KR20230061399A - 중공-코어 광결정 섬유 기반 광대역 방사선 생성기 - Google Patents
중공-코어 광결정 섬유 기반 광대역 방사선 생성기 Download PDFInfo
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- G02B6/02328—Hollow or gas filled core
Abstract
광대역 방사선 소스 디바이스는 각각이 가스 매질로 채워진 복수의 광섬유를 포함하는 섬유 조립체를 포함하며; 여기서 임의의 한 시간에 복수의 광섬유의 서브세트만으로부터 광대역 출력을 생성하기 위하여 광섬유의 서브세트들이 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위해 독립적으로 선택 가능하도록 광대역 방사선 소스 디바이스는 작동 가능하다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 3일에 출원된 EP 출원 20194353.7, 2020년 10월 20일에 출원된 EP 출원 20202720.7 및 2021년 4월 19일에 출원된 EP 출원 21169105.0의 우선권을 주장하며, 이들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 중공 코어 광결정 섬유 기반 광대역 방사선 생성기에 관한 것으로, 특히 집적 회로의 제조에 있어서의 계측 적용과 관련한 이러한 광대역 방사선 생성기에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판 상으로 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)의 패턴 (또한, 흔히 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"으로 지칭됨)을 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료 (레지스트)의 층 상으로 투영시킬 수 있다.
패턴을 기판 상에 투영시키기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 이용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되고 있는 전형적인 파장은 365㎚ (i-라인), 248㎚, 193㎚ 및 13.5㎚이다. 4㎚ 내지 20㎚ 범위 내의, 예를 들어 6.7㎚ 또는 13.5㎚의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 이용하는 리소그래피 장치가, 예를 들어 193㎚의 파장을 갖는 방사선을 이용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
저(low)-k1 리소그래피는 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은 
로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학계의 개구수, CD는 "임계 치수" (일반적으로, 프린트되는 가장 작은 피처 크기이나, 이 경우에서는 반분-피치), 그리고 k1은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 회로 설계자에 의하여 계획된 형상 및 치수와 유사한 패턴을 기판 상에 재현하는 것이 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위하여 정교한 미세 조정(fine-tuning) 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용될 수 있다. 이는, 예를 들어 NA의 최적화, 맞춤 조명 스킴(customized illumination schemes), 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광학 근접 보정 (OPC, 때로는 "광학 및 공정 보정"으로도 지칭됨)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술"(RET)로서 규정된 다른 방법을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 사용되어 저 k1에서의 패턴의 재현을 개선할 수 있다.
계측 툴은, 예를 들어 노광 전에 기판의 적절한 위치 설정을 위한 정렬 툴, 예를 들어, 초점 제어를 위하여 기판의 표면 토폴로지를 측정하기 위한 레벨링 툴, 및 공정 제어에서 노광된 및/또는 에칭된 제품을 검사/측정하기 위한 스캐터로메트리 기반 툴로서 IC 제조 공정의 여러 측면에서 사용된다. 각 경우에 방사선 소스가 요구된다. 측정 견고성과 정확성을 포함한 다양한 이유로, 광대역 또는 백색광 방사선 소스가 이러한 계측 적용을 위하여 점점 더 많이 사용되고 있다. 광대역 방사선 생성을 위해 현재의 디바이스를 개선하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 광대역 방사선 소스 디바이스가 제공되며, 광대역 방사선 소스 디바이스는 각각이 가스 매질로 채워진 복수의 광섬유를 포함하는 섬유 조립체를 포함하며; 광대역 방사선 소스 디바이스는, 임의의 한 시간에 상기 복수의 광섬유의 한 서브세트만으로부터 광대역 출력을 생성하도록 광섬유의 서브세트들이 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위해 독립적으로 선택 가능하도록 작동 가능하다. 예를 들어, 광섬유의 적절한 서브세트는 복수의 광섬유의 서브세트에서만 광대역 출력을 생성하도록 하나씩 선택 가능하다.
본 발명의 제2 양태에서, 광대역 방사선을 생성하는 방법이 제공되며, 본 방법은 펌프 소스로부터 입력 방사선을 방출하는 것; 복수의 광섬유의 선택된 서브세트에 의해 입력 방사선을 받아들이는 것; 및 복수의 광섬유의 선택된 서브세트로부터 광대역 출력을 생성하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 제1 양태의 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 디바이스를 포함한다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부된 개략도를 참조하여 단지 예로서 설명될 것이며, 도면에서:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 계측 디바이스로서 스캐터로메트리 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 7은 가로지르는 평면 (즉, 광섬유의 축에 수직)에서의 실시예에 따른 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의의 개략적인 횡단면도이다.
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 실시예에 따른 방사선 소스의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 9a 및 도 b는 초연속 생성을 위한 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF) 디자인의 예의 횡단면을 개략적으로 도시하고 있다.
도 10a는 실시예에 따른 광섬유 (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2차원(2D) 어레이를 포함하는 직사각형 섬유 조립체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 10b는 실시예에 따른 광섬유 (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2차원(2D) 어레이를 포함하는 원형 섬유 조립체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 11a는 실시예에 따른 개별 단일-코어 광섬유를 사용하는 1D 섬유 조립체를 도시하고 있다.
도 11b는 실시예에 따른 개별 단일-코어 광섬유를 사용하는 2D 섬유 조립체를 도시하고 있다.
도 12는 실시예에 따른 섬유 조립체와 제1 단일 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스를 개략적으로 도시하고 있다.
도 13은 실시예에 따른 섬유 조립체와 다중-빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스를 개략적으로 도시하고 있다.
도 14는 실시예에 따른 섬유 조립체와 제2 단일 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스(RDS3)를 개략적으로 도시하고 있다.
도 15는 실시예에 따른 다중 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 16a는 광섬유를 기계적으로 클램핑하기 위한 예시적인 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 16b는 광섬유를 기계적으로 클램핑하기 위한 또 다른 예시적인 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17a는 실시예에 따른 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17b는 실시예에 따른 또 다른 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17c는 실시예에 따른 추가적인 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 18은 열 수축성 튜빙에 의해 섬유 스태킹 배열체를 만드는 공정을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 19a 내지 도 19e는 모두 열 수축성 섬유 튜빙에 의해 모두 제조된 5개의 예시적인 섬유 스태킹 배열체의 개략적인 횡단면도이다.
도 20은 광대역 방사선 소스를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시하고 있다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 계측 디바이스로서 스캐터로메트리 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 7은 가로지르는 평면 (즉, 광섬유의 축에 수직)에서의 실시예에 따른 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있는 중공 코어 광섬유의의 개략적인 횡단면도이다.
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 실시예에 따른 방사선 소스의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 9a 및 도 b는 초연속 생성을 위한 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF) 디자인의 예의 횡단면을 개략적으로 도시하고 있다.
도 10a는 실시예에 따른 광섬유 (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2차원(2D) 어레이를 포함하는 직사각형 섬유 조립체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 10b는 실시예에 따른 광섬유 (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2차원(2D) 어레이를 포함하는 원형 섬유 조립체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 11a는 실시예에 따른 개별 단일-코어 광섬유를 사용하는 1D 섬유 조립체를 도시하고 있다.
도 11b는 실시예에 따른 개별 단일-코어 광섬유를 사용하는 2D 섬유 조립체를 도시하고 있다.
도 12는 실시예에 따른 섬유 조립체와 제1 단일 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스를 개략적으로 도시하고 있다.
도 13은 실시예에 따른 섬유 조립체와 다중-빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스를 개략적으로 도시하고 있다.
도 14는 실시예에 따른 섬유 조립체와 제2 단일 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스(RDS3)를 개략적으로 도시하고 있다.
도 15는 실시예에 따른 다중 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 도시하고 있다.
도 16a는 광섬유를 기계적으로 클램핑하기 위한 예시적인 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 16b는 광섬유를 기계적으로 클램핑하기 위한 또 다른 예시적인 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17a는 실시예에 따른 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17b는 실시예에 따른 또 다른 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 17c는 실시예에 따른 추가적인 개선된 섬유 스태킹 배열체를 도시하고 있다.
도 18은 열 수축성 튜빙에 의해 섬유 스태킹 배열체를 만드는 공정을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 19a 내지 도 19e는 모두 열 수축성 섬유 튜빙에 의해 모두 제조된 5개의 예시적인 섬유 스태킹 배열체의 개략적인 횡단면도이다.
도 20은 광대역 방사선 소스를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시하고 있다.
본 명세서에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126nm의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV (예를 들어 약 5 내지 100nm 범위의 파장을 갖는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함하도록 사용된다.
<레티클>
본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는 입사 방사선 빔에, 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 대응하는 패터닝된 횡단면을 부여하기 위해 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. 용어 "광 밸브" 또한 라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전형적인 마스크 (투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상-시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 이러한 패터닝 디바이스의 예는 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B) (예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조정하도록 구성된 조명 시스템 (일루미네이터로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되며 특정 매개변수에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 마스크 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판 (예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되며 특정 매개변수에 따라 기판 지지체를 정확히 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결된 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영시키도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하고 있다.
작동 시에 조명 시스템(IL)은, 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 받아들인다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위하여, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 및/또는 다른 유형의 광학 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔의 횡단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 조정하기 위하여 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"(PS)은, 사용되고 있는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대해 적절하게, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및/또는 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 보다 일반적인 용어 "투영 시스템"(PS)과 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위하여, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부분이 덮일 수 있는 유형일 수 있으며-이는 또한 침지 리소그래피로 지칭된다. 침지 기술에 대한 더 많은 정보는 US6,952,253에 제공되며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT) (또한 "이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 유형일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서, 기판 지지체(WT)들은 동시에 사용될 수 있으며, 및/또는 기판(W)의 후속 노광의 준비하는 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행되는 동안, 나머지 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 이 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해 사용되고 있다.
기판 지지체(WT)에 더하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 유지시킬 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀리 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴 (디자인 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로지른 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속시킨다. 제2 포지셔너(PW)와 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어, 집속된 그리고 정렬된 위치에서 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟 부분(C)들을 위치시키기 위해 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 포지셔너(PM)와 가능하게는 (도 1에는 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서가 사용되어 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 패터닝 디바이스(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용 타겟 부분을 점유하지만, 이들은 타겟 부분 사이의 공간에 위치될 수 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟 부분(C)들 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때로는 리소셀 또는 (리소)클러스터로도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 이는 흔히 또한 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 공정을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 예를 들어 기판(W)의 온도를 조정하기 위한, 예를 들어 레지스트 층 내의 용매를 조정하기 위한 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 기판을 상이한 공정 장치들 간에 이동시키며, 또한 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)로 기판(W)을 전달한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 디바이스들은 전형적으로 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 이 감독 제어 시스템은 또한 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록 하기 위하여, 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 패터닝된 구조체의 특성을 측정하기 위해 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 리소셀(LC)에 검사 툴(보이지 않음)이 포함될 수 있다. 오차가 검출된다면, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)이 아직 노광 또는 처리되기 전에 동안 검사가 이루어지는 경우, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대한 또는 기판(W)에 대해 수행될 다른 처리 단계에 대한 조정이 이루어질 수 있다.
계측 장치로도 지칭될 수 있는 검사 장치는 기판(W)의 특성, 특히 상이한 기판(W)들의 특성이 어떻게 변화하는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관된 특성이 층마다 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 리소셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수 있다. 검사 장치는 잠상(latent image) (노광 후 레지스트 층의 이미지) 또는 반잠상(semi-latent image) (노광 후 베이킹 단계(PEB) 이후 레지스트 층의 이미지) 또는 현상된 레지스트 이미지 (레지스트의 노광된 또는 노광되지 않은 부분이 제거된 경우), 또는 심지어 에칭된 이미지 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 후)의 특성을 측정할 수 있다.
전형적으로 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 공정은 기판(W) 상의 구조체의 치수화 및 배치의 높은 정확도를 요구하는 처리에서 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이 높은 정확도를 보장하기 위하여, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 소위 "홀리스틱(holistic)" 제어 환경에서 3개의 시스템이 결합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 계측 툴(MT)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 전체 공정 윈도우를 향상시키기 위해 그리고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지되는 것을 보장하도록 엄격한 제어 루프를 제공하기 위해 이 3개의 시스템 간의 협력을 최적화하는 것이다. 공정 윈도우는 특정 제조 공정이 규정된 결과 (예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 공정 매개변수 (예를 들어, 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다-전형적으로 이 공정 윈도우 내에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정의 매개변수는 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 디자인 레이아웃 (의 일부)을 사용하여 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측할 수 있으며 또한 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행할 수 있다 (도 3에서 제1 스케일(SC1)의 양방향 화살표로 도시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 리소그래피 장치(LA)가 공정 윈도우 내에서 현재 작동하고 있는 곳을 (예를 들어, 계측 툴(MT)로부터의 입력을 사용하여) 검출하여 예를 들어 차선의 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해 사용될 수 있다 (도 3의 제2 스케일(SC2)에서 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있으며, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다 (도 3에서 제3 스케일(SC3) 내의 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴은 전형적으로 계측 툴(MT)로 불린다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스캐터로미터 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 스캐터로미터는, 스캐터로미터의 대물계(objective)의 퓨필 또는 퓨필과 공액인 평면에 센서를 가짐으로써 (이 측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정으로 지칭됨) 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 센서를 가짐으로써 (이 경우 측정은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정으로 지칭됨) 리소그래피 공정의 매개변수의 측정을 허용하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기법이 특허 출원 US2010/0328655, US2011/102753A1, US2012/0044470A, US2011/0249244, US2011/0026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다. 앞서 언급된 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광선에서 근적외선 파장 범위까지의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
제1 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서 격자의 특성을 재구성하거나 계산하기 위해 측정된 신호에 재구성 방법이 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 타겟 구조체의 수학적 모델과의 산란 방사선의 상호 작용을 시뮬레이션하는 것 및 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교하는 것으로부터 발생할 수 있다. 수학적 모델의 매개변수는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제2 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 분광 스캐터로미터(MT)이다. 이러한 분광 스캐터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고 타겟으로부터의 반사 또는 산란 방사선은 스펙트로미터 검출기로 지향되며, 이는 정반사 방사선의 스펙트럼 (즉, 파장의 함수로서의 세기의 측정)을 측정한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 타겟의 구조 또는 프로파일은, 예를 들어 엄밀한 결합 파동 분석 및 비선형 회귀에 의하여 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의하여 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 타원계측 스캐터로미터이다. 타원계측 스캐터로미터는 각각의 편광 상태에 대해 산란 방사선을 측정함으로써 리소그래피 공정의 매개변수를 결정하는 것을 허용한다. 이러한 계측 장치는, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 편광된 광 (예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형 편광된 광)을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스가 또한 편광된 방사선을 제공할 수 있다. 기존의 타원 계측 스캐터로미터의 다양한 실시예가 미국 특허 출원 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 및 13/891,410 등에 개시되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본 명세서에 포함된다.
스캐터로미터(MT)의 일 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서 비대칭을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체들의 오버레이를 측정하도록 조정되며, 비대칭은 오버레이의 크기와 관련된다. 2개의 (전형적으로 중첩된) 격자 구조체는 2개의 상이한 층 (반드시 연속 층들은 아님)에 적용될 수 있으며 또한 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는, 예를 들어 공동 소유의 특허 출원 EP1,628,164A에서 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가질 수 있으며 따라서 임의의 비대칭은 명확하게 구별 가능하다. 이는 격자들 내의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공한다. 주기적 구조체들의 비대칭을 통해 타겟이 측정됨에 따라 주기적 구조체들을 포함한 2개의 층 간의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가 예는, PCT 특허 출원 공개공보 WO2011/012624 또는 미국 특허 출원 US 2016/0161863에서 찾아질 수 있으며, 이들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
다른 관심 대상 매개변수는 초점 및 선량일 수 있다. 초점 및 선량은 미국 특허 출원 US2011/0249244에 설명된 바와 같이 스캐터로메트리에 의해 (또는 대안적으로 스캐닝 전자 현미경에 의해) 동시에 결정될 수 있으며, 이들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다. 초점 에너지 매트릭스 (FEM - 초점 노광 매트릭스로도 지칭됨)의 각 지점에 대해 임계 치수와 측벽 각도 측정들의 고유한 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수와 측벽 각도의 이 고유한 조합이 이용 가능한 경우, 초점 및 선량 값들은 이 측정으로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은 리소그래피 공정에 의해 대부분은 레지스트에, 그러나 예를 들어 에칭 공정 후에도 형성되는 복합 격자들의 앙상블(ensemble)일 수 있다. 전형적으로, 격자들 내의 구조체들의 피치 및 선 폭은 계측 타겟에서 나오는 회절 차수를 캡처할 수 있도록 측정 광학계 (특히, 광학계의 NA)에 크게 의존한다. 전에 나타낸 바와 같이, 회절 신호는 2개의 층 간의 시프트 ("오버레이"로도 지칭됨)을 결정하기 위해 사용될 수 있거나, 리소그래피 공정에 의해 생성되는 바와 같은 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 이 재구성은 리소그래피 공정의 품질 지침을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 또한 리소그래피 공정의 적어도 일부를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 타겟은 더 작은 서브-세그멘테이션(sub-segmentation)을 가질 수 있으며, 이는 타겟에서 디자인 레이아웃의 기능적인 부분의 치수를 모방하도록 구성된다. 이 서브-세그멘테이션으로 인하여, 전체 공정 매개변수 측정이 디자인 레이아웃의 기능적인 부분을 닮도록 타겟은 디자인 레이아웃의 기능적인 부분과 더 유사하게 거동할 것이다. 타겟은 언더필(underfilled) 모드에서 또는 오버필(overfilled) 모드에서 측정될 수 있다. 언더필 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿(sport)을 생성한다. 오버필 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필 모드에서, 상이한 타겟들을 동시에 측정하는 것이 가능하며, 따라서 상이한 처리 매개변수들을 동시에 결정한다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 매개변수의 전체 측정 품질은 적어도 부분적으로 이 리소그래피 매개변수를 측정하기 위해 사용되는 측정 레시피(recipe)에 의해 결정된다. 용어 "기판 측정 레시피"는 측정 자체의 하나 이상의 매개변수, 측정되는 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 매개변수, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절-기반 광학 측정인 경우, 측정의 매개변수들 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향(orientation) 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하기 위한 기준들 중의 하나는, 예를 들어 처리 변화에 대한 측정 매개변수들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예가 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 US2016/0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US2016/0370717A에서 설명된다.
스캐터로미터와 같은 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이 장치는 기판(6) 상으로 방사선을 투영시키는 광대역 (백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사 또는 산란 방사선은 스펙트로미터 검출기(4)로 전달되며, 이 검출기는 정반사된 방사선의 스펙트럼(10) (즉, 파장의 함수로서의 세기의 측정)을 측정한다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 구조체 또는 프로파일은 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 엄밀한 결합 파동 분석 및 비선형 회귀에 의하여 또는 도 3의 최하부에서 보여지는 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의하여 재구성될 수 있다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위해, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 매개변수는 구조체가 만들어진 공정에 대한 정보(knowledge)로부터 가정되어, 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇 가지 매개변수만을 남겨 둔다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.
계측 타겟의 측정을 통한 리소그래피 매개변수의 전체적인 측정 품질은 이 리소그래피 매개변수를 측정하기 위해 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 용어 "기판 측정 레시피"는 측정 자체의 하나 이상의 매개변수, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 매개변수, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절-기반 광학 측정인 경우, 측정의 매개변수들 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하기 위한 기준들 중의 하나는, 예를 들어 처리 변화에 대한 측정 매개변수들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예가 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 US2016/0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US2016/0370717A에서 설명된다.
IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서이다. 이러한 툴은 기판 (또는 웨이퍼)의 최상부 표면의 토포그래피를 측정하기 위하여 리소그래피 장치에 통합될 수 있다. 높이 맵으로도 지칭되는, 기판의 토포그래피의 맵은 기판 상의 위치의 함수로서 기판의 높이를 나타내는 이 측정치로부터 생성될 수 있다. 기판 상의 적절한 초점 위치에 패터닝 디바이스의 에어리얼 이미지를 제공하기 위하여, 이 높이 맵은 그 후에 사용되어 기판 상의 패턴의 전사 동안에 기판의 위치를 보정할 수 있다. 이 문맥에서 "높이"는 기판에 대한 평면을 넓게 벗어난 치수 (Z-축으로도 지칭됨)를 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 전형적으로, 레벨 또는 높이 센서는 (자체 광학 시스템에 대해) 고정된 위치에서 측정을 수행하며, 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템과 기판 사이의 상대 이동은 기판을 가로지르는 위치에서의 높이 측정의 결과로 이어진다.
본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 레벨 또는 높이 센서(LS)의 예가 도 5에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 도면은 작동 원리만을 도시하고 있다. 이 예에서, 레벨 센서는 광학 시스템을 포함하며, 광학 시스템은 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함한다. 투영 유닛(LSP)은 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 의해 부여되는 방사선의 빔(LSB)을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함한다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어 초연속체 광원과 같은 협대역 또는 광대역 광원, 편광 또는 비편광, 펄스형 또는 연속형, 예를 들어 편광 또는 비편광 레이저 빔일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는, 복수의 LED와 같은, 상이한 색상 또는 파장 범위를 갖는 복수의 방사선 소스를 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선으로 제한되지 않지만, 부가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 및 기판의 표면에서 반사되기에 적합한 임의의 범위의 파장을 포괄할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 결과적으로 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선의 빔(BE1)을 야기하는 주기적 구조체를 포함하는 주기적 격자이다. 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선의 빔(BE1)은 입사 기판 표면에 수직인 축(Z-축)에 대해, 0도 내지 90도, 전형적으로 70도 내지 80도의 입사각(ANG)을 갖고 기판(W) 상의 측정 위치(MLO)로 향한다. 측정 위치(MLO)에서, 패터닝된 방사선의 빔(BE1)은 기판(W)에 의해 반사되며 (화살표 BE2로 표시됨) 검출 유닛(LSD)으로 향한다.
측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정하기 위하여, 레벨 센서는 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(보이지 않음)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수도 있다. 검출기(DET)는, 광검출기와 같이 받아들여진 광을 나타내는, 예를 들어 받아들여진 광의 세기를 나타내는, 또는 카메라와 같이 받아들여진 세기의 공간적 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 유형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
삼각 측량 기법에 의하여, 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨이 결정될 수 있다. 검출된 높이 레벨은 전형적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 바와 같은 신호 강도와 관련되며, 신호 강도는 무엇보다도 투영 격자(PGR)의 디자인 및 (비스듬한) 입사각(ANG)에 의존하는 주기성을 갖는다.
투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은 투영 격자(PGR)와 검출 격자(DGR) 사이의 패터닝된 방사선의 빔의 경로를 따라, 렌즈 및/또는 미러와 같은 추가 광학 요소 (보이지 않음)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있으며, 검출 격자(DGR)가 위치된 위치에 검출기(DET)가 배치될 수 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지의 보다 직접적인 검출을 제공한다.
기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 기판(W)의 표면 상으로 측정 빔(BE1)의 어레이를 투영하도록 구성될 수 있으며, 이에 의하여 더 넓은 측정 범위를 커버하는 측정 영역(MLO) 또는 스폿의 어레이를 생성한다.
일반적인 유형의 다양한 높이 센서가, 예를 들어 US7,265,364 및 US7,646,471에 개시되어 있으며, 이 모두는 원용에 의해 포함된다. 가시광선 또는 적외선 대신 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가 US2010/233600A1에 개시되어 있으며, 이 문헌은 원용에 의해 포함된다. 원용에 의해 포함되는 WO2016/102127A1에서, 검출 격자를 필요로 하지 않으면서 격자 이미지의 위치를 검출하고 인식하기 위해 다중-요소 검출기를 사용하는 콤팩트한 높이 센서가 설명되고 있다.
IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 정렬 센서이다. 따라서, 리소그래피 장치의 성능의 중요한 양상은 이전 층에 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 배치된 피처와 관련하여 적용된 패턴을 똑바로 그리고 정확하게 배치하는 능력이다. 이러한 목적을 위해, 기판은 하나 이상의 마크 또는 타겟 세트가 제공된다. 각 마크는 위치가 위치 센서, 전형적으로 광학 위치 센서를 이용하여 나중에 측정될 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"로 지칭될 수 있으며 마크는 "정렬 마크"로 지칭될 수 있다.
리소그래피 장치는 하나 이상의 (예를 들어, 복수의) 정렬 센서를 포함할 수 있으며, 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치는 이 정렬 센서에 의하여 정확하게 측정될 수 있다. 정렬 (또는 위치) 센서는 회절과 간섭과 같은 광학적 현상을 이용하여 기판에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재의 리소그래피 장치에서 사용되는 정렬 센서의 예는 미국 특허 6,961,116에서 설명된 바와 같은 자기-참조 간섭계를 기반으로 한다. 예를 들어 US2015/261097A1에 개시된 바와 같이, 위치 센서의 다양한 개선 및 수정이 개발되고 있다. 이 문헌들 모두의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 6은 예를 들어 US6,961,116에서 설명된 것과 같은 그리고 원용에 의해 포함된 공지된 정렬 센서(AS)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는 하나 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공하며, 이 방사선 빔은 조명 스폿(SP)으로서, 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상으로 전환 광학계에 의해 전환된다. 이 예에서 전환 광학계는 스폿 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)가 조명되는 조명 스폿(SP)은 직경이 마크 자체의 폭보다 약간 작을 수 있다.
정렬 마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 (이 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통해) 정보 전달 빔(IB)으로 시준된다. 용어 "회절된"은 (반사로 지칭될 수 있는) 마크로부터의 0차 회절을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 위에서 언급된 US6,961,116에 개시된 유형의 자기-참조 간섭계(SRI)는 빔(IB)을 자체적으로 간섭하며, 그 후에 빔은 광검출기(PD)에 의해 받아들여진다. 방사선 소스(RSO)에 의해 하나보다 많은 파장이 생성되는 경우 별도의 빔들을 제공하기 위해 부가적인 광학계 (보이지 않음)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있거나 필요한 경우 다수의 픽셀을 포함할 수 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이 예에서 스폿 미러(SM)를 포함하는 전환 광학계는 또한 마크에서 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 따라서 정보 전달 빔(IB)은 마크(AM)로부터의 고차 회절 방사선만을 포함한다 (이는 측정에 필수적인 것은 아니며, 신호 대 노이즈 비를 향상시킨다).
세기 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI) 내의 광학 처리와 유닛(PU) 내의 계산 처리의 조합에 의하여, 기준 프레임에 대한 기판 상의 X- 및 Y-위치의 값들이 출력된다.
도시된 유형의 단일 측정은 단지 마크의 한 피치에 해당하는 특정 범위 내에서 마크의 위치를 고정한다. 정현파의 어느 주기가 마크된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위해 이와 함께 좀 더 개략적인 측정 기술이 이용된다. 마크가 제조되는 재료 그리고 마크가 제공되는 위치의 위 및/또는 아래의 재료와 관계없이 증가된 정확도를 위해 및/또는 마크의 견고한 검출을 위해 더 개략적인 및/또는 더 세밀한 수준에서의 동일 공정이 다른 파장들에서 반복될 수 있다. 파장들은 동시에 처리되기 위하여 광학적으로 다중화 및 역다중화될 수 있으며 및/또는 시분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다.
이 예에서, 정렬 센서와 스폿(SP)은 고정된 상태로 남아 있는 한편 이동하는 것은 기판(W)이다. 따라서 정렬 센서는, 기판(W)의 이동 방향과 반대 방향으로 마크(AM)를 효과적으로 스캔하면서, 기준 프레임에 견고하고 정확하게 장착될 수 있다. 기판(W)이 기판 지지체 상에 장착되고 기판 위치 설정 시스템이 기판 지지체의 이동을 제어함으로써 이 이동에서의 기판(W)은 제어된다. 기판 지지체 위치 센서 (예를 들어, 간섭계)는 (보이지 않는) 기판 지지체의 위치를 측정한다. 실시예에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지체 상에 제공된다. 기판 지지체 상에 제공된 마크의 위치의 측정은 위치 센서에 의해 결정된 바와 같은 기판 지지체의 위치가 (예를 들어, 정렬 시스템이 연결된 프레임에 대하여) 교정되는 것을 허용한다. 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치의 측정은 기판 지지체에 대한 기판의 위치가 결정되는 것을 허용한다.
위에서 언급한 스캐터로미터, 토포그래피 측정 시스템 또는 위치 측정 시스템과 같은 계측 툴(MT)은 방사선 소스에서 발생하는 방사선을 이용하여 측정을 수행할 수 있다. 계측 툴에서 사용되는 방사선의 특성은 수행될 수 있는 측정의 유형과 품질에 영향을 미칠 수 있다. 일부 적용에 대하여, 기판을 측정하기 위해 다수의 방사선 주파수를 이용하는 것이 유리할 수 있으며, 예를 들어 광대역 방사선이 이용될 수 있다. 다수의 상이한 주파수는 다른 주파수와의 간섭 없이 또는 최소한의 간섭으로 계측 타겟을 전파, 조사 및 분산시킬 수 있다. 따라서, 상이한 주파수들이 예를 들어 더 많은 계측 데이터를 동시에 획득하기 위해 이용될 수 있다. 상이한 방사선 주파수들은 계측 타겟의 상이한 특성들을 조사하고(interrogate) 찾을 수 있다. 광대역 방사선은, 예를 들어 레벨 센서, 정렬 마크 측정 시스템, 스캐터로메트리 툴 또는 검사 툴과 같은 계측 시스템(MT)에서 유용할 수 있다. 광대역 방사선 소스는 초연속(supercontinuum) 소스일 수 있다.
고품질 광대역 방사선, 예를 들어 초연속 방사선은 생성하기 어려울 수 있다. 광대역 방사선을 생성하기 위한 한 방법은 예를 들어 비선형 고차 효과를 이용하여 고-파워(high-power) 협대역 또는 단일 주파수 입력 방사선 또는 펌프 방사선(pump radiation)을 확장하는 것일 수 있다. (레이저를 이용하여 생성될 수 있는) 입력 방사선은 펌프 방사선으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 입력 방사선은 시드(seed) 방사선으로 지칭될 수 있다. 효과를 확장하기 위한 고파워 방사선을 얻기 위해, 강력하게 국부화된 고세기 방사선이 달성되도록 방사선은 작은 영역으로 제한될 수 있다. 이 영역에서, 방사선은 확장 구조 및/또는 비선형 매질을 형성하는 재료와 상호 작용하여 광대역 출력 방사선을 생성할 수 있다. 고세기 방사선 영역에서, 상이한 재료 및/또는 구조가 사용되어 적절한 비선형 매질을 제공함으로써 방사선 확장을 가능하게 할 수 있으며 및/또는 개선할 수 있다.
일부 구현 형태에서, 광대역 출력 방사선은 광결정 섬유(photonic crystal fiber)(PCF)에서 생성된다. 여러 실시예에서, 이러한 광결정 섬유는 섬유 코어에서 섬유를 통해 이동하는 방사선을 가두는 것을 돕는 그의 섬유 코어 주위에 미세구조체를 갖는다. 섬유 코어는, 비선형 특성을 가지며 고세기 펌프 방사선이 섬유 코어를 통해 전송될 때 광대역 방사선을 생성할 수 있는 고체 재료로 만들어질 수 있다. 고체 코어 광결정 섬유에서 광대역 방사선을 생성하는 것이 실현 가능하지만, 고체 재료를 사용하는 데는 몇 가지 단점이 있을 수 있다. 예를 들어, UV 방사선이 고체 코어에서 생성되면, 방사선은 대부분의 고체 재료에 흡수되기 때문에 이 방사선은 섬유의 출력 스펙트럼에 존재하지 않을 수 있다.
일부 구현 형태에서, 도 8을 참조하여 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 입력 방사선을 확장하기 위한 방법 및 장치는 입력 방사선을 제한하기 위하여 그리고 광대역 방사선을 출력하기 위해 입력 방사선을 확장하기 위하여 섬유를 사용할 수 있다. 섬유는 중공 코어 섬유일 수 있으며, 섬유에서 방사선의 효과적인 안내 및 구속(confinement)을 달성하기 위한 내부 구조체를 포함할 수 있다. 섬유는 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)일 수 있으며, 이는 주로 섬유의 중공 코어 내부에서의 강한 방사선 구속에 특히 적합하여 높은 방사선 세기를 달성한다. 섬유의 중공 코어는 입력 방사선을 확장하기 위한 확장 매질로서 작용하는 가스로 채워질 수 있다. 이러한 섬유 및 가스 배열체는 초연속 방사선 소스를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 섬유에 대한 방사선 입력은 전자기 방사선, 예를 들어 적외선, 가시광선, UV 및 극자외선 스펙트럼 중 하나 이상의 방사선일 수 있다. 출력 방사선은 본 명세서에서 백색광으로 지칭될 수 있는 광대역 방사선으로 이루어질 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예는 광섬유를 포함하는 이러한 광대역 방사선 소스의 새로운 디자인에 관한 것이다. 광섬유는 중공 코어, 광결정 섬유(HC-PCF)이다. 특히, 광섬유는 방사선의 구속을 위한 반-공진(anti-resonant) 구조체를 포함하는 유형의 중공 코어, 광결정 섬유일 수 있다. 반-공진 구조체를 포함하는 이러한 섬유는 반-공진 섬유, 튜브형 섬유, 단일-링 섬유, 음의 곡률 섬유 또는 억제된 커플링(inhibited coupling) 섬유로서 본 기술 분야에서 알려져 있다. 이러한 섬유의 다양한 상이한 디자인이 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 대안적으로, 광섬유는 광자 밴드갭 섬유(HC-PBF, 예를 들어 카고메(Kagome) 섬유)일 수 있다.
다수의 유형의 HC-PCF가 설계될 수 있으며, 각각은 상이한 물리적 안내 메커니즘을 기반으로 한다. 2개의 이러한 HC-PCF는 중공 코어 광자 밴드갭 섬유(HC-PBF) 및 중공 코어 반-공진 반사 섬유(HC-ARF)를 포함한다. HC-PCF의 디자인 및 제조에 대한 세부 사항은 (HC-PBF에 대한) 미국 특허 US2004/015085A1 및 (중공 코어 반-공진 반사 섬유에 대한) 국제 PCT 특허 출원 WO2017/032454A1에서 찾을 수 있으며, 이들은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 도 9a는 카고메 격자 구조체를 포함하는 카고메 섬유를 보여주고 있다.
방사선 소스에서의 사용을 위한 광섬유의 예가 이제 도 7을 참조하여 설명되며, 도 7은 횡단면에서의 광섬유(OF)의 개략적인 단면도이다. 도 7의 섬유의 실제 예와 유사한 추가 실시예가 WO2017/032454A1에 개시되어 있다.
광섬유(OF)는 광섬유(OF)의 다른 2개의 치수와 비교하여 하나의 치수가 더 긴 세장형 본체를 포함한다. 이 더 긴 치수는 축 방향으로 지칭될 수 있으며 또한 광섬유(OF)의 축을 규정할 수 있다. 2개의 다른 치수는 횡단면으로 지칭될 수 있는 평면을 규정한다. 도 7은 x-y 평면으로서 표시된 이 횡단면 (즉, 축에 수직)에서의 광섬유(OF)의 단면을 도시한다. 광섬유(OF)의 횡단면은 섬유 축을 따라 실질적으로 일정할 수 있다.
광섬유(OF)는 어느 정도의 유연성을 가지며 따라서 축의 방향은 일반적으로 광섬유(OF)의 길이를 따라 균일하지 않을 것이라는 점이 인식될 것이다. 광학 축, 횡단면 등과 같은 용어는 국부적인 광학 축, 국부적인 횡단면 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 구성 요소가 원통형 또는 튜브형인 것으로 설명되는 경우, 이 용어들은 광섬유(OF)가 구부러짐에 따라 왜곡될 수 있는 이러한 형상을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
광섬유(OF)는 임의의 길이를 가질 수 있으며, 광섬유(OF)의 길이는 적용에 의존적일 수 있다는 점이 인식될 것이다. 광섬유(OF)는 1㎝ 내지 10m의 길이를 가질 수 있으며, 예를 들어 광섬유(OF)는 10㎝ 내지 100㎝의 길이를 가질 수 있다.
광섬유(OF)는 중공 코어(HC); 중공 코어(HC)를 둘러싸는 클래딩(cladding) 부분; 및 클래딩 부분을 둘러싸고 지지하는 지지 부분(SP)을 포함하고 있다. 광섬유(OF)는 중공 코어(HC)를 갖는 (클래딩 부분 및 지지 부분(SP)을 포함하는) 본체를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 클래딩 부분은 중공 코어(HC)를 통해 방사선을 안내하기 위한 복수의 반-공진 요소를 포함한다. 특히, 복수의 반-공진 요소는 주로 중공 코어(HC) 내부에 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선을 제한하도록 그리고 광섬유(OF)를 따라 방사선을 안내하도록 배열된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 실질적으로 광섬유(OF)의 중심 영역에 배치될 수 있으며, 따라서 광섬유(OF)의 축 또한 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)의 축을 규정할 수 있다.
클래딩 부분은 광섬유(OF)를 통해 전파하는 방사선을 안내하기 위한 복수의 반-공진 요소를 포함한다. 특히, 이 실시예에서, 클래딩 부분은 6개의 튜브형 캐필러리(CAP)의 단일 링을 포함한다. 튜브형 캐필러리(CAP)들의 각각은 반-공진 요소로서의 역할을 한다.
캐필러리(CAP)는 튜브로도 지칭될 수 있다. 캐필러리(CAP)는 횡단면이 원형일 수 있거나 또 다른 형상을 가질 수 있다. 각 캐필러리(CAP)는 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 규정하고 중공 코어(HC)를 캐필러리 캐비티(CC)로부터 분리하는, 일반적으로 원통형인 벽 부분(WP)을 포함하고 있다. 벽 부분(WP)은 중공 코어(HC)를 통해 전파하는 (그리고 그레이징(grazing) 입사각으로 벽 부분(WP)에 입사될 수 있는) 방사선에 대한 반사 방지 패브릿-패럿(Fabry-Perot) 공진기로서 작용할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 벽 부분(WP)의 두께는 중공 코어(HC)로 다시 반사되는 것이 일반적으로 향상되는 반면 캐필러리 캐비티(CC)로의 투과는 일반적으로 억제되는 것을 보장하는데 적절할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐필러리 벽 부분(WP)은 0.01 내지 10.0㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 클래딩 부분은 광섬유(OF) (즉, 상기 방사선을 중공 코어(HC) 내에서 제한하는 캐필러리(CAP))를 통해 전파되는 방사선을 안내하기 위한 광섬유(OF)의 일부분을 의미하는 것으로 의도된다는 점이 인식될 것이다. 방사선은 섬유 축을 따라 전파되는 횡 모드(transverse mode)의 형태로 제한될 수 있다
지지 부분은 일반적으로 튜브 형상이며 클래딩 부분의 6개의 캐필러리(CAP)를 지지한다. 6개의 캐필러리(CAP)는 내부 지지 부분(SP)의 내부 표면 주위에 균일하게 분포된다. 6개의 캐필러리(CAP)는 전반적으로 육각형 형태로 배치된 것으로 설명될 수 있다.
캐필러리(CAP)들은 각 캐필러리가 다른 캐필러리(CAP) 중 어느 것과 접촉하지 않도록 배열된다. 캐필러리(CAP)들의 각각은 내부 지지 부분(SP)과 접촉 상태에 있으며 링 구조체 내에서 인접한 캐필러리(CAP)와 이격되어 있다. 이러한 배열체는 (예를 들어, 캐필러리들이 서로 접촉 상태에 있는 배열체에 비해) 광섬유(OF)의 전송 대역폭을 증가시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 캐필러리(CAP)들의 각각은 링 구조체에서 인접한 캐필러리(CAP)와 접촉 상태에 있을 수 있다.
클래딩 부분의 6개의 캐필러리(CAP)는 중공 코어(HC) 주위에 링 구조체로 배치된다. 캐필러리(CAP)의 링 구조체의 내부 표면은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 적어도 부분적으로 규정한다. (화살표 d로 표시된 대향하는 캐필러리들 사이의 최소 치수로 규정될 수 있는) 중공 코어(HC)의 직경(d)은 10 내지 1,000㎛일 수 있다. 중공 코어(HC)의 직경(d)은 종공 코어(HC) 광섬유(OF)의 모드 필드(mode field) 직경, 충격 손실, 분산, 모달 복수(modal plurality) 및 비선형성 특성에 영향을 미칠 수 있다.
이 실시예에서, 클래딩 부분은 (반-공진 요소로 작용하는) 캐필러리(CAP)의 단일 링 배열체를 포함한다. 따라서, 중공 코어(HC)의 중심으로부터 광섬유(OF)의 외부까지의 임의의 반경 방향의 라인은 하나보다 많은 캐필러리(CAP)를 통과하지 않는다
다른 실시예는 반-공진 요소들의 상이한 배열체를 구비할 수 있다는 점이 인식될 것이다. 이는 반-공진 요소의 다수의 링을 갖는 배열체 및 내포된(nested) 반-공진 요소를 갖는 배열체를 포함할 수 있다. 도 9a는 캐필러리(CAP)의 3개의 링이 반경 방향을 따라 서로의 최상부에 스태킹된 HC-PCF의 실시예를 보여주고 있다. 이 실시예에서, 각 캐필러리(CAP)는 동일한 링 및 상이한 링 모두에서 다른 캐필러리와 접촉 상태에 있다. 또한, 도 7에서 보여지는 실시예가 6개의 캐필러리의 링을 포함하고 있지만, 다른 실시예에서 임의의 수의 반-공진 요소 (예를 들어, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 캐필러리)를 포함하는 하나 이상의 링이 클래딩 부분에 제공될 수 있다.
도 9b는 관형 캐필러리의 단일 링을 갖는 위에서 설명된 HC-PCF의 변형된 실시예를 보여주고 있다. 도 17b의 예에는, 튜브형 캐필러리(21)의 2개의 동축 링이 있다. 튜브형 캐필러리(21)의 내측 링 및 외측 링을 유지하기 위하여, 지지 튜브(ST)가 HCPCF에 포함될 수 있다. 지지 튜브는 실리카로 만들어질 수 있다.
도 7 및 도 9a와 도 9b의 예의 튜브형 캐필러리는 원형의 횡단면 형상을 가질 수 있다. 타원형 또는 다각형 횡단면과 같은, 튜브형 캐필러리를 위한 다른 형상이 또한 가능하다. 부가적으로, 도 17 및 도 9a와 도 9b의 예의 튜브형 캐필러리의 고체 재료는 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카와 같은 글라스, 또는 연질 글라스를 포함할 수 있다.
도 8은 광대역 출력 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스(RDS)를 도시하고 있다. 방사선 소스(RDS)는 원하는 길이 및 에너지 레벨의 짧은 펄스를 생성할 수 있는 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS) 또는 임의의 다른 유형의 소스; (예를 들어, 도 7에서 보여지는 유형의) 중공 코어(COR)를 갖는 광섬유(OF); 및 중공 코어(COR) 내에 배치된 작동 매질(WM)(예를 들어, 가스)을 포함한다. 도 8에서 방사선 소스(RDS)는 도 7에서 보여지는 광섬유(OF)를 포함하고 있지만, 대안적인 실시예에서 다른 유형의 중공 코어(HC) 광섬유(OF)가 사용될 수 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 입력 방사선(IRD)을 제공하도록 구성된다. 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)는 펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)로부터 입력 방사선(IRD)을 받아들이도록 그리고 이를 확장하여 출력 방사선(ORD)을 제공하도록 배열된다. 작동 매질(WM)은 광대역 출력 방사선(ORD)을 제공하기 위하여 받아들여진 입력 방사선(IRD)의 주파수 범위의 확장을 가능하게 한다.
방사선 소스(RDS)는 저장부(RSV)를 더 포함한다. 광섬유(OF)는 저장부(RSV) 내부에 배치된다. 저장부(RSV)는 또한 하우징, 컨테이너, 또는 가스 셀로 지칭될 수 있다. 저장부(RSV)는 작동 매질(WM)을 포함하도록 구성된다. 저장부(RSV)는 저장부(RSV) 내부의 (가스일 수 있는) 작동 매질(WM)의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위한, 본 기술 분야에서 공지된 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다. 저장부(RSV)는 제1 투명 윈도우(TW1)를 포함할 수 있다. 사용 시에, 광섬유(OF)는 제1 투명 윈도우(TW1)가 광섬유(OF)의 입력 종단(IE)에 근접하게 위치되도록 저장부(RSV) 내부에 배치된다. 제1 투명 윈도우(TW1)는 저장부(RSV)의 벽의 일부를 형성할 수 있다. 제1 투명 윈도우(TW1)는 적어도 수신된 입력 방사선 주파수에 대해 투명할 수 있으며, 따라서 수신된 입력 방사선(IRD) (또는 그것 중 적어도 많은 부분)은 저장부(RSV) 내부에 위치한 광섬유(OF)에 커플링될 수 있다. 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하기 위하여 광학계 (보이지 않음)가 제공될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
저장부(RSV)는 저장부(RSV)의 벽의 일부를 형성하는 제2 투명 윈도우(TW2)를 포함할 수 있다. 사용 시에, 광섬유(OF)가 저장부(RSV) 내부에 배치될 때, 제2 투명 윈도우(TW2)는 광섬유(OF)의 출력 종단(OE)에 근접하게 위치된다. 제2 투명 윈도우(TW2)는 적어도 장치(120)의 광대역 출력 방사선(ORD)의 주파수에 대해 투명할 수 있다.
대안적으로, 또 다른 실시예에서, 광섬유(OF)의 2개의 대향 종단은 상이한 저장부 내부에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)는 입력 방사선(IRD)을 받아들이도록 구성된 제1 종단 섹션 및 광대역 출력 방사선(ORD)을 출력하기 위한 제2 종단 섹션을 포함할 수 있다. 제1 종단 섹션은 작동 매질(WM)을 포함하는 제1 저장부 내부에 배치될 수 있다. 제2 종단 섹션은 제2 저장부 내부에 배치될 수 있으며, 여기서 제2 저장부 또한 작동 매질(WM)을 포함할 수 있다. 저장부의 기능은 위의 도 8과 관련하여 설명된 것과 같을 수 있다 제1 저장부는 입력 방사선(IRD)에 대해 투명하도록 구성된 제1 투명 윈도우를 포함할 수 있다. 제2 저장부는 광대역 출력 광대역 방사선(ORD)에 대해 투명하도록 구성된 제2 투명 윈도우를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 저장부는 또한 밀봉 가능한 개구를 포함하여 광섬유(OF)가 부분적으로는 저장부 내부에 그리고 부분적으로 저장부 외부에 배치되는 것을 허용할 수 있으며, 따라서 가스는 저장부 내부에서 밀봉될 수 있다. 광섬유(OF)는 저장부 내부에 포함되지 않는 중간 섹션을 더 포함할 수 있다. 2개의 별개 가스 저장부를 사용하는 이러한 배열체는 광섬유(OF)가 비교적 긴 (예를 들어, 길이가 1m를 넘어서는 경우) 실시예에 특히 편리할 수 있다. 2개의 별개 가스 저장부를 사용하는 이러한 배열체의 경우, (2개의 저장부 내부의 가스의 조성을 제어, 조절 및/또는 모니터링하기 위해 본 기술 분야에서 공지된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있는) 2개의 저장부는 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내에 작동 매질(WM)을 제공하기 위한 장치를 제공하는 것으로 고려될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
이와 관련하여, 윈도우에 대한 그 주파수의 입사 방사선의 적어도 50%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 99%가 윈도우를 통해 투과된다면, 윈도우는 주파수에 대하여 투명할 수 있다.
제1 투명 윈도우(TW1)와 제2 투명 윈도우(TW2) 모두는 (가스일 수 있는) 작동 매질(WM)이 저장부(RSV) 내에 포함될 수 있도록 저장부(RSV)의 벽 내에 기밀 시일을 형성할 수 있다. 가스(WM)는 저장부(RSV)의 주변 압력과 상이한 압력으로 저장부(RSV) 내에 포함될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
작동 매질(WM)은 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 희가스, 수소, 중수소 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 크세논/중수소 혼합물, 크립톤/질소 혼합물, 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 충전 가스의 유형에 따라, 비선형 광학 공정은 변조 불안정성(MI), 솔리톤 자기 압축, 솔리톤 핵분열, 커(Kerr) 효과, 라만 효과 및 분산파 생성을 포함할 수 있으며, 이에 대한 세부 사항은 WO2018/127266A1 및 US9,160,137B1에 설명되어 있다 (이 모두는 원용에 의하여 본 명세서에 포함된다). 충전 가스의 분산은 저장부(RSV) 내의 작동 매질(WM) 압력 (즉, 가스 셀 압력)을 달리함으로써 조정될 수 있기 때문에, 주파수 변환을 최적화하기 위하여, 생성된 광대역 펄스 역학 및 연관된 스펙트럼 확장 특성이 조정될 수 있다.
한 구현 형태에서, 적어도 광대역 출력 방사선(ORD)을 생성하기 위한 입력 방사선(IRD)을 받아들이는 동안, 작동 매질(WM)은 중공 코어(HC) 내에 배치될 수 있다. 광섬유(OF)가 광대역 출력 방사선을 생성하기 위한 입력 방사선(IRD)을 받아들이지 않는 동안, 가스(WM)는 중공 코어(COR)에 전체적으로 또는 부분적으로 존재하지 않을 수 있다는 점이 인식될 것이다.
주파수 확장을 달성하기 위하여 높은 세기의 방사선이 바람직할 수 있다. 중공 코어(HC) 광섬유(OF)의 이점은, 이것이 광섬유(OF)를 통해 전파되는 방사선의 강한 공간적 구속을 통해 높은 세기의 방사선을 달성하여 높은 국소화된 방사선 세기를 달성할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 높은 받아들여진 입력 방사선 세기로 인하여 및/또는 광섬유(OF) 내부의 방사선의 강한 공간적 구속으로 인하여 광섬유(OF) 내부의 방사선 세기는 높을 수 있다. 중공 코어 광섬유의 장점은 이 중공 코어 광섬유가, 고체 코어 섬유 그리고 특히 중공 코어 광섬유가 자외선 및 적외선 범위 내의 방사선을 안내할 수 있는, 보다 넓은 파장 범위를 갖는 방사선을 안내할 수 있다는 점이다.
중공 코어(HC) 광섬유(OF)를 사용하는 것의 이점은 광섬유(OF) 내부로 안내되는 방사선의 대부분이 중공 코어(COR)에 제한된다는 점이다. 따라서 광섬유(OF) 내부에서의 방사선의 상호작용의 대부분은 광섬유(OF)의 중공 코어(HC) 내부에 제공되는 작동 매질(WM)과의 상호작용이다. 결과적으로, 방사선에 대한 작동 매질(WM)의 확장 효과가 증가될 수 있다.
받아들여진 입력 방사선(IRD)은 전자기 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 펄스형 방사선으로 받아들여질 수 있다. 예를 들어, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 레이저에 의해 생성된 초고속 펄스를 포함할 수 있다.
입력 방사선(IRD)은 간섭성(coherent) 방사선일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 시준된 방사선일 수 있으며, 그의 이점은 입력 방사선(IRD)을 광섬유(OF)에 커플링하는 효율성을 촉진하고 향상시킬 수 있다는 점이다. 입력 방사선(IRD)은 단일 주파수 또는 좁은 범위의 주파수를 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 레이저에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 출력 방사선(ORD)은 시준될 수 있으며 및/또는 간섭성일 수 있다.
출력 방사선(ORD)의 광대역 범위는 방사선 주파수의 연속적인 범위를 포함하는 연속적인 범위일 수 있다. 출력 방사선(ORD)은 초연속체 방사선을 포함할 수 있다. 연속적인 방사선은 복수의 적용, 예를 들어 계측 적용에서의 사용에 유용할 수 있다. 예를 들어, 연속적인 주파수 범위는 다수의 특성을 조사하기 위해 사용될 수 있다. 연속적인 주파수 범위는 예를 들어 측정된 특성의 주파수 종속성을 결정 및/또는 제거하기 위해 사용될 수 있다. 초연속체 출력 방사선(ORD)은, 예를 들어 100㎚ 내지 4000㎚의 파장 범위에 걸친 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD) 주파수 범위는, 예를 들어 400㎚ 내지 900㎚, 500㎚ 내지 900㎚, 또는 200㎚ 내지 2000㎚일 수 있다. 초연속체 출력 방사선(ORD)은 백색광을 포함할 수 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)에 의해 제공되는 입력 방사선(IRD)은 펄스형일 수 있다. 입력 방사선(IRD)은 200㎚ 내지 2㎛의 하나 이상의 주파수를 갖는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 입력 방사선(IRD)은, 예를 들어 1.03㎛의 파장을 갖는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 펄스형 방사선(IRD)의 반복률은 대략 1㎑ 내지 100㎒의 크기일 수 있다. 펄스 에너지는 대략 0.1μJ 내지 100 μJ, 예를 들어 1 내지 10μJ의 크기를 가질 수 있다. 입력 방사선(IRD)에 대한 펄스 지속 기간은 10fs 내지 10ps, 예를 들어 300fs일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는 100㎽ 내지 수 100W일 수 있다. 입력 방사선(IRD)의 평균 파워는 예를 들어 20 내지 50W 일 수 있다.
펄스형 펌프 방사선 소스(PRS)는 레이저일 수 있다. 광섬유(OF)를 따라 전송되는 이러한 레이저 펄스의 시공간적(spatio-temporal) 전송 특성, 예를 들어 그의 스펙트럼 진폭 및 위상은 (펌프) 레이저 매개변수, 작동 매질(WM) 변동 및 광섬유(OF) 매개변수의 조정을 통해 변경 및 조정될 수 있다. 상기 시공간적 전송 특성은 출력 파워, 출력 모드 프로파일, 출력 시간 프로파일, 출력 시간 프로파일의 폭 (또는 출력 펄스 폭), 출력 스펙트럼 프로파일, 및 출력 스펙트럼 프로파일의 대역폭 (또는 출력 스펙트럼 대역폭) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 펄스 펌프 레이저 소스(RPS) 매개변수는 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복률 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 광섬유(OF) 매개변수는 광섬유 길이, 중공 코어(HC)의 크기 및 형상, 캐필러리의 크기 및 형상, 중공 코어(HC)를 둘러싸는 캐필러리의 벽의 두께 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 작동 성분(WM), 예를 들어 충전 가스 매개변수는 가스 유형, 가스 압력 및 가스 온도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
방사선 소스(RDS)에 의해 제공되는 광대역 출력 방사선(ORD)은 적어도 1W의 평균 출력 파워를 가질 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 5W일 수 있다. 평균 출력 파워는 적어도 10W일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 펄스형 광대역 출력 방사선(ORD)일 수 있다. 광대역 출력 방사선(ORD)은 출력 방사선의 전체 파장 대역에서 적어도 0.01 ㎽/㎚의 파워 스펙트럼 밀도를 가질 수 있다. 광대역 출력 방사선의 전체 파장 대역에서 파워 스펙트럼 밀도는 적어도 3㎽/㎚일 수 있다.
HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스(RDS)는 종종 빠른 성능 질적 저하와 짧은 수명 문제로 어려움을 겪는다. 현재 몇 가지 고장 메커니즘이 확인되었다. 제1 고장 메커니즘은 전형적으로 한 또는 양 섬유 종단에서의 탄화수소 증착에 의하여 유발되는 섬유 오염이다. 방사선 소스가 조립될 때 탄화수소가 저장부(RSV)로 이동될 수 있다. 탄화수소는 또한 광섬유(OF) 자체를 포함한, 저장부(RSV) 내부의 구성 요소의 열적 탈가스에 의하여 생성될 수 있다.
제2 고장 메커니즘은 섬유 과열이다. 백색광 생성은 가스 종의 원자 충돌과 플라즈마의 재결합 역학을 통한 이온화 및 열 생성을 동반한다. 작동 중에 생성되는 이러한 열은 광섬유(OF)의 내부 클래딩 표면의 온도를 증가시킬 것이다. 그러나 예를 들어 도 7, 도 9a 또는 도 9b에 도시된 것과 같은 기존 HC-PCF의 경우, 섬유 기하학적 구조는 내부 클래딩 도파관 구조체의 표면의 액세스 및 효율적인 냉각을 허용하지 않는다. 효과적인 열 방산이 없으면, 특히 섬유가 과열되어 결국 손상될 때까지, 높은 반복률 펄스로 펌핑/구동되는 섬유의 경우 생성된 열은 섬유 내에 축적될 것이다. 내부 클래딩 도파관 구조체 (예를 들어, 도 7, 도 9a 또는 도 9b에 도시된 것과 같은 튜브형 캐필러리(CAP)) 표면의 과열은 또한 탈가스를 생성할 수 있는 원치 않는 화학 반응을 촉발할 것이며, 따라서 추가 오염을 야기할 것이다.
제3 고장 메커니즘은 수소 유도 섬유 표면 감소 및 유리질 성장이다. 수백 시간 이상 동안 수소 함유 가스 혼합물로 HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스(RDS)를 작동시킨 후, 실리콘 옥사이드 또는 SiOx 나노구조체 및 푹신한 글라스가 주로 섬유의 출력 팁에서 성장한다는 것이 밝혀졌다. 실리콘 디옥사이드 성장의 주요 근본 원인 중 하나는 수소 플라즈마 존재 시 내부 섬유 표면의 감소이다. 수소 플라즈마 존재 시 실리콘 디옥사이드의 환원 및 에칭은 공지된 현상이다. 원자 수소와 같은 수소 이온 및 라디칼은 내부 섬유 표면을 공격하며, 실리카를 실리콘으로 변환시킴으로써 접촉 표면의 감소를 야기하거나 휘발성 실리콘 모노옥사이드를 생성함으로써 표면의 에칭을 초래한다. 섬유의 종단 팁에서의 실리콘 디옥사이드의 성장은 점진적인 막힘과 출력 파워의 손실을 초래하며, 이는 결국 섬유 손상과 광대역 방사선 소스(RDS)의 짧은 수명으로 이어질 것이다.
현재 HC-PCF의 질적 저하를 줄이고 따라서 HC-PCF 기반 방사선 소스의 수명을 연장하기 위해 다양한 조치가 개별적으로 또는 조합되어 취해지고 있다. 예를 들어, HC-PCF 기반 방사선 소스(RDS)의 모든 구성 요소, 특히 저장부(RSV)에 포함된 구성 요소를 세정하기 위해 더 나은 세정 방법이 사용된다. 더욱이, 낮은 탈가스 특성을 갖는 재료로 만들어진 구성 요소는 높은 탈가스 특성을 갖는 재료로 만들어진 등가물보다 선호된다. 또한, 더 높은 열전도율을 갖는 가스 혼합물이 사용되어 HC-PCF 내에서 열 방산을 개선하는 것을 돕는다. 위의 조치는 어느 정도 효과적이지만, 섬유 손상은 여전히 방지하기 어렵다.
앞서 언급된 섬유 수명 문제로 인하여, HC-PCF 기반 방사선 소스(RDS)는 짧은 작동 기간 후에만 제 기능을 하지 못할 수 있다. HC-PCF 기반 광원이 계측 툴, 예를 들어 위에서 언급된 스캐터로미터, 토포그래피 측정 시스템 또는 위치 측정 시스템에서 사용되는 경우, HC-PCF의 예기치 않은 및/또는 조기 고장은 전체 광원이 수리 또는 교체되기 위하여 툴에서 제거될 필요가 있을 것이라는 점을 의미한다. 손상된/질적 저하된 섬유의 교체는 새로운 HC-PCF로의 펌프 레이저 빔의 커플링의 재최적화를 필요로 하며, 이는 시간 소모적인 공정이다. 수리된 또는 교체된 방사선 소스(RDS)가 동일한 계측 툴에 장착된 후, 방사선 소스에서 방출된 방사선 빔의 완전한 광학 정렬 및 기타 필요한 교정과 특성화가 다시 수행될 필요가 있다. 전체 공정은 비용을 추가할 뿐만 아니라 상당한 시스템 정지 시간을 유발한다.
위에서 설명된 바와 같이, HC-ARF에서, 튜브형 캐필러리(CAP)와 같은 복수의 반-공진 요소를 포함하는 클래딩 부분은 중공 코어(HC)를 통해 방사선을 안내하기 위해 사용된다. 주어진 HC-ARF의 저손실 투과 윈도우는 섬유 공진들 사이에 형성된다. 저손실 투과 윈도우 내에서, 반-공진 요소, 예를 들어 튜브형 캐필러리(CAP)에 의해 지원되는 클래딩 모드는 코어 모드에 위상 일치되지 않으며, 즉 즉, 코어 모드와 클래딩 모드는 반-공진이며, 이는 코어 모드가 대부분 중공 코어(HC) 내에서 전파되는 것을 보장한다. 반면, 각 섬유 공진 대역 내에서, 코어 모드는 클래딩 모드에 위상 일치되고, 즉, 코어 모드와 클래딩 모드는 공진하며, 이는 반-공진 요소로의 코어 모드의 강한 커플링의 결과로 이어진다. 결과적으로, 광의 대응 부분은 더 이상 중공 코어(HC)에서 안내되지 않는다. 주변 글라스 구조체로의 코어 모드의 강한 커플링은 위에서 설명된 과열 문제를 악화시킬 수 있으며 따라서 섬유 수명을 단축시킬 수 있다. 이러한 이유로, 코어 모드와 클래딩 구조체 사이의 상호 작용을 줄이기 위하여, 섬유 공진과의 중첩이 최소화되도록 출력 스펙트럼을 최적화하는 것이 바람직하다.
도 7, 도 9a 또는 도 9b에서 보여지는 것과 같은 전형적인 HC-ARF의 경우 섬유 공진의 스펙트럼 위치는 코어 벽 두께 (예를 들어, 튜브형 캐필러리의 두께) 및 주변 클래딩 구조체 (예를 들어, 튜브형 캐필러리들의 배열체)의 기하하적 구조에 의하여 결정된다. 섬유 공진은 제거될 수 없으며 주어진 스펙트럼 대역폭에 대해 최적화하기 위해 관리되어야 한다. HC-PCF 재료뿐만 아니라 기하학적 구조 및 코어 벽 두께는 섬유가 제작되면 변경될 수 없다. 섬유 공진의 위치를 변경시키는 것은 전술한 섬유 매개변수들 중 하나 이상을 변경하는 것을 필요로 하며, 따라서 상이한 섬유의 사용을 필요로 한다. 제조 후 섬유 공진의 제어의 유연성 부족은 섬유 제조 공정에 엄격한 요구 조건을 부과하며, 이는 필연적으로 더 높은 제조 비용을 야기한다.
기존 HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스(RDS)는 전형적으로 단일 섬유 구성, 예를 들어 도 8에서 보여지는 예를 기반으로 한다. 넓은 대역폭의 증가하는 요구를 충족시키기 위하여, 예를 들어 심자외선(UV)에서 근적외선(NIR)까지의 스펙트럼 대역폭들에 걸쳐 있는 멀티-옥타브(octave)를 갖는 HC-PCF가 바람직하다. 그러나 이러한 광대역 HC-PCF는 제조하기가 매우 어려우며, 또한 생산 수율을 제한하고 제조 비용을 증가시키는 섬유 제조 공정의 정밀한 제어를 필요로 한다.
아래에 설명된 실시예는 위에서 언급된 짧은 수명 문제를 완화시킬 수 있는 및/또는 동시에 원하는 유연성이, 그렇지 않으면 기존의 단일 섬유 기반 방사선 소스(RDS)에 의하여 달성할 수 없는 출력 방사선의 스펙트럼 특성 (예를 들어, 대역폭 및/또는 출력 스펙트럼의 위치)을 조정하거나 최적화하는 것을 허용할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 방법의 핵심 개념은 현재의 광섬유(OF)가, 현재의 광섬유(OF)와 실질적으로 동일한 섬유 매개변수 또는 상이한 출력 특성, 예를 들어 상이한 섬유 공진 및/또는 스펙트럼 대역폭을 얻기 위해 다른 상이한 섬유 매개변수를 갖는 새로운 광섬유로 자동으로 및/또는 신속하게 교체될 수 있도록 원하는 방식으로 배열된 하나보다 많은 광섬유(OF), 예를 들어 HC-PCF를 사용하는 것이다. 이 방법은 다수의 광섬유(OF)가 자동화된 그리고 비침습적인 방식으로 전환되는 것을 허용하며 따라서 기존의 시간 소모적인 섬유 교체 공정, 예를 들어 저장부(RSV)에서 현재의 광섬유(OF)를 제거하는 것, 새로운 광섬유(OF)를 저장부 내로 배치하는 것, 그리고 입력 방사선을 새로운 광섬유(OF)로 커플링하는 것을 따를 필요성을 제거한다.
모든 실시예에서, 섬유 조립체 내의 섬유의 수는, 예를 들어, 2 내지 100개의 광섬유, 2 내지 50개의 광섬유, 2 내지 30개의 광섬유, 5 내지 100개의 광섬유, 5 내지 50개의 광섬유, 5 내지 30개의 광섬유, 10 내지 100개의 광섬유, 또는 10 내지 50개의 광섬유를 포함할 수 있다. 배열체는 1-차원(1D) 어레이, 2D 어레이, 불규칙한 1D 또는 2D 배열체, 원형 배열체 또는 임의의 다른 배열체일 수 있다. 광섬유들은 모두 실질적으로 유사할 수 있거나 적어도 하나 이상의 서브세트는 상이한 특성들을 포함할 수 있다.
도 10a는 실시예에 따른 광섬유 (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2차원(2D) 어레이를 포함하는 직사각형 섬유 조립체(FAA1)를 개략적으로 도시하고 있다. 보여지는 특정 실시예에서, 섬유 조립체(FAA1)는 HC-PCF(OF1 내지 OF25)의 총 25개의 개별 코어를 포함하는 다중-코어 미세-구조화된 섬유일 수 있다. 25개의 개별 중공 코어(HC)는 단일 지지 부분(SP) 내에 형성될 수 있다. 섬유 조립체(FAA1)는 적용 요구 및/또는 구현 형태의 실용성을 기반으로 결정될 수 있는 임의의 수 및/또는 임의의 유형의 광섬유(OF)를 포함할 수 있다는 점을 주목한다.
2개의 이웃하는 중공 코어(HC)의 중심 사이의 공간 거리(DS)는 (6개의) 튜브형 캐필러리를 지지하는 또는 이와 직접 접촉하는 각 HC-PCF의 지지 부분(SP)의 내부 직경(ds)보다 적어도 클 수 있다. 이와 같이, 임의의 2개의 HC-PCF는 공간적으로 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 임의의 2개의 HC-PCF 사이의 공간 거리(DS)는 인접한 광섬유(OF)가 예를 들어 탈가스 및/또는 이웃하는 광섬유(OF)로부터 생성된 유리질 (실리카) 성장에 의해 영향을 덜 받을 수 있도록 또는 받지 않을 수 있도록 충분히 클 수 있다. 공간 거리(DS)는, 예를 들어 각 HC-PCF의 지지 부분의 내부 직경(ds)의 최대 2배, 최대 3배, 최대 4배 또는 최대 5배일 수 있다.
도 10b는 실시예에 따른 광섬유(OF) (예를 들어, 단일-링 HC-PCF)의 2-차원(2D) 배열체를 포함하는 원형 섬유 조립체(FAA2)를 개략적으로 도시하고 있다. 이 특정 예에서, 섬유 조립체(FAA2)는 단일 링 기하학적 구조로 배열된 총 6개의 HC-PCF(OF1 내지 OF6)를 포함하고 있다. 상이한 실시예에서 원형 섬유 조립체(FAA2)는 광섬유(OF)들의 다수의 동심 링을 포함할 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 각 섬유 링에는 적용 요구 및/또는 구현 형태의 실용성을 기반으로 결정될 수 있는 임의의 수의 광섬유(OF)가 있을 수 있다. 각 섬유 링에 포함된 모든 광섬유(OF)는 섬유 조립체(FAA2)의 축(AX)에 대해 동일한 반경 방향 거리를 가질 수 있다. 도 10a에서 보여지는 실시예와 유사하게, 2개의 이웃하는 중공 코어(HC)의 중심 사이의 공간 거리(DS)는 (6개의) 튜브형 캐필러리를 지지하는 또는 직접 접촉하는 각 HC-PCF의 지지 부분의 내부 직경(ds)보다 적어도 클 수 있다. 공간 거리(DS)는, 예를 들어 각 HC-PCF의 지지 부분의 내부 직경(ds)의 최대 2배, 최대 3배, 최대 4배 또는 최대 5배일 수 있다.
도 10a 및 도 10b에서 보여지는 섬유 조립체(FAA1, FAA2) 모두는, 예를 들어 소위 스택 및 인발(draw) 기술과 같은 표준 다중-코어 섬유 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 이 3 (또는 그 이상) 단계의 공정은 다수의 글라스 튜브를 글라스 프리폼으로 스태킹하는 것, 프리폼을 더 작은 횡방향 치수를 갖는 케인(cane) 내로 끌어내리는 것; 및 케인을 섬유로 추가로 끌어들이는 것을 포함한다. 다중 중공 코어 섬유로 구성된 섬유 조립체는, 보다 구체적으로 섬유 인발 전에 케인을 함께 스태킹하는 부가적인 단계를 포함시킴으로써 이 방법의 변형을 기반으로 직접 제조될 수 있으며,
직접 제조된 다중-코어 미세-구조화된 섬유를 기반으로 하는 섬유 조립체를 사용하는 대신, 다른 유형의 섬유 조립체는 복수의 개별 단일-코어 섬유를 조립하는 것을 기반으로 할 수 있다. 이러한 섬유 조립체는 광섬유를 선택하는 데 더 많은 유연성을 허용하며 단일 다중-코어 미세-구조화된 섬유를 직접 제조하기 위한 일부 제조 어려움을 제거하는 이점을 가질 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 실시예에 따른 개별 단일-코어 광섬유를 사용하는 1D 및 2D 섬유 조립체(FAA3, FAA4)를 각각 도시하고 있다. 섬유 조립체(FAA3, FAA4)는 복수의 개별 단일-코어 광섬유(OF), 예를 들어 HC-PCF를 함께 조립하고 이들을 섬유 어레이로 배열함으로써 획득될 수 있다. 섬유 어레이의 크기 그리고 그에 따른 광섬유(OF)의 총 수는 적용에 따라 유연하게 선택될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 섬유 조립체(FAA3)는 (이 특정 예에서) 5개의 광섬유(OF1 내지 OF5)를 갖는 1D 섬유 어레이를 포함할 수 있다. 5개의 광섬유(OF1 내지 OF5)는 5개의 HC-PCF일 수 있으며 선택적으로 단일 HC-PCF로부터 유도될 수 있고 이런 이유로 실질적으로 동일한 섬유 특성을 갖는다. 대안적으로, 5개의 HC-PCF는 2개 이상의 상이한 HC-PCF에서 생겨날 수 있으며 따라서 HC-PCF 중 적어도 2개는 상이한 섬유 특성을 가질 수 있다. 5개의 HC-PCF는 V-그루브의 1D 어레이 및 섬유 클램프(CP)를 갖는 V-그루브 마운트(VG)에 의해 유지될 수 있다. 각 V-그루브는 단일 섬유를 유지할 수 있다. 클램프(CP)가 V-그루브 마운트(VG)의 최상부에 고정되면, 이는 5개의 HC-PCF와 물리적으로 접촉할 수 있으며 이들에 적절한 클램핑력을 가할 수 있다. 클램핑력의 강도는 V -그루브의 깊이를 변경함으로써 조정 가능할 수 있다. 클램핑력은 HC-PCF를 각각의 V-그루브의 벽에 밀어붙임으로써 각 HC-PCF제자리에 고정시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유에 대한 클램핑력 유도 응력을 감소시키거나 최소화하기 위하여 클램프(CP)가 섬유와 접촉 상태에 있는 위치에 섬유 슬리브가 사용될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 섬유 조립체(FAA4)는 (이 특정 예에서) 10개의 광섬유(OF1 내지 OF10)를 갖는 2D 섬유 어레이를 포함할 수 있다. 10개의 광섬유(OF1 내지 OF10)는 단일 HC-PCF로부터 유도될 수 있고 그에 따라 실질적으로 동일한 섬유 특성을 갖는 10개의 HC-PCF일 수 있다. 대안적으로, 10개의 HC-PCF는 2개 이상의 상이한 HC-PCF에서 생겨날 수 있으며 따라서 일부 섬유는 실질적으로 동일한 섬유 특성을 가질 수 있는 반면에 다른 섬유는 상이한 섬유 특성을 가질 수 있나, 모두는 상이할 수 있다. 예를 들어, 최상부 행에 있는 5개의 HC-PCF(OF1 내지 OF5)는 하나의 섬유 구조체를 가질 수 있는 반면 최하부 행에 있는 5개의 HC-PCF(OF6 내지 OF10)는 상이한 섬유 구조체를 가질 수 있다. 적용에 따라, 섬유 조립체(FAA4)에 다른 상이한 다양한 섬유 조합이 사용될 수 있다. 10개의 HC-PCF는 V-그루브의 대응하는 2D 어레이와 2개의 섬유 클램프(CP)를 갖는 V-그루브 마운트(VG')에 의해 유지될 수 있다. 각 V-그루브는 단일 섬유를 유지시킬 수 있다. 2개의 섬유 클램프는 모든 광섬유(OF1 내지 OF10)를 제 위치에 고정시키기 위해 V-그루브 마운트(VG')의 최상부 표면과 최하부 표면에 각각 부착될 수 있다.
위에 설명된 1D 또는 2D V-그루브 마운트는 예시적인 섬유 홀더일 뿐이며; 다른 상이한 유형의 섬유 홀더가 동일하게 적용 가능할 수 있다는 점을 주목한다. 일부 실시예에서, 원통형 홀의 1D 또는 2D 어레이를 포함하는 단일 글라스 기판이 섬유 어레이 홀더로서 사용될 수 있다. 원통형 구멍들의 각각은 단일 광섬유(OF), 예를 들어 HC-PCF를 유지시킬 수 있다. 모든 섬유가 원통형 구멍들 내로 각각 배치된 후, 이들은 예를 들어 레이저 접합 또는 접착제에 의해 그들의 각각의 원통형 구멍에 고정될 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 섬유 조립체(FAA)와 제1 단일 입력 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스(RDS1) 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. 섬유 조립체(FAA)는, 예를 들어 위에서 설명된 섬유 조립체(FAA1 내지 FAA4) 중 임의의 하나일 수 있다. 작동시, HC-PCF들 중 하나 (예를 들어, OF3)는 방사선 소스(RDS)의 광학 축과 정렬될 수 있다. 저장부(RSV) 내에서, 방사선 소스(RDS)의 광학 축은 입력 방사선(IRD)의 빔 경로일 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 조립체(FAA)의 HC-PCF들 중 하나만이 임의의 주어진 시간에 광대역 방사선을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 현재의 HC-PCF가 그의 수명에 도달했거나 (예를 들어, 성능이 특정 임계 레벨까지 질적 저하되고 손상이 발생하였거나) 상이한 출력 특성이 필요한 경우, 입력 방사선(IRD)의 (예를 들어, 고정된) 빔 경로에 대해 섬유 조립체(FAA)를 (수직으로) 병진 이동시킴으로써 이웃하는 또는 선택된 새로운 HC-PCF (예를 들어, OF4)는 입력 방사선(IRD)의 빔 경로로 (예를 들어, 자동적으로) 배치될 수 있다. 섬유 조립체(FAA2)가 방사선 소스(RDS1)에서 사용되고 있는 경우, 섬유 조립체(FAA2)를 그의 축(ZA)을 중심으로 회전시킴으로써 이웃하는 또는 선택된 새로운 HC-PCF (예를 들어, OF4)는 입력 방사선(IRD)의 빔 경로로 (예를 들어, 자동적으로) 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 섬유 코어 스위칭은 또한 (예를 들어, 고정된) 섬유 조립체(FAA)에 대해 입력 방사선(IRD)의 빔 경로를 시프트시킴으로써 달성 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 코어 스위칭을 달성하기 위하여 입력 방사선(IRD)의 빔 경로와 섬유 조립체(FAA)의 위치 또는 배향 모두는 함께 조정될 수 있다.
도 12를 참조하면, 섬유 코어 스위칭이 섬유 조립체(FAA)의 병진 이동(translation)을 통해서만 달성되는 경우, 섬유 조립체(FAA)는 하나 이상의 액추에이터 (예를 들어, 전자기 액추에이터)를 포함하는 스테이지 모듈 (보이지 않음)에 장착될 수 있다. 스테이지 모듈은 섬유 조립체(FAA)에 다수의 (예를 들어, 6) 자유도 이동을 제공할 수 있다. 선형 1D 섬유 어레이가 사용되는 이 특정 실시예에서, 스테이지 모듈은 X, Y 및 Z 방향으로 정밀한 이동을 제공하는 3개의 선형 운동 액추에이터 및 시상 평면 (X 방향을 중심으로 하는 틸팅(Rx))과 접평면 (Z 방향을 중심으로 하는 틸팅(Rz))에서의 정밀한 각도 틸팅을 제공하는 2개의 회전식 액추에이터를 포함할 수 있다. X, Y 및 Z 방향은 도 12에서 보여지는 좌표계에 대하여 규정된다. 선형 액추에이터는, 예를 들어 1 마이크로미터 이하의 공간 분해능을 제공할 수 있으며, 회전식 액추에이터는 예를 들어 1 마이크로라디안 이하의 각도 분해능을 가질 수 있다. 이동 및 각도 틸팅 범위는 섬유 조립체(FAA)의 모든 섬유를 커버하기에 충분히 넓을 수 있다. 일부 실시예에서, 고정밀 선형 액추에이터에 더하여, 스테이지 모듈은 낮은 정밀도, 그러나 긴 거리 이동을 담당하는 비정밀 이동(coarse movement) 액추에이터를 더 포함할 수 있다. 섬유 조립체(FAA)가 교체될 필요가 있는 경우 (예를 들어, 모든 섬유가 손상되거나 질적 저하된 경우), 새로운 섬유 조립체(FAA)와 입력 방사선(IRD)의 빔 사이의 상대적인 위치 차이가 고정밀 선형 액추에이터의 이동 범위 내에 있는 것을 보장하기 위해 비정밀 이동 액추에이터가 사용될 수 있다.
현재의 광섬유(OF)가 교체될 예정일 때마다, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 빔 블록에 의해 적어도 부분적으로 차단될 수 있다. 스테이지 모듈은 새로운 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)를 입력 방사선(IRD)의 빔 경로와 실질적으로 정렬시키기 위하여 섬유 조립체(FAA)를 병진 이동시킬 수 있다. 이동 거리는 임의의 2개의 이웃하는 섬유 코어 사이의 공간적 간격을 기반으로 미리 결정될 수 있다. 새로운 광섬유(OF)가 목표 위치로 이동되면, 감쇠된 또는 모든 입력 방사선(IRD)은 새로운 섬유의 중공 코어(HC)에 들어가도록 허용될 수 있으며 광대역 출력 방사선(ORD)이 생성될 수 있다. 이어서, 방사선 소스(RDS1)는 입력 방사선(IRD)과 새로운 섬유의 중공 코어(HC) 사이의 커플링이 최적화되는 입력 커플링 최적화 모드에 들어갈 수 있다. 입력 커플링 최적화는 섬유 조립체(FAA)의 위치를 조정하는 동안 출력 방사선의 특정 광학 특성, 예를 들어 출력 방사선(ORD)의 스펙트럼 및/또는 파워를 모니터링함으로써 평가될 수 있다.
최적화 루틴은, 예를 들어 섬유 조립체(FAA)의 위치를 X, Y 및 Z 방향으로 순차적으로 미세 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지 모듈은 입력 방사선(IRD)과 중공 코어(HC) 사이의 횡방향 중첩을 최적화하기 위해 먼저 X-Z 평면에서 섬유 조립체(FAA)의 위치를 스캔하도록 명령받을 수 있다. 그후, 스테이지 모듈은 중공 코어(HC)로의 입력 방사선(IRD)의 초점 위치를 최적화하기 위해 섬유 조립체(FAA)의 위치를 Y 방향으로 스캔하도록 명령받을 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 방사선(IRD)의 섬유 커플링을 더 최적화하기 위하여 스테이지 모듈은 섬유 조립체(FAA)를 Rx 및/또는 Rz 방향으로 기울이도록 명령받을 수 있다. 입력 커플링 최적화가 완료되자마자, 방사선 소스(RDS 1)는 섬유 조립체(FAA)의 위치가 고정되는 정상 작동 모드로 들어갈 수 있다. 새로운 섬유 조립체(FAA)가 설치될 때 입력 커플링 최적화가 한 번만 수행된다는 것일 수 있다는 점을 주목한다. 초기 입력 커플링 최적화 후, 후속 섬유 코어 스위칭이 추가 최적화에 대한 필요 없이 반복적으로 수행될 수 있다. 그러나 입력 커플링 최적화는 (예를 들어, 고장을 찾기 위한 목적을 위하여) 필요한 경우 언제든지 반복될 수 있다. 예를 들어, 새로운 섬유에서 생성된 출력 방사선(ORD)의 광학적 특성 (예를 들어, 스펙트럼 및/또는 파워)이 예정된 값 또는 그의 질적 저하/손상 전의 이전의 동일한 섬유에 의하여 생성된 값과 크게 다른 경우, 입력 커플링 최적화가 사용되어 성능 손실이 입력 방사선(IRD)의 섬유 커플링으로 인한 것인지 여부를 확인할 수 있다.
일부 실시예에서, 섬유 조립체(FAA) 내에 포함된 모든 광섬유(OF)는 실질적으로 동일한 섬유 특성을 가질 수 있으며 따라서 실질적으로 동일한 출력 광학 특성으로 이어질 수 있다. 섬유 코어 스위칭은 현재의 광섬유가 이미 손상되었거나 (예를 들어, 기존의 성능 질적 저하에 의하여 판단된) 손상 직전에 있을 때 시작될 수 있다. HC-PCF는 전형적으로 HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스(RS)의 수명 제한 구성 요소로 간주되기 때문에, 특정 섬유 구조체의 다수의 복제본(copies) (예를 들어, 5개의 복제본)의 여분의 집단(collection)을 포함하는 섬유 조립체(FAA)는 방사선 소스(RS)의 전체 수명을 상당히 연장 (예를 들어, 5배)시킬 수 있다.
상이한 실시예에서, 광섬유(OF)의 일부 또는 전부는 상이한 출력 광학 특성으로 이어질 수 있는 상이한 섬유 특성/구조체를 가질 수 있다. 도 12의 방사선 소스(RDS1)에 사용되는 2D 섬유 조립체, 예를 들어 도 10a의 조립체(FAA1)의 경우에, 각 열의 광섬유(OF)들은 실질적으로 동일한 섬유 특성을 가질 수 있는 반면 각 행의 광섬유(OF)들은 상이한 섬유 특성을 가질 수 있다. 상이한 섬유 코어들의 각각 또는 하나로부터의 출력 광학 특성이 최적화될 수 있고 및/또는 다른 섬유로부터의 광학 특성에 대해 상보적일 수 있도록 한 행의 섬유들 간의 섬유 특성의 차이는 맞춤형 방식으로 배열될 수 있다.
실시예에서, 상이한 방사선 특성을 갖는 방사선을 제공하기 위하여, 각 열(column) 내의 HC-PCF들은, 다른 열 내의 섬유의 특성과는 다를 수 있는 실질적으로 동일한 섬유 특성을 가질 수 있다. 이와 같이, 특정 열의 섬유에서 생성되는 출력 방사선은 특정 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있다. 예를 들어, 제1 열, 예를 들어 도 12의 섬유 조립체(FAA)의 가장 좌측 열 내의 섬유로부터의 출력 방사선(ORD)은 200㎚ 내지 800㎚의 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있으며, 제2 열, 즉 제1 열 옆의 열 내의 섬유는 600㎚ 내지 1200㎚의 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있고, 제3 열 내의 섬유는 1000㎚ 내지 1600㎚의 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있으며, 제4 열 내의 섬유는 1400㎚ 내지 2000㎚의 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있고, 제5 열 내의 섬유는 1900㎚ 내지 2500㎚의 스펙트럼 범위에서 최적화될 수 있다. 동일한 스펙트럼 커버리지, 예를 들어 200㎚ 내지 2500㎚는, 예를 들어 2개, 3개, 4개 또는 6개일 수 있는 임의의 다른 수의 광섬유를 사용하여 동일하게 달성 가능할 수 있다는 점을 주목한다.
이러한 맞춤형 섬유 배열체에서, 넓은 스펙트럼 범위, 예를 들어 200㎚ 내지 2500㎚는 상이한 열들의 섬유들 사이를 순차적으로 시프팅함으로써 획득될 수 있으며, 상이한 행들의 섬유들 사이를 순차적으로 스위칭함으로써 전체 섬유 수명이 연장될 수 있다. 이 경우, 섬유 코어 스위칭은 계측 툴 또는 운영자에 의해 전송된 명령에 의해 개시될 수 있으며, 예를 들어 섬유 조립체(FAA)의 이동을 제어하는 광대역 방사선 소스(RDS1)의 제어 시스템에 의해 가능해질 수 있다. 이 배열체는 다수의 상이한 스펙트럼 대역이 바람직하지만 동시에 요구되지 않는 적용에 선호될 수 있다. 이 맞춤형 배열체가 각 섬유가 특정 스펙트럼 범위/대역에 대해 최적화되는 것을 허용할 수 있기 때문에, 각 섬유로부터의 출력 방사선은 섬유 구조, 예를 들어 코어-벽 두께 및 /또는 코어 직경에 의하여 결정되는 섬유 공진 대역과 중첩되지 않을 수 있다. 경량(light) 글라스 (예를 들어, 클래딩 구조체) 중첩이 적거나 없다는 것은 클래딩 구조체 내부의 더 적은 열 그리고 따라서 섬유의 더 긴 수명을 의미한다.
넓은 스펙트럼 커버리지, 예를 들어 200㎜ 내지 2500㎜가 섬유 조립체(FAA)로부터 순차적으로 제공되기보다 동시에 제공되는 것이 바람직한 경우, 입력 방사선(IRD)은 다수의 개별 빔으로 공간적으로 분할될 수 있으며, 빔들의 각각은 그 후에 로 행 내의 다른 섬유로 집속된다. 다수의 상이한 스펙트럼 대역을 갖는 출력 방사선(ORD)의 다수의 빔은 그 후 단일 광대역 출력 빔으로 공간적으로 그리고 시간적으로 재결합될 수 있다. 도 13은 실시예에 따른 섬유 조립체(FAA)를 포함하는 광대역 방사선 소스의 다중-빔 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 섬유 조립체(FAA)는 입력 방사선(IRD)의 다중 빔에 의해 동시에 펌핑될 수 있다. 섬유 조립체(FAA)는, 예를 들어 위에서 설명된 섬유 조립체(FAA1 내지 FAA4)들 중 임의의 하나일 수 있다.
섬유 조립체가 도 13의 소스(RDS2)와 같은 방사선 소스에서 2D 섬유 조립체 (예를 들어, 도 10a의 조립체(FAA1))를 포함하는 경우, 입력 방사선(IRD)을 빔 분할 배열체(BSA)를 통과시킴으로써 다중 (예를 들어, 5개) 입력 빔(IB1 내지 IB5)의 1D 어레이가 생성될 수 있다. 빔 분할 배열체(BSA)는, 예를 들어 개별 빔 스플리터들의 어레이, 예를 들어 평행 글라스 플레이트를 포함할 수 있다. 빔 스플리터들의 각각은 입력 방사선(IRD)의 스펙트럼 대역에 대해 원하는 분할 비율에 대해 최적화된 적절한 광학 코팅부를 가질 수 있다. 5개의 입력 빔(IB1 내지 IB5)은 실질적으로 동일한 광학적 특성을 가질 수 있으며, 제1 집속 배열체(FS1)에 의해 섬유 조립체(FAA1)의 특정 행 (예를 들어, 최상부 행의 OF1 내지 OF5)의 5개의 중공 코어(HC) 상으로 각각 집속될 수 있다. 제1 집속 배열체(FS1)는 빔 분할 배열체(BSA)와 제1 투명 윈도우(TW1) 중간에 배치될 수 있다. 출력 종단에서, 출력 방사선(ORD)의 5개 빔을 시준하기 위해 제2 집속 배열체(FS2)가 사용될 수 있으며, 출력 방사선(ORD)의 5개 빔을 단일 출력 빔으로 공간적으로 재결합하기 위해 빔 결합 배열체(BCA)가 사용될 수 있다. 빔 결합 배열체(BCA)는, 예를 들어 출력 방사선(ORD)의 빔들의 각각을 동일한 출력 빔 경로로 향하게 하도록 배열된 5개의 반사형 미러를 포함할 수 있다. 반사형 미러들의 각각은 미러에 의해 지향되는 출력 빔의 스펙트럼 대역에 대해 최적화된 고반사성 코팅부를 가질 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 광학적 배열체가 제2 집속 배열체(FS2)와 빔 결합 배열체(BCA)의 중간에 배치되어 출력 방사선의 상이한 빔들 간의 광학적 지연을 보상하거나 맞춤화할 수 있다.
일부 실시예에서, 집속 배열체(FS1, FS2)는 개별 광학 렌즈의 1D 또는 2D 어레이를 포함할 수 있다. 상이한 실시예에서, 집속 배열체(FS1, FS2)은 단일 광학 기판에서 제작된 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는 1D 또는 2D 마이크로-렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 다른 상이한 실시예에서, 집속 배열체(FS1, FS2)는 개별적으로 제어 가능한 마이크로-미러들의 1D 또는 2D 어레이를 포함하는 디지털 마이크로-미러 디바이스(DMD)와 같은 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 마이크로-미러들의 각각은 입력 빔들 중 하나를 중공 코어들 중 하나로 집속시키도록 구성된 적절한 곡률 반경을 포함할 수 있다. 집속 배열체(FS1, FS2)로서 공간 광 변조기, 예를 들어 DMD를 사용하면, 도 13의 방사 소스(RDS2)는 입력 방사선(IRD)의 단일 빔으로 섬유 조립체(FAA)의 다수의 중공 코어(HC)의 순차적인 펌핑을 허용할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 입력 빔의 어레이로 섬유 조립체(FAA)의 다수의 중공 코어(HC)의 동시 펌핑을 허용할 수 있다. 방사선 소스(RDS2)가 앞서 언급된 계측 툴들 중 임의의 것에서 사용될 때, 샘플의 상이한 부분들 및/또는 상이한 스펙트럼 대역에서 동시 조명을 제공하기 위하여 상이한 스펙트럼 대역 및 개구수를 갖는 다수의 조명 빔이 달성될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 섬유 코어 스위칭은 입력 방사선(IRD)의 빔에 대해 섬유 조립체(FAA)를 병진 이동시킴으로써 및/또는 섬유 조립체(FAA)에 대해 입력 방사선(IRD)의 빔을 시프팅시킴으로써 달성 가능할 수 있다. 도 14는 실시예에 따른 섬유 조립체(FAA) 및 제2 단일 입력 빔 구성을 포함하는 광대역 방사선 소스(RDS3) 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. 도 12에서 보여지는 제1 구성과 다른 제2 구성에서, 입력 방사선(IRD)의 빔은 섬유 조립체(FAA)에 대해 시프트될 수 있다. 입력 빔의 공간적 시프팅은 제1 광학 빔 시프터(OBS1)에 의해 달성 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 광학 빔 시프터(OBS1)는 예를 들어 적어도 하나의 평면-평면 평행(plane-plane parallel) 글라스 플레이트를 포함할 수 있다. 평면-평면 평행 글라스 플레이트는 광학 입력 표면과 광학 출력 표면을 가질 수 있으며, 이들은 모두 실질적으로 편평하고 또한 실질적으로 서로 평행하다. 평평-평면 평행 글라스 플레이트는 입력 방사선(IRD)의 빔에 대한 지향 변화를 야기하지 않고 광학 빔을 변위시킬 수만 있다. 빔 변위의 양은 입력 빔과 광학 입력 표면 사이에 형성된 입력 각도에 의존적일 수 있다. 광학 입력 표면 (및 광학 출력 표면)이 입력 방사선(IRD)의 입력 광학 빔에 수직이도록, 즉 입력 각도가 90°이도록 평면-평면 평행 글라스 플레이트가 배열될 때, 이는 입력 빔에 대한 빔 변위를 야기하지 않을 수 있거나 무시할 수 있는 빔 변위를 야기할 수 있다. 반면, 글라스 플레이트가 입력 빔에 대해 예를 들어 도 12의 X-축을 중심으로 회전된 결과로서 입력 각도가 90°에서 멀리 이동할 때, 입력 빔의 공간적 변위가, 예를 들어 Y-Z 평면에서 생성될 수 있다. 공간적 변위의 양은 새로운 각도 위치와 비-변위 각도 위치, 즉 입력 각도가 90°인 위치 간의 각도 차이에 비례할 수 있다. 평면-평면 평행 글라스 플레이트의 입력 표면과 출력 표면은 입력 방사선(IRD)의 스펙트럼 범위에서 반사 방지성인 코팅부를 가질 수 있다.
도 14의 방사선 소스(RDS3)에 사용되는 1D 섬유 조립체, 예를 들어 도 11a의 섬유 조립체(FAA3)의 경우, 단일 평행 글라스 플레이트와 같은 ID 빔 시프팅 요소가 사용되어 입력 방사선(IRD)의 빔을 수직으로 또는 Y 및 Z 방향에 의하여 규정된 평면에서 시프트시킬 수 있다. 평행 글라스 플레이트의 회전 각도를 변경함으로써, 입력 방사선(IRD)의 빔 경로는 예를 들어 제1 빔 경로(BP1)에서 제2 빔 경로(BP2)로, 이어서 제3 빔 경로(BP3)로 시프트될 수 있다. 평행 글라스 플레이트는 고정밀 회전 운동을 제공할 수 있는 회전식 액추에이터에 장착될 수 있다. 평행 글라스 플레이트의 각도 위치는 섬유 조립체(FAA3)의 2개의 이웃하는 섬유 코어 사이의 공간적 간격 및 제1 광학 렌즈(OL1)의 배율을 기반으로 예정될 수 있다. 현재의 광섬유(OF)가 교체될 예정일 때마다, 입력 방사선(IRD)은 예를 들어 빔 블록에 의해 적어도 부분적으로 차단될 수 있다. 새로운 빔 경로를 따라 전파되는 입력 방사선(IRD)의 빔이 새로운 광섬유(OF)의 중공 코어(HC)와 실질적으로 정렬되는 것을 보장하기 위하여 회전식 액추에이터는 평행한 글라스 플레이트를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 입력 방사선(IRD)의 빔 경로가 제1 빔 경로(BP1)에서 제2 빔 경로(BP2)로 변경되면, 그러면 이전 광섬유(OF1)가 아닌 새로운 광섬유(OF3)가 사용되어 광대역 출력 방사선(ORD)을 생성한다.
입력 방사선(IRD)의 빔이 목표 빔 경로에 있으면, 감쇠된 또는 모든 입력 방사선(IRD)은 새로운 섬유의 중공 코어(HC)에 들어가는 것이 허용될 수 있다. 이어서, 방사선 소스(RDS3)는 입력 방사선(IRD)과 새로운 섬유의 중공 코어(HC) 사이의 커플링이 최적화되는 입력 커플링 최적화 모드에 들어갈 수 있다. 입력 커플링 최적화는 방사선 소스(RDS3)의 하나 이상의 구성 요소를 조정하는 동안 출력 방사선의 특정 광학 특성, 예를 들어 스펙트럼 및/또는 파워를 모니터링함으로써 평가될 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 커플링 최적화는, 예를 들어 X, Y 및 Z 방향으로의 섬유 코어에 대한 입력 빔의 위치의 미세 스캐닝을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 최적화 루틴은 또한 입력 빔의 위치 설정을 조정 또는 최적화하기 위하여 제1 광학 렌즈(OL1)의 틸팅 (예를 들어, X 방향을 중심으로 하는 틸팅(Rx), Z 방향을 중심으로 하는 틸팅(Rz)) 및/또는 섬유 내로의 입력 빔의 초점 위치를 조정 또는 최적화하기 위하여 (예를 들어, Y 방향을 따르는) 제1 광학 렌즈(OL1)의 병진 이동을 포함한다. 도 12의 실시예와 유사하게, 입력 커플링 최적화는 새로운 섬유 조립체(FAA)가 설치될 때 한 번만 수행될 수 있다. 초기 입력 커플링 최적화 후, 후속 섬유 코어 스위칭은 추가 최적화에 대한 필요성 없이 반복적으로 이루어질 수 있다. 그러나 입력 커플링 최적화는 필요할 때마다 (예를 들어, 결함을 찾는 목적을 위하여) 다시 작동될 수 있다.
도 14에서 보여지는 바와 같이, 방사선 소스(RDS3)는 회전식 액추에이터 상에 장착된 적어도 하나의 평면-평면 평행 글라스 플레이트를 또한 포함할 수 있는 제2 광학 빔 시프터(shifter)(OBS2)를 포함할 수 있다. 평면-평면 평행 글라스 플레이트는 출력 방사선(ORD)의 스펙트럼 범위에서 반사 방지성인 코팅부를 가질 수 있다. 제1 광학 빔 시프터(OBS1)의 회전식 액추에이터와 제2 광학 빔 시프터(OBS2)의 회전식 액추에이터는 대응하는 각각의 새로운 각도 위치로 조합하여 이동할 수 있으며, 이 새로운 각도 위치는 출력 방사선의 빔을 기본(default) 또는 원하는 빔 경로 (하류 광학계 (예를 들어, 계측 툴 내의 광학계)는 이를 기반으로 정렬될 수 있다)로 되돌리는 것을 목표로 한다. 기본 또는 원하는 빔 경로는, 예를 들어 출력 방사선이 툴에서 사용되는 경우 계측 툴 내의 광학 정렬 및/또는 출력 방사선이 출력 전달 섬유에 결합되는 경우 출력 전달 섬유의 위치에 의해 결정될 수 있다. 입력 커플링 최적화가 완료되면, 방사선 소스(RDS3)는 출력 빔의 위치가 최적화될 수 있는 출력 커플링 모드로 들어갈 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 커플링 최적화는, 예를 들어 제2 광학 렌즈(OL2)를 틸팅 및/또는 병진 이동시키는 것에 의한 제2 광학 빔 시프터(OBS2)의 미세 조정을 포함할 수 있다.
평면-평면 평행 플레이트는 저분산 재료, 예를 들어 CaF2의 N-FK58로 구성될 수 있다. 이러한 재료의 장점은 더 낮은 분산이 굴절률이 파장에 따라 덜 변한다는 것을 의미하기 때문에 이것이 빔 시프트(d)의 스펙트럼 변화를 줄일 수 있다는 것이다. 이 관계는 다음 식에 의하여 주어진다:
여기서 T는 평면-평면 평행 플레이트의 두께이고 θ는 평면-평면 평행 플레이트 법선에 대한 입사각이다. 더 넓은 스펙트럼 범위로 인하여, 낮은 분산은 특히 출력 측에서 유리할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 광학 빔 시프터(OBS1)와 제2 광학 빔 시프터(OBS2) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 반사 미러의 시상면 및 접평면이 서브-마이크로미터 분해능으로 제어되는 하나 이상의 갈보-스캐너(galvo-scanner) 또는 압전-미러를 포함할 수 있다. 2개 이상의 이러한 미러를 순차적으로 사용하는 것은 섬유 조립체의 특정 중공 섬유에 대한 광 빔의 완전한 정렬을 허용할 수 있다.
계속해서 도 14를 참조하면, 방사선 소스(RDS3)에 사용되는 2D 섬유 조립체, 예를 들어 도 10a의 섬유 조립체(FAA1)의 경우, 제1 광학 빔 시프터(OBS1)는 2개의 평면-평면 글라스 플레이트, 예를 들어 제1 플레이트와 제2 플레이트를 포함할 수 있다. 제1 플레이트는 제1 축을 중심으로 회전 가능할 수 있으며, 제2 플레이트는 제2 축을 중심으로 회전 가능할 수 있고, 여기서 제1 축과 제2 축은 서로 수직일 수 있으며 섬유 조립체(FAA)의 입력 면(facet)에 평행한 평면을 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 섬유 조립체(FAA)의 입력 면은 입력 방사선(IRD)의 빔에 수직일 수 있다. 예를 들어, 도 4를 계속 참조하면, 제1 글라스 플레이트는 수평으로 또는 Z-축을 중심으로 회전하도록 배열될 수 있으며; 제2 글라스 플레이트는 수직으로 또는 X-축을 중심으로 회전하도록 배열될 수 있다. 제1 글라스 플레이트는 제2 글라스 플레이트의 하류 또는 상류에 배치될 수 있다. 하류 글라스 플레이트는 입력 빔이 상류 글라스 플레이트에 의해 시프트되는 방향으로 충분히 클 수 있다. 이와 같이, 상류 글라스 플레이트가 회전하는 각도가 아무리 크더라도 하류 글라스 플레이트는 변위된 입력 빔을 받을(catch) 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 섬유 조립체(FAA) (예를 들어, FAA1, FAA2, FAA3 또는 FAA4)는 각 개별 섬유 코어가 상이한 가스 매질 또는 진공으로 선택적으로 가압되는 것을 허용할 수 있다. 각 개별 섬유 코어의 선택적 가압은, 예를 들어 섬유 코어를 상이한 가스 공급부에 연결하는 각 섬유의 지지 부분에 하나 이상의 가스 채널을 생성함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 이러한 실시예는 가스 셀 내에 포함되지 않지만 HC-PCF 내에서 개별적으로 둘러싸여진 (예를 들어, 밀봉된) 가스 매질을 갖는 HC-PCF의 이용을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 출력 방사선(ORD)의 광학적 특성을 제어하는 데 추가적인 유연성을 제공할 수 있다.
도 15는 다중 섬유 스태킹 배열체를 포함하는 섬유 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 도면은 횡단면에서 섬유 가이드(FG) 내의 복수의 광섬유(OF)를 보여주고 있다. (예를 들어, 도 11a 및 도 11b에서 보여지는 예와 같은) 다수의 광섬유(OF)가 ID 또는 2D 그루브 마운트에서 개별적으로 조립되는 구성과 대조적으로, 섬유 스태킹 기반 구성은 더 많은 섬유가 주어진 체적으로 배치되는 것을 허용한다. 이는, 두 가지 장점; 증가된 중복(redundancy)을 통한 가스 셀의 더 긴 수명 및 광학 빔 조정 범위 및 속도를 감소시키는 더 작은 피치를 갖는다. 도 15의 실시예에서, 섬유 클램핑은 기계적 클램핑에 의하여, 예를 들어 섬유 가이드(FG)를 형성하는 2개 이상의 기계적 부재에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 섬유 클램핑은 섬유 종단들을 서로 접착, 융합 또는 (레이저) 용접(LW)함으로써 달성될 수 있다.
많은 적용, 예를 들어 깨끗한 작동 환경을 원하거나 UV 방사선을 포함하는 적용에 대하여, 광섬유들이 클램핑되거나 접착제로 고정되는 다중 섬유 스태킹 배열체를 사용하는 것이 유리하지 않을 수 있다. 이는 접착제가 오염으로 이어지는 가스를 배출하는 경향이 있고 또한 접착제는 UV 노출 하에서 질적 저하될 가능성이 있고 이는 섬유 드리프트를 야기한다는 사실 때문이다. 더욱이, 접착제는 또한 광섬유에 원하지 않는 그리고 변화하는 응력을 야기할 수 있으며, 그에 의하여 수명 기간 동안 변화하는 성능 또는 변화하는 작동 조건의 결과로 이어진다. 탈가스 오염 및 UV 유도 질적 저하 문제를 성공적으로 피했지만, 특히 다중 섬유 스태킹 배열체가 많은 양의 광섬유를 포함할 때 융합 또는 용접을 사용하여 광섬유의 스택을 클램핑하는 것은 매우 시간 소모적이다.
기계적 클램핑은 오염 및 UV 유도 질적 저하 유발 열화 문제를 방지할 수 있으며 동시에 빠른 방식으로 구현될 수 있다. 연구를 통해, 본 발명자들은 광섬유의 스택의 견고하고 안정적인 기계적 클램핑이 다음 세 가지 기준을 충족하는 다중 섬유 스태킹 배열체 또는 구성을 사용하여 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 제1 기준은 다중 섬유 스태킹 배열체의 각 광섬유가 규정된 클램핑을 갖는다는 것이며, 이는 각 광섬유가 2개의 지지부(supports) (또는 접촉 지점)를 갖는다는 것을 의미한다. 광섬유가 다중 섬유 스태킹 배열체에서 2개보다 많은 지지부를 갖는다면, 이러한 광섬유의 클램핑은 너무 엄격하게 규정된다. 광섬유가 2개보다 많은 지지부를 갖거나 그의 클램핑이 너무 엄격하게 규정된 경우, 광섬유의 지지부들 중의 적어도 하나에서의 힘 벡터는 불확실해지며 또한 광섬유와 섬유 홀더의 허용 오차에 좌우된다. 대조적으로, 광섬유가 2개 미만의 지지부를 갖는다면, 그러면 광섬유의 클램핑은 너무 넓게 규정된 것이다. 광섬유가 2개 미만의 지지부를 갖거나 그 클램핑이 너무 넓게 규정된 경우, 이러한 광섬유는 적절하게 클램핑되지 않는다.
제2 기준은 각 광섬유가 받는 결과적인 또는 조합된 힘 벡터가 광섬유의 2개의 지지부 (또는 접촉 지점) 사이에 형성된 선을 교차한다는 것이다.
제3 기준은 클램핑력이 각 광섬유 (예를 들어, 클램핑력이 직접 가해지는 최상부 광섬유)에 의하여 허용 가능한 최대 힘을 초과하지 않는 것이다. 이러한 최대 힘은 응력 및 모드 일치에 대한 섬유 견고성에 의해 결정된다. 즉, 최대 힘은 광섬유에 가해질 때 광섬유의 특성과 광섬유에서 방출되는 방사선의 광학적 특성이 실질적으로 변하지 않도록 하는 것일 수 있다. 클램핑력은 또한 각 광섬유가 섬유 스택의 최하부에 위치된 섬유를 견고하게 클램핑시키기에 충분한 힘을 받도록 충분히 강할 수 있다.
광섬유의 스택을 기계적으로 클램핑하기 위한 기존 방법은 앞서 언급된 기준을 충족하지 못하며, 이러한 이유로 종종 불안정한 섬유 클램핑을 야기한다. 이러한 불안정하게 클램핑된 섬유 스택이 위의 실시예들 중 임의의 실시예, 예를 들어 도 12 내지 도 14에서 보여지는 실시예에서 사용될 때 이는 입력 방사선(IRD)의 차선의 커플링을 생기게 할 것이며, 그에 의하여 섬유가 손상되거나 출력 방사선(ORD)의 성능이 질적으로 저하되는 결과로 이어질 것이다. 도 16a 및 도 16b는 기계적으로 클램핑되는 2개의 예시적인 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 보여주고 있다. 양 예시적인 섬유 스태킹 배열체(FSA1, FSA2)에서, 기계적 클램핑은 섬유 클램프와 조합된 섬유 홀더를 사용함으로써 달성되며, 이들은 함께 결합될 때 중공 섬유 채널을 형성한다. 2개의 예시적인 배열체는 상이한 섬유 홀더 (따라서 상이한 섬유 클램프)를 포함하며 상이한 수의 광섬유를 지원한다. 작동 원리 및 연관된 문제를 설명하는 목적을 위하여, 양 예시적인 배열체가 단순화되어 섬유 홀더만을 보여주고 있다. 섬유 클램프는 클램핑력(F)으로 나타내어진다.
도 16a를 참조하면, 섬유 스태킹 배열체(FSA1)의 섬유 홀더(1 FH1)는 7개의 광섬유(OF1 내지 OF7)를 유지시킨다. 클램핑력(F)은 광섬유(1 OF1)에 직접 가해진다. 클램핑력(F)은 그후 인접한 광섬유(OF1 내지 OF7) 사이에 또는 광섬유와 섬유 홀더(1 FH1)의 내부 벽 사이에 형성된 (속이 채워진 점으로 나타내어진 바와 같은) 다양한 접촉 지점 또는 지지부를 통해 최상부 섬유 (예를 들어, 광섬유 1 OF1)에서 최하부 섬유 (예를 들어, 광섬유 4 OF4)로 전달된다. 예를 들어, 클램핑력(F)은 접촉 지점(1 CP1), 접촉 지점(2 CP2) 및 접촉 지점(3 CP3)을 통해 광섬유(1 OF1)를 통해 광섬유(6 OF6), 광섬유(7 OF7) 그리고 광섬유(2 OF2)로 각각 전달된다. 광섬유(1 OF1)는 3개의 지지부 또는 접촉 지점(CP1 내지 CP3)을 갖기 때문에, 그의 클램핑은 너무 억격하게 규정되며 따라서 불안정하다. 이는 3개의 접촉 지점에 대한 힘 벡터가 3개의 접촉하는 광섬유(OF2, OF6, OF7)의 제조 공차에 크게 의존적이고 따라서 이 공차에 민감하기 때문이다. 예를 들어 (외부 코팅부를 제거한 후 )100㎛ 내지 300㎛의 공칭 직경을 갖는 HC-PCF에 대하여, 섬유 직경의 전형적인 제조 공차는 약 ±3㎛이다. 섬유 홀더(FH1)의 제조 공차는 전형적으로 (비용에 따라) ±5㎛ 내지 ±10㎛의 범위이다.
예를 들어 광섬유(2 OF2)가 소형이라면 (예를 들어, 공칭 직경보다 작은 섬유 직경을 가짐), 광섬유(1 OF1)는 각각 접촉 지점(1 CP1)과 접촉 지점(2 CP2)을 통해 광섬유(6 OF6)와 광섬유(7 OF7)에 의해 주로 또는 완전히 지지된다. 그러한 경우에, 광섬유(2 OF2)는 광섬유(1 OF1)와 거의 접촉하지 않거나 심지어 이로부터 완전히 분리된다. 이와 같이, 접촉 지점(3 CP3) 상의 힘 벡터는 무시할 수 있거나 0이다. 클램핑력이 없거나 무시할 수 있는 클램핑력이 접촉 지점(3 CP3)을 통해 광섬유(2 OF2)에 전달되기 때문에 광섬유(2 OF2)는 따라서 접촉 지점(4 CP4)을 통해 느슨하게 광섬유(3 OF3)의 최상부에 있다. 광섬유(2 OF2)는 광섬유(7 OF7)와의 접촉 지점과 섬유 홀더(1 FH1)의 내부 벽과의 접촉 지점 사이에서 흔들릴 수 있다. 따라서 광섬유(2 OF2)의 클램핑은 너무 넓게 규정되고 느슨하다. 마찬가지로, 광섬유(6 OF6) 또는 광섬유(7 OF7)가 소형인 경우, 광섬유(1 OF1)와의 대응하는 접촉 지점(예를 들어, 접촉 지점(1 CP1), 접촉 지점(2 CP2))은 무시할 수 있는 또는 0의 힘 벡터를 가질 것이며, 광섬유는 느슨하게 클램핑될 것이다. 유사하게 느슨한 또는 불안정한 클램핑은 또한 일부 광섬유가 대형인 것으로부터 기인할 수 있다. 섬유 스태킹 배열체(FSA1)에서의 광섬유(OF1 내지 OF7)의 클램핑이 너무 엄격하게 규정되거나 너무 넓게 규정되기 때문에, 안정적이고 견고한 섬유 클램핑을 보장하기 위하여 광섬유 및 섬유 홀더의 제조 공차에 대한 높은 요구 사항이 필요하다.
도 16b는 또 다른 섬유 스태킹 배열체(FSA2)를 개략적으로 도시하고 있다. 이 예시적인 배열체에서, 섬유 홀더(2 FH2)는 6개의 광섬유(OF8 내지 OF13)의 스택을 지지한다. 광섬유(11 OF11) 이외의 모든 광섬유는 2개의 접촉 지점에 의해 지지된다. 광섬유(11 OF11)는 하나의 접촉 지점, 즉 접촉 지점(9 CP9)에 의해서만 지지된다. 이 섬유 스택을 기계적으로 클램핑하기 위해, 클램핑력(F)이 최상부 광섬유, 즉 광섬유(8 OF8)에 직접 가해진다. 광섬유(8 OF8)가 접촉 지점(5 CP5) 및 접촉 지점(6 CP6)에 의해 지지되기 때문에, 이 2개의 접촉 지점의 각각에 대한 힘 벡터는 광섬유(1 OF1)가 받는 힘 벡터의 절반이다. 광섬유(1 OF1)는 안정적으로 지지된다. 광섬유(13 OF13)와 광섬유(9 OF9) 모두 2개의 접촉 지점에 의해 지지되지만, 이들의 힘 벡터는 단일 접촉 지점, 예를 들어 접촉 지점(7 CP7)과 접촉 지점(11 CP11)만을 각각 가리킨다. 보다 구체적으로, 광섬유(13 OF13)의 경우, 광섬유(8)로부터 전달되는 이의 힘 벡터는 접촉 지점(7 CP7)만을 가리키고, 그 결과 접촉 지점(8 CP8)이 규정되지 않는다 (또는 무시할 수 있거나 0인 힘 벡터를 갖는다). 마찬가지로, 광섬유(9 OF9)의 힘 벡터는 접촉 지점(11 CP11)만을 가리키며, 그 결과 접촉 지점(10 CP10)은 규정되지 않는다 (또는 무시할 수 있는 힘 벡터를 가짐). 결과적으로, 광섬유(11 OF11)는 클램핑력을 겪지 않으며, 그 이유로 적절하게 클램핑되지 않는다. 광섬유(11 OF11)가 소형일 때 (예를 들어, 공칭 직경보다 작은 섬유 직경을 가짐) 광섬유(13)와 광섬유(9 OF9) 사이에서 흔들릴 수 있음에 따라 클램핑 안정성은 악화된다. 섬유 위치의 불확실성은 이러한 섬유 스태킹 배열체가 상기 실시예들, 예를 들어 도 12 내지 도 14에서 보여지는 실시예들 중 임의의 것에서 사용될 때 잠재적인 섬유 손상을 야기할 것이다.
위에서 언급한 세 가지 기준을 동시에 충족하기 위하여, 임의의 2개의 인접한 광섬유 사이의 중심 거리가 상향식(bottom-up manner) 방식으로 (즉, 각 행에 대해 최하부에서 최상부로) 감소하도록 다중 섬유 스태킹 배열체가 구성될 수 있다. 도 17a는 실시예에 따른 개선된 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. 개선된 섬유 스태킹 배열체(I-FSA)는 섬유 홀더(I-FH) 및 섬유 클램프(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 단순함의 목적을 위해, 섬유 클램프의 효과는 클램핑력(F)으로 나타내어진다. 도면은 섬유 스태킹 배열체의 횡단면도라는 점을 주목한다. 일부 실시예에서, 그의 섬유 홀더(I-FH) 및 섬유 클램프는 광섬유(OF31 내지 OF38)의 축 방향 축을 따라 연장될 수 있으며 섬유의 전체 길이를 덮을 수 있다. 다른 실시예에서, 섬유 홀더(I-FH)와 섬유 클램프는 섬유의 전체 길이를 덮지 않으며 대신에 섬유의 양 종단 섹션의 각각에만 적용된다는 것일 수 있다. 다른 상이한 실시예에서, 섬유 홀더(I-FH)와 섬유 클램프는 한 종단 섹션에서만, 예를 들어 입력 방사선(IRD)이 커플링되는 섬유의 입력 종단 섹션에만 적용된다는 것일 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 섬유 홀더(I-FH)와 섬유 클램프의 길이는 10㎜ 내지 50㎜의 최대 길이 및/또는 2㎜ 내지 5㎜의 최소 길이를 가질 수 있으며; 예를 들어, 이 길이는 5㎜ 내지 50㎜, 또는 5㎜ 내지 20㎜, 또는 5㎜ 내지 10㎜의 범위에 있을 수 있다.
에지 효과로 인한 응력 집중을 방지하기 위해, 섬유의 맨 끝(들)(섬유 팁)을 클램핑하는 것이 방지될 수 있으며, 섬유 홀더(I-FH)와 섬유 클램프는 약간의 거리로 섬유 팁에서 떨어져 적용된다. 이 거리는 0.1㎜ 내지 5㎜, 0.2㎜ 내지 5㎜, 0.5㎜ 내지 5㎜, 0.5㎜ 내지 2㎜, 또는 0.5㎜ 내지 2㎜의 섬유 팁 섹션이 클램핑되지 않도록 하는 것일 수 있다. 이와 같이, 클램핑이 종단 섹션에 적용되는 것으로 설명되는 경우, 이와 관련하여 이러한 "종단 섹션"은 맨 끝에 있는 섬유 팁 섹션을 제외할 수 있다 (즉, 각 종단 섹션은 섬유 팁까지 완전히 연장되지 않는다)는 점이 인식되어야 한다. 마찬가지로, 섬유의 전체 길이를 덮는 클램핑은 양쪽 종단에서 이 섬유 팁 섹션을 덮지 않는 것으로 이해될 수도 있다.
이 실시예에서, 섬유 홀더는 다중-레벨 (예를 들면, 2-레벨) 구조체를 포함할 수 있으며, 여기서 섬유 홀더는 상부 (또는 제2) 레벨의 폭이 하부 (또는 제1) 레벨의 폭보다 더 넓다 (예를 들어, D2>D1). 이와 관련하여, 폭은 동일한 레벨에서 2개의 마주보는 내부 벽 사이의 거리로 규정될 수 있으며, 예를 들어 D1의 폭은 제1 레벨에서 IW1과 IW2 사이의 거리이다. 각 레벨에서, 내부 벽 (예를 들어, 내부 벽(1 IW1), 내부 벽(2 IW2))은 베이스 (예를 들어, B1)에 실질적으로 수직일 수 있다. 이러한 섬유 홀더는 또한 다중-레벨 (예를 들어, 2레벨) 직사각형 그루브를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 결과적인 섬유 스택은 4개의 스태킹 레벨을 포함할 수 있으며, 여기서 광섬유 OF34, OF35는 제1 스태킹 레벨 (또는 최하부 레벨)에 있고, 광섬유 OF33, OF38, OF36은 제2 스태킹 레벨에 있으며, 광섬유 OF37 OF32는 제3 스태킹 레벨에 있고, 또한 광섬유 31 OF31는 제4 스태킹 레벨 (또는 최상부 레벨)에 있다. 개선된 섬유 홀더(I-FH)의 제1 레벨의 폭(D1)은 공칭 섬유 직경(d)보다 예를 들어 2.7의 제1 스케일 지수(scale factor)만큼 더 클 수 있는 반면에; 개선된 섬유 홀더(I-FH)의 제2 레벨의 폭은 공칭 섬유 직경(d)보다 3.5 내지 3.9, 3.6 내지 3.8, 3.65 내지 3.75, 3.69 내지 3.71, 또는 예를 들어, 3.7의 제2 스케일 지수만큼 클 수 있다. 섬유 홀더(I-FH)의 치수와 섬유 공칭 직경 사이의 이러한 관계는 동일한 레벨에서의 2개의 인접한 광섬유 사이의 중심 거리가 상향식 방식으로 감소하는 것을 보장할 수 있다. 예를 들어, 광섬유(34 OF34)와 광섬유(35 OF35) 사이의 중심 거리(d1)는 광섬유(36 OF36)와 광섬유(38 OF38) 사이 또는 광섬유(38 OF38)와 광섬유(33 OF33) 사이의 중심 거리(d2)보다 클 수 있으며, 이는 결과적으로 광섬유(37 OF37)와 광섬유(32 OF32) 사이의 중심 거리(d3)보다 클 수 있다. 도 17a의 실시예에서, 광섬유(34 OF34)와 광섬유(35 OF35) 사이의 중심 거리(d1)는 공칭 섬유 직경(d)보다, 예를 들어 1.7의 제3 스케일 지수만큼 클 수 있다.
실시예에서, 광섬유(OF31 내지 OF38)의 각각은 2개의 접촉 지점에 의해 지지될 수 있으며, 각 광섬유의 결과적인 또는 결합된 힘 벡터는 그의 2개의 접촉 지점 중간에 형성된 선을 교차할 수 있다. 예를 들어, 광섬유(OF31, OF32, OF33, OF36, OF37)들의 각각은 상부 광섬유로부터 전달되는 단일 힘 벡터를 받을 수 있다 (예를 들어, 광섬유(36 OF36)는 광섬유(37 OF37)로부터 전달되는 힘 벡터를 받을 수 있다). 이 경우, 각 광섬유 (예를 들어, OF31)의 단일 힘 벡터 (예를 들어, F31)는 동일한 광섬유 (예를 들어, OF31)의 2개의 접촉 지점 (예를 들어, CP31 및 CP32) 중간에 형성된 파선과 직접 교차한다.
대조적으로, 광섬유(OF34, OF35, OF38)들의 각각은 2개의 상부 광섬유와 접촉될 수 있으며 따라서 각각 상이한 방향을 따르는 2개의 힘 벡터를 받을 수 있다. 이 3개의 광섬유(OF34, OF35, OF38)의 각각에 대해, 결과적인 또는 결합된 힘 벡터가 결정될 수 있다. 예로서, 광섬유(34)는 2개의 상부 광섬유(OF33, OF38)와 접촉될 수 있다. 결과적으로, 광섬유(OF34)는 광섬유(33 OF33)로부터 전달된 제1 힘 벡터(F34-1)와 광섬유(38 OF38)로부터 전달된 제2 힘 벡터(F34-2)를 받을 수 있다. 광섬유(34 OF34)에 가해지는 (도 17a에서 굵은 화살표로 나타내지는 바와 같은) 결과적인 또는 결합된 힘 벡터(F34)는 2개의 접촉 지점(CP34, CP35) 중간에 형성된 파선을 교차할 수 있다. 유사한 방식으로, 광섬유(35 OF35)와 광섬유(38 OF38)의 각각의 결과적인 또는 결합된 힘 벡터는 또한 그의 2개의 접촉 지점 사이에 형성된 파선과 교차할 수 있다.
따라서 도 17a의 실시예는 앞서 언급된 기준 중 처음 두 가지를 동시에 충족한다: 각 광섬유는 2개의 규정된 지지부 또는 접촉 지점에 의해 지지되며 각 광섬유의 결과적인 힘 벡터는 2개의 지지부 사이에 형성된 선을 교차한다. 이러한 방식으로 구성된 섬유 스태킹 배열체는 광섬유 및 섬유 홀더의 제조 공차에 덜 민감하며, 따라서 기계적 클램핑의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 클램핑력이 하향식 방식으로 감소하기 때문에, 클램핑력(F)은 최하부 광섬유(OF34, OF35)가 충분히 강한 힘 벡터를 받을 수 있고 따라서 제자리에 견고하게 클램핑될 수 있도록 충분히 강할 수 있다. 한편, 클램핑력(F)은 각 광섬유, 특히 클램핑력이 직접 가해지는 최상부 광섬유(OF31)의 최대 허용 가능한 힘을 초과하지 않도록 유지될 수 있다. 이는 클램핑력 적용으로 인한 광학 성능의 질적 저하 없이 섬유 스택의 안정적이고 견고한 기계적 클램핑이 달성된다는 것을 보장하기 위한 것이다. 클램핑력은 섬유에 응력을 유발할 수 있으며 이는 예를 들어 편광 각도 시프트 및 모드 일치 질적 저하로 이어질 수 있고, 그에 의하여 상당한 성능 손실을 야기할 수 있다. 유도 응력의 허용 수준은 섬유의 클래딩 두께에 의존적일 수 있다. 최대 클램핑력은 10 내지 50뉴턴(N)의 범위, 예를 들어 10N, 20N, 30N 또는 40N일 수 있다.
앞서 설명된 실시예는 단지 예시일 뿐이라는 점을 주목한다. 앞서 언급된 세 가지 기준을 동시에 충족하는 다른 상이한 실시예가 동일하게 적용 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 개선된 섬유 홀더(I-FH)는 2개보다 적은 또는 많은 레벨 (예를 들어, 1, 3, 4, 5 또는 6개의 레벨)을 포함할 수 있으며, 따라서 8개보다 적은 또는 많은 광섬유 (예를 들어, 3, 15, 24, 35 또는 48개의 광섬유)를 안정적이고 견고한 방식으로 클램핑할 수 있다.
도 17b는 실시예에 따른 상이한 개선된 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. 이 섬유 스태킹 배열체(I-FSA')에서, 섬유 홀더(I-FH')는 단일 레벨을 포함할 수 있다. 베이스(B1')에 실질적으로 수직인 2개의 서로를 향하는 내부 벽(IW1', IW2') 사이의 거리(D1)는 공칭 섬유 직경(d)보다 2.5 내지 2.9, 2.6 내지 2.8, 2.65 내지 2.75, 2.69 내지 2.71, 또는 예를 들어 2.7의 제1 스케일 지수만큼 더 클 수 있다. 따라서 광섬유(34 OF34)와 광섬유(35 OF35) 사이의 중심 거리(d1)는 공칭 섬유 직경(d)보다, 1.5 내지 1.9, 1.6 내지 1.8, 1.65 내지 1.75, 1.69 내지 1.71 또는 예를 들어 1.7의 제3 스케일 지수만큼 클 수 있다. 도 17a의 실시예와 유사하게, 3개의 광섬유(OF34, OF35, OF38)의 각각은 2개의 접촉 지점에 의해 안정적으로 지지되며, 2개의 접촉 지점 중간에 형성된 선을 직접 교차하는 힘 벡터를 받는다. 이러한 이유로, 이러한 섬유 스태킹 배열체(I-FSA') 또한 섬유 스택의 안정적이고 견고한 클램핑을 허용한다.
섬유 스태킹 배열체에서 기계적으로 클램핑될 수 있는 광섬유의 총 개수는 섬유 홀더(I-FH)의 레벨의 수에 따라 조정(scale)될 수 있다는 점을 주목한다. 다만, 동일한 레벨에 임의의 2개의 인접 광섬유가 서로 접촉할 때 총 개수는 더 이상 증가되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 이 2개의 인접한 섬유 사이의 중심 거리는 최소이며 섬유 직경(d)과 동일하다.
실시예에서, (섬유 중심에 대해) 섬유의 임의의 2개의 인접한 접촉 지점 사이에 규정된 지지 각도는 60° 내지 120°의 범위 내에 있다. 도 17b의 예를 고려하면, 제1 행 지지 각도는 120°이며, 제2 행 지지 각도는 90°이고, 제3 행 지지 각도는 60°이다. 총 4개의 행의 개수로 지지할 힘 벡터의 최소 각도는 30°이다.
위에서 설명된 것에 대한 다른 스태킹 구성이 사용될 수 있으며, 예를 들어 섬유 스택의 최하부 레벨 상에 2개보다 많은 광섬유가 있을 수 있다. 이러한 구성에서, 임의의 2개의 인접한 광섬유 사이의 중심 거리가 상향식 방식으로 감소하도록 섬유 홀더(I-FH)의 상이한 레벨의 폭은 섬유 직경과 상이한 관계 (예를 들어, 상이한 스케일 지수)를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 광섬유들을 함께 스태킹하고 클램핑하기 전에 각 광섬유의 외부 코팅부를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
전형적으로, 섬유 홀더(I-FH, I-FH')는 광섬유의 재료와 상이한 재료 (예를 들어, 글라스, 금속)로 만들어질 수 있으며, 따라서 상이한 열팽창 계수를 가질 수 있다. 섬유 홀더와 광섬유 간의 열팽창 계수의 불일치는 온도 변화 동안 상대적인 이동을 야기할 수 있다. 한 예로서, 스테인리스 강으로 만들어진 섬유 홀더는 용융 실리카로 만들어진 다수의 광섬유를 기계적으로 클램핑하기 위해 사용될 수 있다. 스테인리스 강의 열팽창 계수가 용융 실리카의 열팽창 계수보다 훨씬 높기 때문에, 주변 온도가 상승할 때, 섬유 홀더는 광섬유보다 더 큰 정도의 열팽창을 겪게 되어 광섬유가 느슨하게 클램핑되는 결과로 이어진다 (섬유 홀더가 커져 광섬유를 단단히 클램핑할 수 없다). 높아진 주변 온도가 광섬유가 섬유 홀더에 단단히 클램핑되었던 원래 온도로 다시 떨어지면, 섬유 홀더와 광섬유는 원래 크기로 다시 수축된다. 그러나 임의의 2개의 접촉 표면 사이, 예를 들어 임의의 2개의 광섬유 사이 또는 광섬유와 섬유 홀더의 내부 벽/베이스 사이의 마찰은 광섬유들의 일부 또는 전부가 섬유 홀더에 대한 그의 정렬된 위치로 돌아가는 것을 방지할 수 있으며, 또한 결과적으로 단단한 기계적 클램핑의 원래 상태가 자체 복구되거나 실질적으로 자체 복구되는 것을 방지할 수 있다 (예를 들어, 섬유 클램핑은 너무 엄격하게 규정(over-define)되거나, 너무 넓게 규정(under-define)된다). 온도 주기/변동의 영향을 견딜 수 있도록 하기 위하여, 위에서 설명한 디자인 요구 조건에 더하여 더 엄격한 디자인 기준이 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 부가적인 디자인 기준은, 예를 들어 각 광섬유의 지지 각도에 대한 기준, 모든 힘 벡터 각도에 대한 기준 및 임의의 2개의 접촉 표면의 마찰 계수에 대한 기준을 포함할 수 있다.
도 17c는 실시예에 따른 더 개선된 섬유 스태킹 배열체를 개략적으로 도시하고 있다. 이 실시예에서, 더 개선된 섬유 스태킹 배열체(I-FSA")는 7개의 광섬유(OF41 내지 OF47)를 단단히 클램핑할 수 있다. 광섬유(OF41 내지 OF47)를 견고하고 안정적으로 클램핑하기 위해 실질적으로 동일한 크기의 클램핑력을 가하는 2개의 섬유 클램프가 요구될 수 있다. 이는 단일 섬유 클램프 또는 단일 클램핑력(F)이 사용되는 도 17a 또는 도 17b에서 보여지는 실시예와 대조적이다. 다시, 간략함의 목적을 위하여, 각 섬유 클램프의 효과는 클램핑력(F1, F2)으로 나타내어 진다 (예를 들어, F1 = F2). 섬유 홀더(I-FH")는 도 17a에서 보여지는 섬유 홀더(I-FH)와 동일한 구조체, 예를 들어 2개-레벨의 직사각형 그루브일 수 있다. 섬유 홀더(I-FH")의 치수 (예를 들어, 섬유 홀더(I-FH")의 각 레벨에서의 2개의 서로를 향하는 내부 벽(IW1", IW2") 사이의 거리)는 보다 엄격한 디자인 기준의 구현 형태로 인하여 다를 수 있다.
도 17c에서 보여지는 바와 같이, 각의 광섬유(OF41 내지 OF47)는 2개의 접촉 지점에 의하여 지지될 수 있다. 각 광섬유(OF41 내지 OF47)에 대해, 광섬유의 중심과 2개의 접촉 지점을 각각 연결하는 2개의 선에 의해 지지 각도가 형성될 수 있다. 예를 들어, 광섬유(OF41), 광섬유(OF43) 그리고 광섬유(OF44)는 각각 지지 각도 α1, 지지 각도 α3 및 지지 각도 α4를 각각 갖는다. 하나의 광섬유가 또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 경우, 지지 각도는 2개의 힘 벡터 각도들의 합과 동일하며, 이들 각각은 도 17c에서 보여지는 국부 좌표계를 참조하여 대응하는 힘 벡터의 방향과 수직 방향 또는 z-방향 사이에 형성된다. 예를 들어, 광섬유 OF41의 경우, 광섬유 OF41에 의해 광섬유 OF43에 가해지는 힘 벡터 F13의 방향과 수직 방향 사이에 힘 벡터 각도 β13이 형성되며; 또한 광섬유 OF41에 의해 광섬유 OF44에 가해지는 힘 벡터 F14의 방향과 수직 방향 사이에 힘 벡터 각도 β14가 형성된다. 2개의 힘 벡터 각도 β13 및 β14는 광섬유 OF43과 광섬유 OF44의 상대 위치 (예를 들어, z-방향을 따른 상대 중심 위치)에 따라 동일하거나 상이한 값을 가질 수 있다. 광섬유 OF44의 경우, 이는 광섬유 OF41, 광섬유 OF42, 광섬유 OF46, 및 광섬유 OF47로 각각 형성된 4개의 접촉 지점을 갖고 있지만, 광섬유 OF44는 여전히 (광섬유 OF46와 광섬유 OF47로) 2개의 접촉 지점에 의하여 지지되며, 따라서 이의 지지는 잘 규정된다. 광섬유 OF41과 유사한 방식으로, 지지 각도(α4)는 힘 벡터 각도 β41와 힘 벡터 각도 β42의 합과 같다.
위에서 언급된 바와 같이, 각 접촉 지점에는 광섬유가 그의 원래 위치로 돌아가는 것을 방지할 수 있는 마찰력이 존재한다. 따라서 이러한 마찰력을 극복하기 위하여, 임의의 광섬유의 결과적인 힘 벡터의 접선 성분은 접선 방향의 마찰력보다 클 수 있으며; 또한 (가능하다면) 동일한 광섬유의 결과적인 힘 벡터의 법선 성분은 법선 방향의 마찰력보다 클 수 있다. 광섬유의 결과적인 힘 벡터는 광섬유에 가해진 모든 힘 벡터를 결합한 총 힘 벡터라는 점을 주목한다.
한 예를 들면, 광섬유(OF47)는 광섬유(OF44)에 의해서만 가해지는 결과적인 힘 벡터(F47)를 가질 수 있다. 결과적인 힘 벡터(F47)는 접선 성분(F47h)과 법선 성분(F47v)으로 분해될 수 있다. 광섬유(OF47)는 2개의 접촉 지점에 의해 지지되며, 하나의 접촉 지점은 내부 벽(IW2") 형성되고 다른 하나의 접촉 지점은 베이스(B1")와 형성된다. 내부 벽(IW2")의 표면 상의 접촉 지점에서, 마찰력(Ffv)이 존재하며, 그 크기는 결과적인 힘 벡터(F47)의 접선 성분(F47h)의 크기와 접촉 지점에서의 마찰 계수에 좌우된다. 광섬유(OF47)와 베이스(B1')에 의해 형성된 접촉 지점에서 마찰력(Ffh)이 존재하며, 그 크기는 결과적인 힘 벡터(F47)의 수직 성분(F47v)의 크기와 접촉 지점에서의 마찰 계수에 좌우된다. 모든 접촉 지점에서의 마찰 계수는 접촉 표면의 재질에 의존한다. 섬유 홀더(I-FH")가 금속 (예를 들어, 알루미늄, 스테인리스 강)으로 만들어진 경우, 광섬유 (예를 들어, 광섬유(OF47))와 섬유 홀더 (예를 들어, 내벽(IW2") 또는 베이스(B1"))의 내부 표면 사이의 마찰 계수는 0.7 이하, 예를 들어 접촉 지점이 용융 실리카 광섬유 및 스테인리스 강 섬유 홀더에 의해 형성되는 경우 0.19 내지 0.41 범위일 수 있다. 이에 비해, 임의의 2개의 용융 실리카 광섬유 사이의 마찰 계수는 0.22 내지 0.36 범위 내일 수 있다.
표면 마찰을 극복하기 위해, 임의의 광섬유의 결과적인 힘 벡터는 다음 조건을 충족할 수 있다:
여기서
여기서 Fh는 결과적인 힘(Fr)의 접선 성분을 나타내며, Fv는 결과적인 힘(Fr)의 수직 성분을 나타내고, Ffh는 접선 방향 (예를 들어, 수평 방향 또는 x-방향)의 마찰력을 나타내며, Ffv는 법선 방향 (예를 들어, 수직 방향 또는 z-방향)의 마찰력을 나타내고, cof는 접촉 지점에서의 마찰 계수를 나타내며, 그리고 β는 결과적인 힘 벡터와 수직 방향 또는 z-방향 사이에 형성된 각도를 나타낸다.
광섬유가 섬유 홀더(I-FH") (내부 벽 및 베이스)에 의해 직접 지지되는 경우, 수학식 1 및 2로 표현된 디자인 조건은 다음 각도 조건으로 변환될 수 있다:
수학식 7에 마찰 계수를 적용하는 것은 마찰력이 극복될 수 있는 광섬유의 결과적인 힘 벡터 각도(β)의 바람직한 범위를 발생시킬 것이다. 예를 들어, 마찰 계수가 0.7 이하일 때, 결과적인 힘 벡터 각도(β)는 
범위에 있다. 도 17c에서 보여지는 섬유 스태킹 배열체(I-FSA")에서, 지지 각도는 2개의 지지 표면, 예를 들어 내부 벽(IW2")과 베이스(B1") 사이의 각도에 의하여 규정된 바와 같이 90°와 동일할 수 있거나, 실질적으로 거의 같이 90°에 가까울 수 있다.
광섬유가 또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 경우, 마찰력은 접선 방향으로만 있다. 수학식 1로 표현되는 설계 조건은 다음과 같은 각도 조건으로 변환될 수 있다:
용융 실리카 광섬유의 경우 그리고 마찰 계수가 0.38일 때, 결과적인 힘 벡터 각도 β의 바람직한 범위는 β ≥21°인 것으로 계산된다. 이러한 범위는 또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 임의의 광섬유의 결과적인 힘 벡터가 섬유 대 섬유 접촉 지점 또는 인터페이스에서의 마찰력보다 강하다는 것을 보장할 수 있다. 그러나, 섬유 스태킹 배열체가 냉각되는 동안, 광섬유와 섬유 홀더 간의 열 팽창 계수의 불일치로 인하여 섬유 홀더는 (수평) 수축력을 섬유 스택에 가할 수 있다. 수축력은 섬유 대 섬유 인터페이스에서 마찰력에 대하여 작용함으로써 또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 이 광섬유를 밀어 올릴 수 있다.
수축력이 임의의 섬유 대 섬유 인터페이스에서의 마찰력보다 강하다는 보장하기 위해, 광섬유의 결과적인 힘 벡터는 다음 기준을 추가로 충족할 수 있다:
동일한 마찰 계수 0.38을 수학식 9에 적용하고 무시할 수 있는 클램핑력의 영향을 가정하면, 결과적인 힘 벡터 각도(β)의 원하는 범위는 따라서 
인 것으로 계산된다. (위의 범위 β≥21°와 비교할 때) 이러한 더욱 엄격한 각도 요구 조건은 온도 변화 동안 광섬유가 임의의 섬유 대 섬유 인터페이스에서 위아래로 미끄러지는 것을 허용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 결과적인 힘 벡터의 각도는 45°±15°가 되도록 설계될 수 있다.
도 17c를 참조하면, 섬유 스태킹 배열체의 모든 광섬유가 잘 규정되는 것, 즉 너무 엄격하게 규정되거나 너무 넓게 규정되지 않는 것을 보장하기 위하여, 섬유 홀더(I-FH')와의 2개의 접촉 지점 (예를 들어, 내부 벽과의 한 접촉 지점 그리고 베이스와의 다른 하나의 접촉 지점)을 갖는 광섬유(OF43, OF45)가 또 다른 광섬유에 의하여 지원되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 광섬유(OF45)와 광섬유(OF47)의 외부 표면들 사이에 그리고 광섬유(OF43)와 광섬유(OF46))의 외부 표면들 사이에 최소 거리(G1, G2)가 존재할 수 있다. 최소 거리(G1, G2)는, 예를 들어 1㎛ 이상일 수 있다. 또한, 제2 레벨(B2")에서의 베이스 폭은 광섬유(OF43, OF45)의 반경보다 넓어 안전한 베이스 지지를 보장할 수 있고 더 우수한 제조 능력을 촉진할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 레벨 베이스(B2")의 폭과 광섬유(OF43, OF45)의 반경 사이의 최소 차이(G3)는 예를 들어 15㎛ 이상일 수 있다.
복수의 광섬유의 기계적 클램핑이 예를 들어 HC-PCF 기반 광대역 방사선 소스에서의 광섬유 스위칭과 같은 적용을 위한 견고하고 안정적인 섬유 스태킹 배열체를 제공할 수 있지만, 유사한 또는 동일한 효과를 이루기 위하여 대안적인 접근법이 또한 사용될 수 있다. 하나의 대안적인 접근법은 열 수축성 섬유 튜브를 사용하여 복수의 광섬유를 클램핑하는 것이다. 이러한 대안적인 접근법의 배후에 있는 아이디어는 열원 (예를 들어, 아크 열원)에 의해 가열되고 있을 때 열 수축성 섬유 튜브가 수축되기 시작하며 따라서 광섬유들을 함께 섬유 번들 또는 섬유 스태킹 배열체 형태로 감싼다는 것이다. 이러한 접근 방식은 도 17c에서 보여지는 도시된 섬유 스태킹 배열체에 대한 엄격한 디자인 기준의 필요성을 제거하며 또한 복수의 광섬유가 견고하고 안정적인 섬유 스택으로 자체 정렬되는 것을 허용한다. 더욱이, 이 접근법은 섬유 스태킹 배열체가 보다 용이한 방식으로 장착되는 것을 허용한다.
도 18은 열수축 튜빙에 의해 섬유 스태킹 배열체를 만드는 공정을 도시하는 개략도이다. 도 18에서 보여지는 예시적인 구성에서, 2개의 개별적이고 실질적으로 동일한 열 수축성 섬유 튜브 또는 슬리브(FT1, FT2)가 복수의 광섬유(OF)의 2개의 종단 섹션에 각각 적용될 수 있다. 그러한 경우에, 각 섬유 튜브(FT1, FT2)는 10㎜ 내지 50㎜의 최대 길이 및/또는 2㎜ 내지 5㎜의 최소 길이를 가질 수 있으며; 예를 들어, 이 길이는 5㎜ 내지 50㎜, 또는 5㎜ 내지 20㎜, 또는 5㎜ 내지 10㎜ 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예시적인 구성에서, 단일 열 수축성 섬유 튜브는 광섬유(OF)의 전체 길이와 실질적으로 동일한 또는 이보다 약간 더 긴 튜브 길이를 가질 수 있다.
열 수축성 섬유 튜빙을 이용하여 섬유 스태킹 배열체를 제조하기 위한 제조 공정은 다음의 세 가지 주요 단계를 포함할 수 있다:
단계 1: 복수의 광섬유(OF)의 각 종단을 하나의 열 수축성 섬유 튜브(FT1, FT) 내로 배치하는 것. 섬유 튜브(FT1, FT2) 내로 배치하기 전에, 예를 들어 섬유 튜브(FT1, FT2)의 내부 형상과 일치시키기 위하여 광섬유(OF)는 바람직하게는 원하는 스태킹 배열체로 사전 스택될 수 있다.
단계 2: 2개의 튜브를 수축시키고 따라서 복수의 광섬유(OF)를 함께 단단히 감싸도록 하기 위하여, 2개의 열 수축성 섬유 튜브(FT1, FT2)를 하나 이상의 열원(HS1, HS2)으로 순차적으로 또는 동시에 가열하는 것. 수축 정도는, 예를 들어 원하는 클램핑력, 섬유 튜브(FT1, FT2)의 재료, 섬유 튜브의 내부 형상 및/또는 광섬유(OF)가 어떻게 스택되는지에 좌우될 수 있다. 바람직하게는, 열은 (도 18에서 큰 회색 화살표로 표시된 바와 같이) 2개의 섬유 튜브가 순차적으로 또는 동시에 가열되는지 여부에 따라 섬유 튜브들 중 하나 또는 둘 모두의 원주 영역 주위에 실질적으로 균질하게 가해진다. 실질적으로 균질한 가열은, 예를 들어 전체 조립체 (열 수축성 튜브를 갖는 광섬유)를 섬유 튜브의 중심 축을 중심으로 회전시킴으로써, 또는 섬유 튜브(FT1, FT2)의 원주 주위에 동일하게 이격된 다수의 열원을 동시에 이용함으로써 얻어질 수 있다. 광섬유에 미치는 가열의 영향을 최소화하기 위하여, 섬유 튜브(FT1, FT2)는 광섬유의 용융 온도보다 낮은 (예를 들어, 용융 실리카의 용융 온도보다 낮은) 용융 온도를 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 튜브(FT1, FT2)의 재료는 특정 유형의 연질 글라스, 예를 들어 보로실리케이트일 수 있다.
단계 3. 각 섬유 튜브의 종단 표면이 광섬유(OF)의 종단 팁과 실질적으로 동일 평면 상에 있도록 하나 이상의 절단기(cleaver)(CL)(예를 들어, 섬유 절단기)로 2개의 섬유 튜브를 순차적으로 또는 동시에 절단하는 것. 많은 경우에, 섬유 튜브는 각 섬유 튜브의 종단 표면이 섬유 팁에서 약간 떨어져 있는 절단될 수 있다. 이 거리는 0.1㎜ 내지 5㎜, 0.2㎜ 내지 5㎜, 0.5㎜ 내지 5㎜, 0.5㎜ 내지 2㎜, 또는 0.5㎜ 내지 2㎜의 섬유 튜브 섹션이 광섬유(OF)와 접촉하지 않은 상태에 있도록 할 수 있다. 도 18에서 보여지는 바와 같이, 섬유 튜브(FT1)에 대한 절단 위치(cleaving position)가 작은 흑색 화살표로 나타나 있다.
도 19a 내지 도 19e는 모두 열 수축성 섬유 튜빙 (또는 조립된 열 수축 섬유 튜빙)에 의해 제조된 5개의 예시적 섬유 스태킹 배열체의 개략적인 단면도이다. 단순함의 목적을 위하여, 모든 예시적인 섬유 스태킹 배열체에 대해 하나의 섬유 튜브만이 도시되고 설명된다. 그러나, 실제로는 광섬유(OF)의 종단 섹션을 각각 덮는 한 쌍의 실질적으로 동일한 열 수축성 섬유 튜브, 또는 광섬유(OF)의 전체 길이와 실질적으로 동일한 또는 이보다 약간 길 길이를 갖는 단일의 열 수축성 섬유 튜브가 사용될 수 있다는 점이 인식되어야 한다.
도 19a에서 보여지는 제1 예에서, 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-a)는 광섬유(OF)들의 2개의 종단 섹션을 각각 클램핑하는 2개의 별개의 그러나 실질적으로 동일한 열 수축성 섬유 튜브(FT-a 및 FT-a'; 광섬유들의 다른 종단에서 사용되며 도면에서는 보이지 않음)를 사용하여 제조될 수 있다. 열 수축성 섬유 튜브(FT-a)는 원형 형상 또는 원형 형상에 실질적으로 가까운 형상 및 직경(ID)을 가질 수 있는 내부 채널(IC)을 포함할 수 있다. 수축 후에 내부 채널(IC)의 형상은 수축 전 (또는 원래) 형상에서 약간 벗어날 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 예를 들어, 수축 후에 섬유 튜브(FT-a)의 내부 채널(IC)의 원래 원형 형상은 최종적으로, 더 이상 원형이 아닌 다각형과 원형 형상 사이에 있을 수 있는 형상으로 자리잡을 수 있다. 섬유 스태킹 배열체는 3개의 광섬유(OF)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 3개의 접촉 지점 (하나의 섬유-튜브 접촉 지점 및 2개의 섬유-섬유 접촉 지점)을 갖는다. 클램핑력(들)이 섬유 스택의 최상부에 위치된 광섬유(들)에 가해지는 위의 실시예와 대조적으로, 이 실시예에서의 클램핑력(CF)은 가열된 후 열 수축성 튜브에 의해 가해지는 열 수축력일 수 있다. 또한, 이 실시예에서의 클램핑력은 모든 광섬유(OF)에 가해질 수 있으며, 각 광섬유는 실질적으로 동일한 크기의 클램핑력(CF)을 받는다. 섬유 튜브에 의해 가해지는 클램핑력에 더하여, 각 광섬유는 2개의 섬유-섬유 접촉 지점을 통해 다른 2개의 광섬유에 의해 가해지는 또 다른 2개의 힘을 받을 수 있다. 이러한 방식으로, 광섬유의 3개의 접촉 지점의 각각에서의 힘은 다른 2개의 접촉 지점에 의해 지지될 수 있다. 따라서 (위에서 설명된 디자인 요구 조건에 따라) 각 광섬유의 클램핑이 잘 규정된다.
도 19b에서 보여지는 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-b)에서, 열 수축성 섬유 튜브(FT-b)는 도 19a에서 보여지는 섬유 튜브(FT-a)의 변형예일 수 있으며 차이점은 주로 더 많은 광섬유(OF) (예를 들어, 3개보다 많은 광섬유(OF))를 클램핑하기 위해 사용되는 내부 채널(IC)의 더 큰 직경(ID')에 있을 수 있다. 도 19b에서 보여지는 바와 같이, 하나의 중심 섬유(OF-C) 및 6개의 주변 섬유(OF-O)는 열 수축성 섬유 튜브(FT-b)에 의해 함께 번들화(bundled)되거나 클램핑되며, 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-b)를 형성한다. 주변 광섬유(OF-O)들 (중심 섬유를 둘러싸는 것)의 각각은 실질적으로 동일한 크기의 클램핑력(CF)을 받을 수 있다. 도 19a에서 보여지는 예와 대조적으로, 임의의 주변 광섬유가 3개의 접촉 지점에 의해 지지될 수 있고 각 접촉 지점은 상이한 광섬유와 연관된다는 점에서, 이 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-b)에서 광섬유의 클램핑은 잘 규정되지 않는다. 이 예시적인 배열체에서, 중심 섬유(OF-C)는 6개의 주변 광섬유 중 임의의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 상이한 예시적인 배열체에서, 중심 섬유는 6개의 주변 광섬유의 직경과 다른 직경을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 배열체에서, 중심 구조체 (예를 들어, 글라스 로드)는 중심 섬유(OF-O)에 대한 대체물로서 사용될 수 있다
열 수축성 섬유 튜빙에 의하여 더 많은 광섬유 (예를 들어, 3개보다 많은 광섬유)를 견고하고 안정적으로 클램핑하기 위하여, 수축 시 각 광섬유를 위해 잘 규정된 클램핑 상태를 보장할 수 있는 열 수축성 섬유 튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 열 수축성 섬유 튜브와 직접 접촉 상태에 있는 각 광섬유가 3개의 접촉 지점만을 갖는 것을 필요로 할 수 있다. 도 19c 및 도 19d에서 보여지는 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-c, F-FSA-d)는 이러한 요구 조건을 충족시킬 수 있는 예이다. 이 2개의 예시적 섬유 스태킹 배열체 간의 공통점은 중심 광섬유 또는 중심 구조체가 3개 이상의 광섬유 (섬유 튜브와 직접 접촉 상태에 있는 것)로 둘러싸이고 각 주변 광섬유가 섬유 튜브와의 2개의 접촉 지점과 중심 섬유 또는 중심 구조체와의 하나의 접촉 지점을 갖는다는 것일 수 있다.
도 19c에서 보여지는 도시된 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-c)에서, 7개의 광섬유는 열 수축성 튜브(FT-c)에 의해 클램핑될 수 있으며, 이의 내부 채널(IC)은 육각형 형상 또는 육각형 형상과 실질적으로 유사한 형상을 가질 수 있다. 각 주변 광섬유(OF-O)는 육각형 내부 채널(IC)의 6개 코너 중 하나에 배치될 수 있으며, 따라서 섬유 튜브(FT-c, FT-c')와의 (코너의 2개의 에지와의) 2개의 접촉 지점을 가질 수 있다. 또한, 각 주변 광섬유(OF-O)는 중심 섬유(OF-C)와의 제3 접촉 지점을 가질 수 있다. 이와 같이, 각 주변 광섬유는 총 3개의 접촉 지점을 가질 수 있으며, 잘 규정된 클램핑 상태의 결과로 이어진다. 유사한 방식으로, 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-d) 내의 열 수축성 섬유 튜브(FT-d)의 내부 채널(IC)은 삼각형 형상 또는 실질적으로 삼각형 형상에 가까운 형상을 가질 수 있다. 각 주변 광섬유(OF-O)는 내부 채널(IC)의 3개의 코너 중 하나의 코너에 배치될 수 있다.
수축 후 내부 채널(IC)의 형상은 그의 원래 수축 전 형상 (예를 들어, 육각형 형상 또는 삼각형 형상)에서 벗어날 수 있으며 또한 다각형 (예를 들어, 육각형 형상 또는 삼각형 형상)과 원형 형상 사이에 있는 형상으로 모양으로 자리잡을 수 있다는 점을 주목한다. 각 섬유가 3개의 접촉 지점만을 갖고 있는 한, 섬유 튜브의 수축 후에도 잘 규정된 클램핑 상태가 여전히 유지될 수 있다. 상이한 형상의 또는 구조화된 내부 채널을 갖는 열 수축성 섬유 튜브들은 견고하고 안정적인 섬유 스태킹 배열체를 만들기에 동일하게 적합할 수 있다는 점을 주목한다. 열 수축성 섬유 튜브의 내부 유로는 다른 상이한 다각형 형상, 예를 들어 사각형 형상, 오각형 형상, 칠각형 형상, 팔각형 형상 또는 구각형 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 내부 채널이 각각 2개의 접촉 지점을 통해 광섬유에 대한 지지부를 제공하는 다수의 코너 및 제3 접촉 지점을 통해 광섬유에 대한 추가 지지부를 제공하는 중심 섬유 또는 중심 구조체를 포함하는 한, 내부 채널의 형상은 임의의 형상, 예를 들어 정다각형 또는 불규칙한 다각형, 또는 원형 영역과 코너 모두 포함하는 불규칙한 형상일 수 있다. 일부 상이한 예시적인 배열체에서, 중심 섬유 또는 중심 구조체는 주변 광섬유와 다른 직경을 가질 수 있다.
도 19e에서 보여지는 섬유 스태킹 배열체(F-FSA-e)에서, 열 수축성 섬유 튜브(FT-e)의 내부 채널(IC)은 중심 구조체 (예를 들어, 글라스 로드) 및 3개의 내부 고정 요소(FE)를 포함할 수 있으며, 이 내부 고정 요소는 중심 구조체(CS)를 내부 채널(IC)의 3개의 삼각형 에지에 고정적으로 연결하도록 배열된다. 내부 고정 요소(FE)는, 예를 들어 반경 방향 및 축 방향을 따라 각각 연장되는 3개의 얇은 벽일 수 있다. 내부 고정 요소(FE)는 내부 채널을 3개의 서브-체적부로 분리할 수 있으며, 각 서브-체적부는 하나의 주변 광섬유(OF-O)를 포함한다. 상이한 다각형 형상을 갖는 내부 채널(IC)의 경우, 내부 고정 요소(FE)들의 개수는 다각형의 에지의 개수와 동일할 수 있으며, 각 내부 고정 요소는 중심 구조체를 다각형 에지들 중 하나에 연결하도록 배열될 수 있다. 이와 같이, 임의의 2개의 인접한 고정 요소와 중심 구조체 사이에 형성된 각 서브-체적부는 하나의 광섬유만을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 방사선 소스의 전체 수명을 연장하도록 구성된 광대역 방사선 소스는, 예를 들어 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 15, 도 17a 또는 도 17b에서 보여지는 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있는 섬유 조립체를 포함한다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 방사선 소스의 전체 수명을 연장하도록 구성된 광대역 방사선 소스는 섬유 조립체를 포함하며 도 12, 도 13 또는 도 14에서 보여지는 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
도 20 은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 것을 도울 수 있는 컴퓨터 시스템(2000)을 도시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(2000)은 정보를 전달하기 위한 버스(2002) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위하여 버스(2002)와 결합된 프로세서(2004) (또는 다수의 프로세서(2004 및 2005))를 포함하고 있다. 컴퓨터 시스템(2000)은 또한 프로세서(2004)에 의해 실행될 정보 및 명령어를 저장하기 위하여 버스(2002)에 연결된, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 저장 디바이스와 같은 메인 메모리(2006)를 포함하고 있다. 메인 메모리(2006)는 또한, 프로세서(2004)에 의하여 실행될 명령어의 실행 동안 일시적 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(2000)은 프로세서(2004)에 대한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위하여 버스(2002)에 연결된 판독 전용 메모리(ROM)(2008) 또는 다른 정적 저장 디바이스를 더 포함하고 있다. 정보 및 명령어를 저장하기 위하여, 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 저장 디바이스(2010)가 제공되며 또한 버스(2002)에 연결되어 있다.
컴퓨터 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위하여 컴퓨터 시스템(2000)은 버스(2002)를 통해, 음극선관(CRT) 또는 플랫 패널 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(2012)에 연결될 수 있다. 정보 및 명령어 선택을 프로세서(2004)에 전달하기 위하여, 영숫자 및 다른 키를 포함하는 입력 디바이스(2014)가 버스(2002)에 연결되어 있다. 또 다른 유형의 사용자 입력 디바이스는, 방향 정보 및 명령어 선택을 프로세서(2004O)에 전달하기 위한 그리고 디스플레이(2012) 상에서의 커서 이동을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 제어부(2016)이다. 이 입력 디바이스는 전형적으로 2개의 축, 제1 축 (예를 들어, x)과 제2 축 (예를 들어, y)에서 2개의 자유도를 갖고 있으며, 이는 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하는 것을 허용한다. 터치 패널 (스크린) 디스플레이 또한 입력 디바이스로 이용될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같은 방법들 중 하나 이상은 메인 메모리(2006)에 포함된 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(2004)에 응답하여 컴퓨터 시스템(2000)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 명령어는 저장 디바이스(2010)와 같은 또 다른 컴퓨터 판독-가능한 매체로부터 메인 메모리(2006)로 판독될 수 있다. 메인 메모리(2006)에 포함된 명령어의 시퀀스의 실행은 프로세서(2004)가 본 명세서에 설명된 공정 단계를 수행하게 한다. 다중-처리 배열체 내의 하나 이상의 프로세서는 또한 메인 메모리(2006)에 포함된 명령어의 시퀀스를 실행하기 위해 이용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 하드-와이어드(hard-wired) 회로가 소프트웨어 명령어 대신에 또는 그와 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서 내의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 임의의 특정 조합으로 제한되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "컴퓨터-판독 가능한 매체"는 실행을 위하여 프로세서(2004)에 명령어를 제공하는 것에 참여하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 매체는, 비휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 매체는, 예를 들어 저장 디바이스(2010)와 같은 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(2006)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(2002)를 포함하는 와이어를 포함하는, 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유를 포함한다. 전송 매체는 또한 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 동안 생성되는 것과 같은 음향파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터-판독 가능한 매체의 일반적인 형태는, 예를 들어, 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 매체, 램(RAM), 피롬(PROM) 및 이피롬(EPROM), 플래시-이피롬(FLASH-EPROM), 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 이하에서 설명되는 바와 같은 반송파, 또는 임의의 다른 매체-컴퓨터는 이를 통하여 판독할 수 있음-를 포함한다.
다양한 형태의 컴퓨터-판독 가능한 매체가 실행을 위하여 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(2004)로 운반하는데 관여할 수 있다. 예를 들어, 명령어는 초기에 원격 컴퓨터의 자기 디스크에 저장(borne)될 수 있다. 원격 컴퓨터는 명령어를 그의 동적 메모리 내로 로딩할 수 있으며, 명령어를 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 보낼 수 있다. 컴퓨터 시스템(2000)에 로컬인 모뎀은 전화선으로 데이터를 수신할 수 있으며 적외선 송신기를 사용하여 데이터를 적외선 신호로 변환시킬 수 있다. 버스(2002)에 연결된 적외선 검출기는 적외선 신호로 운반된 데이터를 수신할 수 있으며 데이터를 버스(2002)에 배치할 수 있다. 버스(2002)는 데이터를 메인 메모리(2006)로 운반하며, 프로세서(2004)는 메인 메모리로부터 명령어를 검색하고 실행한다. 메인 메모리(2006)에 의해 수신된 명령어는 프로세서(2004)에 의한 실행 전 또는 실행 후에 저장 디바이스(2010)에 선택적으로 저장될 수 있다
컴퓨터 시스템(2000)은 또한 버스(2002)에 연결되어 있는 통신 인터페이스(2018)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(2018)는 근거리 통신 네트워크(2022)에 연결되어 있는 네트워크 링크(2020)에 대한 양방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(2018)는 대응하는 유형의 전화선에 대한 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 통합 서비스 디지털 네트워크(ISDN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 또 다른 예로서, 통신 인터페이스(2018)는 호환 가능한 LAN에 대한 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 근거리 통신 네트워크(LAN) 카드일 수 있다. 무선 링크 또한 구현될 수 있다. 임의의 이러한 구현 형태에서, 통신 인터페이스(2018)는 다양한 유형의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 송신 및 수신한다.
네트워크 링크(2020)는 전형적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로의 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(2020)는 로컬 네트워크(2022)를 통해 호스트 컴퓨터(2024)에 대한 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(2026)에 의하여 작동하는 데이터 설비에 대한 연결을 제공할 수 있다. ISP(2026)는 그 결과, 현재 흔히 "인터넷"(2028T)으로 지칭되는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(2022)와 인터넷(2028) 모두는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(2000)으로 그리고 컴퓨터 시스템으로부터 디지털 데이터를 운반하는, 다양한 네트워크를 통한 신호 및 네트워크 링크(2020) 상의 그리고 통신 인터페이스(2018)를 통한 신호는 정보를 운반하는 반송파의 예시적인 형태이다.
컴퓨터 시스템(2000)은 네트워크(들), 네트워크 링크(2020), 및 통신 인터페이스(2018)를 통하여 메시지를 보낼 수 있으며 또한 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷 예에서, 서버(2030)는 인터넷(2028), ISP(2026), 로컬 네트워크(2022) 및 통신 인터페이스(2018)를 통하여 응용 프로그램에 대한 요청된 코드를 전송할 수 있다. 예를 들어, 하나의 이러한 다운로드된 애플리케이션은 본 명세서에서 설명된 기술의 하나 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(2004)에 의해 실행될 수 있으며 및/또는 추후 실행을 위하여 저장 디바이스(2010) 또는 다른 비휘발성 저장부에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(2000)은 반송파의 형태의 애플리케이션 코드를 획득할 수 있다.
추가 실시예가 다음의 번호가 붙여진 조항의 목록에 개시된다:
1. 광대역 방사선 소스 디바이스는,
각각이 가스 매질로 채워진 복수의 광섬유를 포함하는 섬유 조립체를 포함하며,
광대역 방사선 소스 디바이스는, 임의의 한 시간에 상기 복수의 광섬유의 한 서브세트만으로부터 광대역 출력을 생성하도록 광섬유의 서브세트들이 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위해 독립적으로 선택 가능하도록 작동 가능하다.
2. 조항 1에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 광대역 방사선 소스 디바이스는, 복수의 광섬유 중 임의의 하나가 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위하여 하나씩 선택 가능하도록 작동 가능하다.
3. 조항 1 또는 2에 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 광섬유의 각각은 중공 코어 광결정 섬유를 포함한다.
4. 조항 1, 2 또는 3에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는,
입력 방사선의 빔을 다수의 입력 빔으로 공간적으로 분할하도록 작동 가능한 빔 분할 배열체,
상기 다수의 입력 빔의 각각을 광섬유의 상기 서브세트의 개개의 광섬유로 집속하기 위한 집속 배열체를 포함한다.
5. 조항 1, 2 또는 3에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 광대역 출력이 임의의 한 시간에 상기 복수의 광섬유 중 하나만으로부터 생성되도록 작동 가능하다,
6. 조항 1 내지 5 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유는 실질적으로 동일한 섬유 특성을 갖는 2개 이상의 섬유를 포함한다.
7. 조항 1 내지 6 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유는 상이한 섬유 특성을 갖는 2개 이상의 섬유를 포함한다.
8. 조항 7에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상이한 섬유 특성을 갖는 2개 이상의 섬유 중 일부 또는 각각은 상이한 스펙트럼 범위에서 광대역 출력을 생성하도록 구성된다.
9. 조항 8에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상이한 스펙트럼 범위는 각각 200㎚ 내지 2500㎚ 범위 내의 상이한 서브-범위를 포함한다.
10. 조항 1 내지 9 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 복수의 광섬유는 함께 스택되고 기계적으로 클램핑되고, 함께 융합(fused) 또는 용접된다.
11. 조항 1 내지 10 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 섬유 조립체는 복수의 광섬유 및 가스 매질을 둘러싸는 가스 셀을 더 포함한다.
12. 조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유 중 상이한 하나의 광섬유가 선택되는 것을 허용하기 위하여 섬유 조립체는 입력 방사선의 빔에 대해 이동 가능하도록 구성된다.
13. 조항 1 내지 12 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유 중 상이한 하나의 광섬유가 선택되는 것을 허용하기 위하여 입력 방사선의 빔은 섬유 조립체에 대해 이동 가능하도록 구성된다.
14. 조항 12 또는 13에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 조립체 또는 입력 방사선의 빔은 입력 방사선의 빔의 전파 방향에 수직인 평면의 한 방향 또는 두 방향으로 이동 가능하다.
15. 조항 1 내지 14 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 상기 복수의 광섬유의 상이한 광섬유로 스위칭하도록 구성되어 광대역 출력의 파워가 임계 레벨 아래로 떨어질 때 상기 광대역 출력을 생성한다.
16. 조항 1 내지 15 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 상기 복수의 광섬유 중 상이한 광섬유로 스위칭하도록 구성되어 광대역 출력의 상이한 광학 특성이 요구될 때 상기 광대역 출력을 생성하며; 상이한 광학 특성은 상이한 스펙트럼 범위를 포함한다.
17. 조항 1 내지 16 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 섬유 조립체에 대하여 입력 방사선을 공간적으로 시프트시키도록 구성된 제1 빔 시프팅 조립체를 더 포함한다.
18. 조항 17에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 제1 빔 시프팅 조립체는,
제1 플레이트와 제2 플레이트 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 적어도 하나의 글라스 플레이트 -상기 제1 플레이트는 제1 축을 중심으로 회전 가능하고 상기 제2 플레이트는 제2 축을 중심으로 회전 가능하며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 서로 수직이고 섬유 조립체의 입력 면에 평행한 평면을 형성하고, 선택적으로 상기 적어도 하나의 글라스 플레이트는 저분산 재료, 예를 들어 CaF2의 N-FK58로 구성됨-;
적어도 하나의 압전-미러; 및
적어도 하나의 갈보-스캐너 중 하나 이상을 포함한다.
19. 조항 17 또는 18 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 광대역 출력이 실질적으로 예정된 빔 경로를 따르도록 광대역 출력을 공간적으로 시프트시키도록 구성된 제2 빔 시프팅 조립체를 더 포함한다.
20. 조항 19에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 빔 경로는; 광대역 출력을 사용하도록 구성된 계측 툴 내의 광학 정렬, 광대역 출력을 전달하도록 구성된 출력 전달 섬유의 위치 중 하나 또는 둘 모두에 따라 결정된다.
21. 조항 1 내지 20 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 광섬유를 시프팅할 때 입력 방사선을 적어도 부분적으로 차단하도록 구성된 빔 블록을 더 포함한다.
22. 조항 1 내지 21 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 입력 방사선을 섬유 조립체의 복수의 광섬유 중 하나에 커플링하도록 구성된 입력 광학 렌즈 배열체를 더 포함한다.
23. 조항 22에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 입력 광학 렌즈 배열체의 위치 및/또는 방향이 입력 방사선의 섬유 커플링을 최적화하기 위해 조정 가능하도록 작동 가능하다.
24. 조항 1 내지 23 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 광대역 출력을 시준하도록 구성된 출력 광학 렌즈 배열체를 더 포함한다.
25. 조항 24에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 출력 광학 렌즈 배열체의 위치 및/또는 배향이 광대역 출력의 위치 및/또는 배향을 최적화하기 위해 조정 가능하도록 작동 가능하다.
26. 조항 1 내지 25 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 조립체는 다중-코어 다중-구조화된 섬유를 포함하며, 상기 광섬유 각각은 미세-구조화된 섬유 코어를 포함한다.
27. 조항 1 내지 26 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 조립체는 상기 복수의 광섬유를 지지하는 지지 부분을 포함한다.
28. 조항 1 내지 27 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유는 1차원 또는 2차원 선형 어레이로 배열된다.
29. 조항 1 내지 27 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유는 단일 링 또는 복수의 동심 링을 포함하는 링 배열체로 배열된다.
30. 조항 1 내지 29 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스는 입력 방사선의 빔을 제공하도록 구성된 펌프 방사선 소스를 더 포함한다.
31. 조항 1 내지 25 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 조립체는;
함께 스택된 복수의 광섬유를 유지시키도록 구성된 섬유 홀더; 및
복수의 섬유가 안정적으로 클램핑되도록 복수의 광섬유에 적어도 하나의 클램핑력을 가하도록 구성된 적어도 하나의 섬유 클램프를 포함하며;
복수의 광섬유의 각각은 2개의 접촉 지점에 의해 지지되고 섬유를 지지하는 2개의 접촉 지점 중간에 형성된 선을 교차하는 힘 벡터를 받는다.
32. 조항 31에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 각 광섬유가 받는 힘 벡터는 적어도 하나의 클램핑력으로부터 직접적으로 발생하거나 하나 이상의 접촉하는 광섬유를 통해 전달되는 하나 이상의 힘 벡터로부터 발생한다.
33. 조항 31 또는 32 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 홀더는 다중-레벨 구조체를 포함하며, 하부 레벨에서의 2개의 서로를 향하는 내부 벽 사이의 거리는 상부 레벨에서의 거리보다 작고, 각 레벨의 2개의 서로를 향하는 내부 벽은 동일 레벨의 베이스에 실질적으로 수직이다.
34. 조항 33에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 홀더의 다중-레벨 구조체는 다중-레벨 섬유 스택의 결과를 가져오며, 또한 동일 스태킹 레벨에서 임의의 2개의 인접한 광섬유 사이의 중심 거리는 최하부 섬유 레벨에서 최상부 섬유 레벨까지 섬유 레벨마다 감소한다.
35. 조항 34에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 홀더의 최하부 레벨은 2개의 광섬유를 유지시키며, 2개의 광섬유 사이의 중심 거리는 복수의 광섬유의 직경보다 1.5 내지 1.9, 1.6 내지 1.8, 1.65 내지 1.75, 또는 1.69 내지 1.71배만큼 크다.
36. 조항 35에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 다중-레벨 구조체는 제1 레벨 및 제2 레벨을 포함하고, 제1 레벨은 제2 레벨보다 낮으며, 추가로, 제1 레벨의 2개의 서로를 향하는 내부 벽 사이의 거리는 섬유 직경보다 2.5 내지 2.9, 2.6 내지 2.8, 2.65 내지 2.75 또는 2.69 내지 2.71배만큼 더 크고, 제2 레벨의 2개의 서로를 향하는 내부 벽 사이의 거리는 섬유 직경보다 3.5 내지 3.9, 3.6 내지 3.8, 3.65 내지 3.75 또는 3.69 내지 3.71배 더 크다.
37. 조항 31 내지 36 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 다수의 광섬유의 직경은 10㎛ 내지 1000㎛의 범위 내에 있다.
38. 조항 31 내지 37 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 적어도 하나의 클램핑력은 복수의 광섬유의 각각이 제 위치에 견고하게 고정될 수 있도록 충분히 강하며, 복수의 광섬유 중 임의의 것에 의해 허용되는 최대 힘을 초과하지 않는다.
39. 조항 38에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 최대 힘은 복수의 광섬유 중 임의의 것의 특성들 중 적어도 하나를 변경시키는 힘이다.
40. 조항 31 내지 39 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 각 광섬유의 상기 2개의 접촉 지점 사이에서 규정된 지지 각도는 60° 내지 120°의 범위 내에 있다.
41. 조항 33에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 홀더의 다중-레벨 구조체는 다중-레벨 섬유 스택의 결과를 가져오며, 초래하며, 추가로 적어도 하나의 클램핑력은 다중-레벨 섬유 스택의 최상부에 위치된 2개의 광섬유에 각각 가해지는 2개의 클램핑력을 포함한다.
42. 조항 41에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유의 각각은 다음의,
섬유 홀더의 내부 벽과 베이스에 의해 지지되는 각 광섬유에 대해, 광섬유에 의해 영향을 받는 힘 벡터와 섬유 홀더의 베이스에 실질적으로 수직인 방향 사이에 형성된 각도가 35° 내지 55°의 범위에 있는 조건; 그리고
또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 각 광섬유에 대해, 광섬유에 의해 영향을 받는 힘 벡터와 광섬유 홀더의 베이스에 실질적으로 수직인 방향 사이에 형성된 각도가 25° 내지 65°의 범위에 있는 조건을 충족하도록 배열된다.
43. 조항 42에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유의 각각은 섬유 홀더의 내부 벽과 베이스 모두에 의해 각각 지지되는 임의의 2개의 인접한 광섬유가 물리적으로 분리된다는 추가 조건을 충족하도록 배열된다.
44. 조항 43에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 임의의 2개의 광섬유는 1㎛ 이상의 거리만큼 분리된다.
45. 조항 42 내지 44 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 복수의 광섬유의 각각은 임의의 상부 레벨 베이스가 복수의 광섬유의 반경보다 큰 폭을 갖는다는 추가 조건을 충족하도록 배열된다.
46. 조항 45에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 임의의 상부 레벨 베이스의 폭과 복수의 광섬유의 반경 사이의 차이는 15㎛ 이상이다.
47. 조항 41 내지 46 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 2개의 클램핑력은 실질적으로 동일한 크기를 갖는다.
48. 조항 1 내지 25 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 섬유 조립체는 복수의 광섬유의 적어도 제1 종단 섹션 및 제2 종단 섹션을 둘러싸는 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브를 포함하며; 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브는 상기 복수의 광섬유의 상기 적어도 제1 종단 섹션 및 제2 종단 섹션에 클램핑력을 가하도록 구성된다.
49. 조항 48에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브는 2개의 개별 열 수축 섬유 튜브를 포함하며, 각 개별 열 수축 섬유 튜브는 복수의 광섬유의 상기 제1 종단 섹션과 상기 제2 종단 섹션 중 각각의 하나를 클램핑하도록 구성된다.
50. 조항 48에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브는 복수의 광섬유의 전체 길이를 덮도록 구성된 단일 열 수축 섬유 튜브를 포함한다.
51. 조항 48 내지 50 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브는 복수의 광섬유의 융점보다 낮은 융점을 갖는 재료를 포함한다.
52. 조항 51에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 재료는 보로실리케이트이다.
53. 조항 48 내지 52 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각은 복수의 광섬유의 적어도 일부와 직접 접촉하는 내부 채널을 포함한다.
54. 조항 53에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각의 내부 채널은 원형 횡단면을 포함한다.
55. 조항 53에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각의 내부 채널은 횡단면에서 복수의 코너를 포함하며, 각각은 2개의 접촉 지점을 통해 복수의 광섬유 중 하나를 지지한다.
56. 조항 55에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각의 내부 채널은 다각형 횡단면을 포함한다.
57. 조항 55에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각의 내부 채널은 규칙적인 또는 불규칙한 다각형 형상 또는 원형 영역과 코너를 모두 포함하는 불규칙한 형상을 갖고 있다.
58. 조항 53 내지 57 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 각각은 복수의 광섬유가 클램핑되는 중심 구조체를 더 포함한다.
59. 조항 58에서 규정된 바와 같은 광대역 방사선 소스 디바이스에서, 중심 구조체는 복수의 내부 고정 요소에 의해 상기 적어도 하나의 열 수축 섬유 튜브의 내부 채널에 고정식으로 연결되며, 내부 고정 요소의 각각은 중심 구조체를 내부 채널의 에지에 연결한다.
60. 계측 디바이스는 조항 1 내지 59 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 광대역 광원 디바이스를 포함한다.
61. 조항 60에서 규정된 바와 같은 계측 디바이스는 스캐터로미터 계측 장치, 레벨 센서 또는 정렬 센서를 포함한다.
62. 광대역 방사선을 생성하는 방법은,
펌프 소스로부터 입력 방사선을 방출하는 것;
복수의 광섬유의 선택된 서브세트에 의해 입력 방사선을 받아들이는 것; 및
복수의 광섬유의 선택된 서브세트로부터 광대역 출력을 생성하는 것을 포함한다.
63. 조항 62에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 광섬유의 각각은 중공 코어 광결정 섬유를 포함한다.
66. 조항 62 또는 63 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 방법에서, 서브세트는 상기 복수의 광섬유 중 단일 광섬유를 포함한다.
65. 조항 64에서 규정된 바와 같은 방법은 받아들이는 단계 및 생성 단계를 위해 상기 복수의 광섬유 중 또 다른 광섬유로 스위칭하는 것을 포함한다.
66. 조항 65에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 스위칭 단계는 상기 생성하는 것을 위하여 광섬유가 교체가 필요한 것으로 간주될 때 유사한 광섬유로 스위칭하는 것을 포함한다.
67. 조항 65 또는 66 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 생성하는 것을 위하여 사용되는 광섬유는 광대역 출력의 파워가 임계값 레벨 아래로 떨어질 때 교체가 필요한 것으로 간주된다.
68. 조항 65 내지 67 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 스위칭 단계는 적어도 하나의 상이한 방사 특성을 갖도록 상기 광대역 출력을 생성하기 위하여 적어도 하나의 상이한 섬유 특성을 갖는 광섬유로 스위칭하는 것을 포함한다.
69. 조항 67에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 적어도 하나의 상이한 방사선 특성은 상이한 스펙트럼 범위를 포함한다.
70. 조항 62 내지 69 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 방법에서, 상기 스위칭 단계는,
입력 방사선에 대해 섬유 조립체를 이동시키는 것; 및
섬유 조립체에 대해 입력 방사선을 이동시키는 것 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다.
71. 복수의 광섬유를 기계적으로 클램핑하는 방법은:
섬유 스택을 형성하기 위해 복수의 광섬유를 유지시키는 것; 및
복수의 광섬유가 안정적으로 클램핑되도록 복수의 광섬유에 적어도 하나의 클램핑력을 가하는 것을 포함하며,
복수의 광섬유의 각각은 2개의 접촉 지점에 의해 지지되고
섬유를 지지하는 2개의 접촉 지점 중간 형성된 선을 교차하는 힘 벡터를 받는다.
72. 조항 71에서 규정된 바와 같은 방법에서, 동일 스태킹 레벨에서 임의의 2개의 인접한 광섬유 사이의 중심 거리는 최하부 섬유 레벨에서 최상부 섬유 레벨까지 섬유 레벨마다 감소한다.
73. 조항 60 또는 61 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 방법은 다음의,
섬유 홀더의 내부 벽과 베이스에 의해 지지되는 각 광섬유에 대해, 광섬유에 의해 영향을 받는 힘 벡터와 섬유 홀더의 베이스에 실질적으로 수직인 방향 사이에 형성된 각도가 35° 내지 55°의 범위에 있는 조건; 그리고
또 다른 2개의 광섬유에 의해 지지되는 각 광섬유에 대해, 광섬유에 의해 영향을 받는 힘 벡터와 광섬유 홀더의 베이스에 실질적으로 수직인 방향 사이에 형성된 각도가 25° 내지 65°의 범위에 있는 조건을 충족하도록 복수의 광섬유의 각각을 배열시키는 것을 더 포함한다.
74. 적어도 하나의 열 수축성 섬유 튜브에 의해 복수의 광섬유를 클램핑하는 방법은:
복수의 광섬유의 양 종단 섹션을 적어도 하나의 열 수축성 섬유 튜브 내로 배치하는 것;
상기 적어도 하나의 열 수축성 섬유 튜브가 수축되도록 하기 위하여 적어도 하나의 열 수축성 섬유 튜브를 가열하는 것; 및
상기 적어도 하나의 열 수축성 섬유 튜브의 각 종단 표면이 복수의 광섬유의 종단 표면과 실질적으로 동일 평면이 되도록 상기 적어도 하나의 수축성 섬유 튜브를 절단하는 것을 포함한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에서의 리소그래피 장치의 사용에 대한 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 다른 적용을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 가능한 다른 적용은 통합형 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 플랫 패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예에 대한 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼 (또는 다른 기판) 또는 마스크 (또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이 장치는 일반적으로 리소그래피 툴로 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변 (비진공) 조건을 이용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예의 이용에 대한 특정 참조가 위에서 이루어질 수 있었지만, 문맥이 허용하는 한 본 발명은 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 다른 적용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 이용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 아래에 제시되는 청구범위의 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있다는 것은 본 기술 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다.
Claims (15)
- 광대역 방사선 소스 디바이스에 있어서,
각각이 가스 매질로 채워진 복수의 광섬유를 포함하는 섬유 조립체를 포함하며,
상기 광대역 방사선 소스 디바이스는, 임의의 한 시간에 상기 복수의 광섬유의 한 서브세트만으로부터 광대역 출력을 생성하도록 상기 광섬유의 서브세트들이 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위해 독립적으로 선택 가능하도록 작동 가능한 광대역 방사선 소스 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 광대역 방사선 소스 디바이스는 상기 복수의 광섬유 중 임의의 하나가 입력 방사선의 빔을 받아들이기 위하여 하나씩 선택 가능하도록 작동 가능한 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광섬유의 각각은 중공 코어 광결정 섬유를 포함하는 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
입력 방사선의 빔을 다수의 입력 빔으로 공간적으로 분할하도록 작동 가능한 빔 분할 배열체,
상기 다수의 입력 빔의 각각을 광섬유의 상기 서브세트의 개개의 광섬유로 집속하기 위한 집속 배열체를 포함하는 광대역 방사선 소스 디바이스. - 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 광대역 출력이 임의의 한 시간에 상기 복수의 광섬유 중 하나만으로부터 생성되도록 작동 가능한 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광섬유는 실질적으로 동일한 섬유 특성을 갖는 2개 이상의 섬유를 포함하는 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광섬유는 상이한 섬유 특성을 갖는 2개 이상의 섬유를 포함하며, 선택적으로 상이한 섬유 특성을 갖는 상기 2개 이상의 섬유 중 일부 또는 각각은 상이한 스펙트럼 범위에서 상기 광대역 출력을 생성하도록 구성된 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광섬유는 함께 스택되고 기계적 클램핑되고, 함께 융합(fused) 또는 용접되는 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 조립체는 상기 복수의 광섬유 및 가스 매질을 둘러싸는 가스 셀을 더 포함하는 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광섬유 중 상이한 하나의 광섬유가 선택되는 것을 허용하기 위하여 상기 섬유 조립체는 입력 방사선의 빔에 대해 이동 가능하도록 구성된 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 광섬유 중 상이한 하나의 광섬유가 선택되는 것을 허용하기 위하여 입력 방사선의 빔은 상기 섬유 조립체에 대해 이동 가능하도록 구성된 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광대역 출력을 시준하도록 구성된 출력 광학 렌즈 배열체를 더 포함하는 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광섬유는 1차원 또는 2차원 선형 어레이로 배열되거나 상기 복수의 광섬유는 단일 링 또는 복수의 동심 링을 포함하는 링 배열체로 배열된 광대역 방사선 소스 디바이스.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 광대역 광원 디바이스를 포함하는 계측 디바이스.
- 광대역 방사선을 생성하는 방법에 있어서,
펌프 소스로부터 입력 방사선을 방출하는 것;
복수의 광섬유의 선택된 서브세트에 의해 상기 입력 방사선을 받아들이는 것; 및
상기 복수의 광섬유의 선택된 서브세트로부터 광대역 출력을 생성하는 것을 포함하는 광대역 방사선 생성 방법.
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