作为信号光源的DFB半导体激光器，该DFB半导体激光器在λ＝1.55μm的波段内稳定振荡，该紫外光源通过掺铒光纤放大器(以下简称“EDFA”)将半导体激光器输出的光放大到理想的光强度，并通过波长转换光学系统将放大的光转变成波长为λ＝193nm的紫外光作为输出，该紫外光是八阶谐波，波长转换光学系统包括用于波长转换的晶体(参考例如日本待决专利公开JP2000-200747和JP2001-353176)。
作为用在这种全固态紫外光源中的EDFA，已知的有：单包层的EDFA，其通过单模振荡的半导体激光器激励掺铒的单包层和单模光纤(EDF)；和双包层EDFA，其通过多模振荡的半导体激光器激励双包层EDF(参考例如日本待决专利公开JP2000-200747和JP2001-353176)。
然而，上述的这些现有技术的EDFA存在下列问题。首先，对于单包层EDFA，激励EDFA的单模振荡半导体激光器的光功率限制在几百mW的范围内，其输出比较低，因此处于几kHz的低重复频率和低占空比的信号光必须用于产生高于10kW(脉宽高达1ns)的峰值功率。在此情况下，即使获得高峰值功率，从EDFA输出的光也最多仅在平均功率处实现大约100mW的较低功率。该问题表明光纤放大器的原始放大能力没有被充分利用。
另外，在如上所述的光纤放大器中，在多级结构中串连布置多个EDFA以实现预定的峰值功率是一种惯例。但是，在EDFA中产生的ASE光作为DC噪音而添加到在相邻信号脉冲之间的无信号部分上，这导致输出信号的信噪比显著降低。因此，作为去除多级EDFA中DC噪音成分的一种布置，在相邻级之间设置电光调制元件或声光调制元件，并且控制每个调制元件与信号光源同步，以向后一级EDFA供给高信噪比的信号光。但是，随着EDFA结构变得复杂，EDFA的制造成本也变得昂贵。此外，还存在信号光损失的问题，这是由于插入调制元件而造成的。
另一方面，双包层EDFA包括第一包层和第二包层。第一包层围绕掺有激光介质的芯并用作激励光的耦合器，第二包层形成在第一包层周围，为第一包层提供波导。当第一包层具有多模和较大的横截面积时，可以有效地耦合具有多模振荡的高功率半导体激光器，提高激励光的功率传输，并由此提高脉冲重复频率和平均输出功率。但是，在双包层EDFA中，单位长度的激励效率比单包层EDFA低，单包层EDFA将激励光直接馈送到芯中。为此很难减小双包层EDFA中光纤的长度，因此存在信号光损耗增大的问题，这种损耗是由在光纤中发生的例如参数处理或受激拉曼散射等非线性效应造成的。结果，双包层EDFA不能实现像单包层EDFA一样高的峰值功率。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而构思的，其目的在于提供一种具有简单的结构并同时产生高峰值功率和高平均功率的紫外光源。本发明的还有一个目的在于提供曝光设备和激光治疗设备，每一种设备中都包括这样的一种紫外光源。
为了解决上述问题和实现这些目的，本发明提供一种包括激光光源、光放大器和波长转换光学系统的紫外光源，其中激光光源产生红外-可见波段的信号光，光放大器包括至少一级光纤放大器，并放大激光光源产生的信号光，波长转换光学系统把光放大器放大的信号光转变成紫外光作为输出。在该紫外光源中，单模光纤激光器用作光放大器中至少一级光纤放大器的激励光源。
在根据本发明的该紫外光源中，优选采用单模光纤激光器作为激励光源的光纤放大器是光放大器中的末极光纤放大器。
在该紫外光源中，还优选单模光纤激光器为拉曼光纤激光器。
在该紫外光源中，单模光纤激光器可以是掺镱(Yb)光纤激光器。
另外，该紫外光源可以包括波分复用器，该波分复用器设置在光放大器的输入侧。在此情况下，该波分复用器为光纤熔融型，该波分复用器使信号光与激励光源输出的激励光共轴混合。
根据本发明的激光治疗设备包括上述的紫外光源和辐射光学系统，该辐射光学系统将紫外光源发射的紫外光引导到治疗部位用于辐射。
根据本发明的曝光设备包括：上述的紫外光源；掩模支撑部分，支撑设有预定曝光图案的光掩模；目标支撑部分，支撑待曝光目标；照明光学系统，对紫外光源发射的紫外光进行引导，以照明由掩模支撑部分支撑的光掩模；和投影光学系统，对在通过照明光学系统的照明中穿过光掩模的光进行引导，以向由目标支撑部分支撑的待曝光目标进行投射。
附图说明
图1是表示根据本发明的一种紫外光源的激光光源和光放大器的结构简图；
图2是表示该紫外光源的波长转换光学系统的结构简图；
图3是表示光放大器的复合模块的结构简图；
图4是根据本发明的另一种紫外光源的激光光源和光放大器的结构简图；
图5是描绘拉曼光纤激光器输出的激励光功率与光放大器输出的信号光功率之间的关系的曲线；
图6是波长为1547nm的基波的功率与波长为193nm的基波的八阶谐波的功率之间的关系曲线；
图7是根据本发明的激光治疗设备的结构简图；
图8是激光治疗设备的辐射光学系统和观察光学系统的结构简图；
图9是根据本发明的曝光设备的结构简图；
图10是根据本发明的掩模缺陷检查设备的结构简图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
紫外光源
首先，参考图1～4描述根据本发明的紫外光源的实施例，其中每个附图都表示该紫外光源的一个部分。紫外光源1包括：激光光源10，其产生红外-可见波段的信号光；光放大器20，其包括前级光纤放大器21和后级光纤放大器22，放大由激光光源10产生的信号光；和波长转换光学系统30，其以波长转换的方式将光放大器放大的信号光转变成紫外光输出。紫外光源1还包括作为激励光源26的单模光纤激光器，激励光源26用于光放大器20的后级光纤放大器22。
激光光源10包括固态激光器11和控制固态激光器的操作的控制器12，激光光源10是一种向光放大器20脉冲地输出信号光的信号光源。固态激光器11例如可以是一种InGaAsP分布式反馈(DFB)半导体激光器，其在红外波段的λ＝1.55μm波长处振荡。上述DFB半导体激光器的振荡波长具有0.1nm/℃的温度依赖性，因此虽然半导体激光器控制在恒温，但其振荡输出窄带单波长的红外光，如振荡波长λ＝1547nm。控制器12是控制DFB半导体激光器11的驱动器，其向DFB半导体激光器11供给在重复频率f＝几十～几百kHz频率处脉宽约为1ns的驱动信号，以致于DFB半导体激光器11脉冲振荡地工作，并向光放大器20输出峰值功率约为10mW的脉冲状信号光。
采用外设调制器如电光调制元件或声光调制元件，由在CW模式下稳定振荡的DFB半导体激光器11的输出来形成光脉冲。通过这种布置，具有较小频率线性调频的窄带信号光可以输出到光放大器20。
光放大器20作为放大从激光光源10输出的波长为λ＝1547nm的信号光的放大器，光放大器20包括上述前级和后级光纤放大器21和22、偏振控制器24、复合模块25、和上述激励后级光纤放大器22的激励光源26。在光放大器20中，前级和后级光纤放大器21和22彼此串连。
设置在光放大器20的输入部分处的偏振控制器24是一种光纤型偏振控制器，偏振控制器24控制信号光的偏振以抑制类似四波混频或受激拉曼散射的非线性过程，而这些过程可能发生在后级光纤放大器22中。
前级光纤放大器21是一个把从激光光源10输出的峰值功率约为10mW的信号光放大至大约1kW的预放大器。因为在此预放大器部分处光输出的峰值功率约为1kW，所以单包层掺铒光纤(EDF)用作光纤放大器21，并且作为激励光的单模半导体激光器的输出耦合到EDF。图1中未示出构成前级光纤放大器21的EDF的此激励光源和把激励光引导到光纤芯的波分复用器(WDM)。
为了峰值功率从10mW向1kW(增益50dB)的稳定光放大，优选前级光纤放大器21包括两级EDFA。在此情况下，在第一级EDFA和第二级EDFA之间设置窄带滤波器以去除在第一级产生的ASE，并且插入隔离器以抑制在第一级和在第二级的振荡。
另一方面，不能忽略信号增益在峰值功率超过1kW的范围内由于非线性效应如四波混频或受激拉曼散射而减小。因此希望：在光纤放大器21包括单级时光纤放大器21的光纤、或在光纤放大器21包括两级时第二级的光纤为高铒浓度的单包层EDF(铒浓度＞1000ppm)，并且具有大约10μm的较大的模半径。
从前级光纤放大器21发射的信号光进入复合模块25，在复合模块25中，准直透镜251、窄带滤波器252、隔离器253、波分复用器(WDM)254、准直透镜255和聚光透镜256一起装配成一个单元，如图3所示。
此处，窄带滤波器252是一种只在预定的透射带宽内通过信号光的滤波器，其中心处于DFB半导体激光器11的输出波长处。作为窄带滤波器252，采用透射带宽例如约为1nm的窄带滤波器去除在前级光纤放大器21处产生的类似ASE的噪音成分，并提高馈送到后级光纤放大器22中的信号光的信噪比。此外，设置隔离器253以使前级光纤放大器21与后级光纤放大器22隔离，防止由来自后级光纤放大器22的光的反向传播造成的振荡以及由ASE的多重反射造成的增益减小。
波分复用器(以下称作“WDM”)254是一种使信号光与激励光(泵浦光)混合的装置，其中信号光从前级光纤放大器21发射并被准直透镜251准直，从激励光源26经过光纤268引导激励光(泵浦光)并通过准直透镜255对其进行准直。图3表示一种反射型WDM，该反射型WDM通过透射信号光并通过反射激励光而共轴叠加信号光和激励光，其中信号光从光纤放大器21发出且波长λ＝1547nm，激励光从激励光源(拉曼光纤激光器)26引导出且波长λ＝1480nm。
包括上述光学元件的作为一个单元的光纤型复合模块25具有很高的效率，因为其设计使得耦合损耗和熔接损耗最小。还因为能够缩短光纤而避免了非线性效应。
激励光源26是一种单模光纤激光器，图1表示作为一个实例的拉曼光纤激光器。拉曼光纤激光器26是一种用于后级光纤放大器22的激励光源，拉曼光纤激光器26经光纤268向WDM 254供给波长λ＝1480nm的单模CW功率为10W的激励光。此处简单地解释该拉曼光纤激光器。该激光器包括掺镱光纤激光器和包含FBG在内的级联拉曼共振器。掺镱光纤激光器的输出端连接到级联拉曼共振器。该激光器可以输出CW功率约高达20W且波长λ＝1480nm的单模激光。
如果在从中输出的激励光CW功率超过5W的范围内操作激励光源26，则如图4所示，替代用在上述复合模块25中的反射型WDM，优选除复合模块28之外单独设置光纤熔融型WDM29，其中复合模块28包括隔离器和带通滤波器。通过这种配置，光放大器能够耐用，即使在高功率激励光源用于产生5W以上的平均功率的情况下也是如此。
在采用反射型WDM 254的情况下，不仅可以通过前向激励(其中激励光的方向与信号光的方向相同)进行耦合，而且也可以由如图1所示的后向激励(其中激励光的方向与信号光的方向相反)进行耦合。但是，在如图4所示的采用光纤熔融型WDM 29的情况下，优选执行前向激励(其中激励光的方向与信号光的方向相同)。
如果在后向激励中采用光纤熔融型WDM 29，则已经被放大的高峰值功率的信号光通过WDM29，引发非线性过程。因此不能够达到高峰值功率。
另一方面，如果执行前向激励，则不引发非线性过程，因为低峰值功率的信号光在其放大之前通过WDM。在此情况下，可以实现高峰值功率。
在EDF的出口处，高功率的信号光从中通过，即使激励光在通过EDF时其功率减小，该拉曼光纤激光器也对信号光维持相对足够高的功率，且不干扰发生在出口附近的信号光的放大。
来自前级光纤放大器21的信号光和来自拉曼光纤激光器26的激励光以上述方式在WDM254处共轴合并，并由聚光透镜256会聚再馈送到后级光纤放大器22中。
后级光纤放大器22是最后一级放大器，其将经前级光纤放大器21放大后的峰值功率为1kW的信号光放大到约20kW的峰值功率。该光纤放大器22包括单包层EDF，以由拉曼光纤激光器26馈送的单模高功率激励光工作。
在后级光纤放大器22处，输入的信号光的峰值功率已经约1kW，在该放大器的输出端将其放大变得极高，约20kW。因此，EDF包括高浓度掺铒(Er＞1000ppm)的单包层EDF，并具有大于约10μm的大模式直径以避免光纤中的非线性过程。
图5描绘拉曼光纤激光器输出的激励光功率与光放大器输出的信号光功率(以1547nm输出基波)之间的关系的曲线。通过改变拉曼光纤激光器输出的激励光功率来控制光放大器输出的信号光。信号光在100kHz和200kHz处的重复频率分别由(---■---)和(—◆—)表示，LD激励由(—◆—)表示。
在此配置中，例如当拉曼光纤激光器26输出的激励光功率为10W时，重复频率为f＝200kHz、脉宽为1ns、峰值功率为10mW的信号光从前级光纤放大器21输入，并放大为高功率的峰值功率为15kW、平均功率大于3W的红外光作为输出。
通过以此方式利用高功率单模光纤激光器作为用于最后一级光纤放大器的激励光源，光放大器可以同时实现大于20kW的高峰值功率和超过2W的高平均功率。此外，可以使用具有单位长度高激励效率的单包层和单模EDF作为EDF。因此，通过缩短EDFA的光纤长度，该装置可以做得较小较轻，而光放大器也同时实现高峰值功率和高平均功率。
另外，信号光的脉冲重复频率可以增大到几百kHz，增加单位时间的脉冲信号ON的时间并减少单位时间脉冲信号OFF的时间。结果，信号光中DC噪音成分相应地减少，而信噪比显著地提高。因此，此系统不需要有源调制元件，如电光调制元件或声光调制元件，因此不需要控制器来使这些调制元件的操作与信号光的脉冲同步，在现有技术的多级EDFA中，在相邻级之间设置有源调制元件以截去DC噪音成分。结果，光放大器可以充分简化，降低制造成本并实现高稳定性。
上述实施例公开了一个利用其芯只掺铒的EDF的实例。但是，也可以采用共掺Yb的EDF，该EDF是除铒外还加有镱(Yb)的EDF。在此情况下，光纤放大器22包括掺镱光纤激光器作为激励光源26的单模光纤激光器。掺镱光纤激光器在单模中实现超过10W的CW功率，因此掺镱光纤激光器可以构成一个能够像上述情况下的EDFA一样输出平均功率超过2W的光纤放大器，在上述情况下EDFA包括作为激励光源的拉曼光纤激光器。
图1和图4公开的实例包括LD23，LD23作为构成前级光纤放大器21的EDF的激励光源。但是，拉曼光纤激光器也可以用作构成前级光纤放大器21的EDF的激励光源。在此情况下，附加提供一个不同于拉曼光纤激光器26的拉曼光纤激光器，或者提供给拉曼光纤激光器26的光纤268是有分支的，而且该分支光纤提供给复合模块(未示出)。
被光放大器20放大的波长为λ＝1547nm的信号光一旦通过准直透镜27准直，就输出到波长转换光学系统30，该系统是一个把来自光放大器20的红外波段的信号光转变成紫外光的光学系统。作为以此方式起作用的波长转换光学系统的一个实例，图2所示的配置把光放大器20输入的波长λ＝1547nm的信号光(基波激光Lr)转变为波长λ＝193.4nm的紫外激光Lv作为输出，其中紫外激光Lv是基波的八阶谐波。在下面的描述中将参考此附图。
波长转换光学系统30包括：波长转换晶体31～35；透镜41～47，每个透镜分别设置在相邻的波长转换晶体之间以会聚从波长转换晶体发射出来的激光，并将其馈送到在同一条线上的下一个波长转换晶体；分离或合并高阶谐波的反射镜51～58；和调节偏振的波片48和49。
显示在附图中左侧的从光放大器20输入的波长为λ＝1547nm的基波激光Lr以附图中从左到右的方向通过波长转换晶体31、32、33、34和35，届时被具有波长选择性特征的二向色镜分离或合并。在此过程中，基波(λ＝1547nm)经历波长转换并依次转换成二阶谐波(λ＝773.5nm)、三阶谐波(λ＝515.6nm)、六阶谐波(λ＝257.8nm)、七阶谐波(λ＝221nm)和八阶谐波(λ＝193.4nm)。最后，转换的波作为波长λ＝193.4nm的紫外激光Lv输出到附图的右侧，对应于基波的八阶谐波(第八高阶谐波)。
将基波转变成二阶谐波的第一波长转换部分包括作为波长转换晶体31的LiB3O5晶体(LBO晶体)。通过调节LBO晶体的温度来实现相位匹配(非临界相位匹配(NCPM))。在LBO晶体31处，进行二阶谐波产生(SHG)以产生二阶谐波(频率为2ω，波长λ＝773.5nm)，其具有的频率是光的基波的两倍。
在LBO晶体31处的波长转换中产生的二阶谐波以及无波长转换地通过晶体31的基波(ω)被引导到波片48，在波片48处分别受到一个波长和半个波长的延迟，并且在波片48处只有基波的偏振旋转90°。然后它们通过聚光透镜(消色差透镜)42，使得具有这两个波长的光入射到第二波长转换晶体32的同一点上。
第二波长转换部分包括作为波长转换晶体32的LBO晶体，波长转换晶体32通过NCPM在不同于第一波长转换部分的LBO晶体31的温度下使用。在LBO晶体32处，进行合频产生(SFG)，由第一波长转换部分产生的二阶谐波(2ω)和没有波长转换地透射的基波(ω)产生三阶谐波(3ω，λ＝515.6nm)(3ω＝2ω+ω)。
在LBO晶体32处的波长转换中产生的三阶谐波和无波长转换地穿过晶体32的基波(ω)被二向色镜51分离。三阶谐波(3ω)通过二向色镜51到达聚光透镜43，聚光透镜43把光会聚并将光馈送到第三波长转换晶体33。另一方面，基波(ω)被二向色镜51反射并经过另一个反射镜52、聚光透镜44和另一个二向色镜54引导到第四波长转换晶体34。
第三波长转换部分包括作为波长转换晶体33的CsLiB6O10，波长转换晶体33在角相位匹配情况下使用。在CLBO晶体33处，进行第二次谐波产生，以产生六阶谐波(6ω，λ＝257.8nm)，该六阶谐波的频率为三阶谐波(3ω)的两倍。由CLBO晶体33产生的六阶谐波经过反射镜53和聚光透镜45引导到二向色镜54，在二向色镜54处与基波(ω)共轴合并，并把合并的波馈送到第四波长转换晶体34中。顺便提及，可以用β-BaB2O4晶体(BBO晶体)取代CLBO晶体。
第四波长转换部分包括作为波长转换晶体34的CsB3O5晶体(CBO晶体)，波长转换晶体34在角相位匹配情况下使用，以通过合频产生(7ω＝ω+6ω)来由基波(ω)和六阶谐波(6ω)产生七阶谐波(7ω，λ＝221nm)。在CBO晶体34处的波长转换中产生的七阶谐波和无波长转换地穿过晶体34的基波(ω)被二向色镜55分离。七阶谐波(7ω)被二向色镜55反射并经过另一个反射镜57、聚光透镜47和另一个二向色镜58引导到第五波长转换晶体35。另一方面，基波(ω)通过二向色镜55，其偏振在波片49处被旋转90°。然后基波(ω)通过聚光透镜46并通过二向色镜58与七阶谐波共轴合并，并馈送到第五波长转换部分的波长转换晶体35。顺便提及，可以采用CLBO晶体或BBO晶体。
第五波长转换部分包括作为波长转换晶体35的CLBO晶体，波长转换晶体35在角相位匹配情况下使用，以通过合频产生(8ω＝ω+7ω)由基波(ω)和七阶谐波(7ω)产生八阶谐波(8ω，λ＝193.4nm)。顺便提及，可以用LBO晶体取代CLBO晶体。
通过这种方式，从光放大器20输入到波长转换光学系统30的波长λ＝1547nm的基波激光(放大的信号光)在通过五个波长转换部分时经历连续的波长转换，并作为波长λ＝193nm的紫外激光Lv输出，Lv是基波的八阶谐波。当波长转换光学系统30利用输入其中的信号光的特性进行波长转换时，其可以输出高峰值功率和高平均功率的紫外光。
图6是波长为1547nm的基波的功率与波长为193nm的基波的八阶谐波的功率之间的关系曲线。从1547nm的基波向193nm的八阶谐波的转换效率约为4.5％，此效率相对较高，这表明基波光具有较高的质量。
从上述的紫外光源1显而易见，本发明提供了一种结构简单紧凑且因此不需要复杂的维护工作的全固态紫外光源，其可以输出高峰值功率和高平均功率的紫外光。
在上述实施例中，以红外波段内λ＝1547nm的振荡波长工作的DFB半导体激光器用作产生信号光的激光光源10的一个实例。另外，图示的波长转换光学系统30作为一种包括用于把基波转换成波长λ＝193.4nm的八阶谐波的五个波长转换晶体的配置，转换成的八阶谐波与ArF准分子激光器产生的一样。但是，激光光源10可以是Er-YAG激光器或可见光波段的激光器，波长转换光学系统可以包括另一种公知的晶体配置(例如基波ω→2ω→4ω→8ω)，或者可以采取光纤结构。而且从紫外光源发出的紫外光的波长不限于193nm波段。例如可以在248nm波段，基本上与KrF准分子激光束产生的波段相同，或者处于157nm波段，基本上与F2激光器产生的波段相同。
激光治疗设备
下面参考图7和8描述上述包括根据本发明的紫外光源1的激光治疗设备。激光治疗设备5是一种通过校正角膜的凹凸性或曲率的不规则性而治疗诸如近视和像散等异常的设备。在此情况下，用紫外激光辐射角膜进行准分子激光屈光性角膜切削术(PRK)中的角膜外烧蚀或是准分子激光原位角膜磨削术(LASIK)中切开的角膜的内烧蚀。
如图7所示，激光治疗设备5基本上包括在设备壳体60中的上述紫外光源1、将紫外光源1输出的紫外激光Lv引导到眼球EY的角膜HC的表面(治疗部位)以进行辐射的辐射光学系统70、和用于观察治疗部位的观察光学系统80。
设备壳体60安装在基座61上的X-Y工作台62上，因此设备壳体60作为一个整体能够相对于眼球EY在箭头X所示的方向即图7中的左右方向和垂直于附图页平面的方向即Y方向上移动。
图8表示辐射光学系统70和观察光学系统80的结构。辐射光学系统70包括聚光透镜71，该透镜会聚从紫外光源1发出的波长为λ＝193nm的紫外激光Lv以在眼球EY上形成预定直径的光斑，辐射光学系统70还包括二向色镜72，该二向色镜72反射来自聚光透镜71的紫外激光以辐射作为治疗目标的眼球EY的角膜HC的表面。二向色镜72设置为反射紫外波段的光而通过可见波段的光。因此，紫外激光Lv被反射并共轴准直到下述观察光学系统80的光轴上以辐射角膜HC的表面。
另一方面，观察光学系统80包括：对治疗中的眼球EY的角膜HC表面照明的照明灯85；接收源自照明灯85并被角膜HC反射、再通过二向色镜72的可见光的物镜81；反射来自物镜81的光的棱镜82；和接收被棱镜反射的用于成像的光的目镜83。操作者可以经目镜83看到角膜HC放大的图像。
通过此设备，操作者例如眼科医生可以在通过观察光学系统80观察的同时进行激光治疗。例如，在操作者观察眼球EY的同时，其在X坐标和Y坐标中移动设备壳体60，并用聚光灯紫外激光辐射作为治疗目标的角膜HC的表面，以使得受辐射区域烧蚀。X-Y坐标台62的移动受操作控制器(未示出)的控制，从而设备壳体60在X坐标和Y坐标上移动，移动投射到角膜HC表面上的光斑。因此，作为一种校正例如近视或像散或远视的疗法，精确地进行角膜外烧蚀。
顺便提及，激光治疗中烧蚀的大小与辐射角膜HC的紫外激光Lv的功率对应有很大的变化。为此，紫外激光光源1的功率能够很容易地通过控制激光光源10的脉冲-频率或通过控制光放大器20的激励光的功率进行调节。另外，紫外激光可以通过控制激光光源10的DFB半导体激光器的ON-OFF来切换ON和OFF。否则，为此简单地为光路设置一个调制元件，如电光调制元件或声光调制元件或机械快门。
从上述的激光治疗设备显而易见，本发明提供了一种除了紧凑轻巧之外、在维护和可操作性上具有优点的激光治疗设备。
曝光设备
下面参考图9描述曝光设备100，曝光设备100包括上述紫外光源1，并用于半导体器件制造过程中的照相平板印刷术。用在照相平板印刷过程中的曝光设备在原理上类似于光刻，其把精确地描绘在光掩模(分划板)上的电路图案光学传递到半导体晶片或玻璃基底上，用光致抗蚀剂以缩影投影的方式涂覆该半导体晶片或玻璃基底。曝光设备100包括上述紫外光源1、辐射光学系统102、用于支撑光掩模(分划板)110的掩模支撑台103、投影光学系统104、支撑作为待曝光目标的半导体晶片115的晶片载物台105、和水平移动晶片载物台105的驱动装置106。
在曝光设备100中，从上述紫外光源1输出的紫外激光Lv入射到包括多个透镜的照明光学系统102。通过照明光学系统102之后的紫外激光照明由掩模支撑台103支撑的光掩模110的整个表面。通过光掩模110的光具有描绘在光掩模110上的电路图案的图像，此图像经投影光学系统104投影到放置在晶片载物台105上的半导体晶片115的预定部位上。在此情况下，通过投影光学系统104对掩模上的电路图案进行缩影并投影到半导体晶片115上。
可以很容易地通过例如控制激光光源10的脉冲频率或通过控制光放大器20的激励光功率来调节曝光设备的照明光量。另外，紫外激光可以通过控制激光光源10的DFB半导体激光器的ON-OFF来切换ON和OFF。否则，为此可以简单地设置一个调制元件，如电光调制元件或声光调制元件或机械快门以控制光路。
从上述曝光设备显而易见，本发明提供的曝光设备的优点在于紧凑、便于维护和可操作性强，因为它利用小的轻质紫外光源，该设备在紫外光源的放置上提供很高的自由度。
如上所述，根据本发明的紫外光源包括作为光纤放大器的激励光源的单模光纤激光器。紫外光源通过这种简单的结构同时实现高峰值功率和高平均功率。
掩模缺陷检查设备
下面参考图10描述包括根据本发明的紫外光源1的掩模缺陷检查设备。
掩模缺陷检查设备把精确地描绘在光掩模上的电路图案光学投影到时间延迟积分(TDI)传感器上，比较传感器图像与预定的参考图像，并且从这些图像之间的差异来探测缺陷。
掩模缺陷检查设备120包括上述紫外光源1、照明光学系统112、支撑光掩模110的掩模支撑台113、水平移动掩模支撑台113的驱动装置116、投影光学系统114和TDI传感器125。
在掩模缺陷检查设备120中，从上述紫外光源1输出的紫外激光Lv入射到包括多个透镜的照明光学系统112。通过照明光学系统112后的紫外激光照明由掩模支撑台113支撑的光掩模110的预定区域。通过光掩模110的光具有描绘在光掩模110上的电路图案的图像，并且该图像经投影光学系统114投影到TDI传感器125上的预定位置处。顺便提及，掩模支撑台113的水平移动速度与TDI传感器125的迁移定时同步。

Claims (8)

1.一种紫外光源，包括：
激光光源，产生红外-可见波段的信号光；
光放大器，包括至少一级光纤放大器，并放大所述激光光源产生的信号光；和
波长转换光学系统，把所述光放大器放大的信号光转变成紫外光作为输出；
其中：
用作所述光放大器中所述至少一级光纤放大器的激励光源是单模光纤激光器。
2.如权利要求1所述的紫外光源，其中采用所述单模光纤激光器作为激励光源的光纤放大器是所述光放大器中的末极光纤放大器。
3.如权利要求1或2所述的紫外光源，其中所述单模光纤激光器为拉曼光纤激光器。
4.如权利要求1或2所述的紫外光源，其中所述单模光纤激光器是掺镱光纤激光器。
5.如权利要求1～4中任一权利要求所述的紫外光源，其中：
使信号光与所述激励光源输出的激励光共轴混合的波分复用器是光纤熔融型波分复用器；而且
所述波分复用器设置在所述光放大器的输入侧。
6.一种激光治疗设备，包括：
权利要求1～5中任一权利要求所述的紫外光源；和
辐射光学系统，该辐射光学系统将所述紫外光源发射的紫外光引导到治疗部位用于辐射。
7.一种曝光设备，包括：
权利要求1～5中任一权利要求所述的紫外光源；
掩模支撑部分，支撑设有预定曝光图案的光掩模；
目标支撑部分，支撑待曝光目标；
照明光学系统，对所述紫外光源发射的紫外光进行引导，以照明由所述掩模支撑部分支撑的光掩模；和
投影光学系统，对在通过所述照明光学系统的照明中穿过所述光掩模的光进行引导，以向由所述目标支撑部分支撑的所述待曝光目标进行投射。
8.一种掩模缺陷检查设备，包括：
权利要求1～5中任一权利要求所述的紫外光源；
掩模支撑部分，支撑设有预定图案的光掩模；
探测器，探测所述图案的投影图像；
照明光学系统，对所述紫外光源发射的紫外光进行引导，以照明由所述掩模支撑部分支撑的光掩模；和
投影光学系统，对在通过所述照明光学系统的照明中穿过所述光掩模的光进行引导，以把图像投影到所述探测器上。
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