TW201640246A - 光學源之波長穩定化 - Google Patents

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Abstract

判定自一光學源發射之一第一脈衝子集中之每一脈衝之一波長誤差，該波長誤差為一特定脈衝之一波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號，該逐脈衝校正信號包括與該第一脈衝子集中之每一脈衝相關聯之一校正信號；及將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至自該光學源發射之一第二脈衝子集中之每一脈衝，其中將一校正施加至該第二脈衝子集中之一脈衝會縮減該第二脈衝子集中之該脈衝之該波長誤差。

Description

光學源之波長穩定化
所揭示主題係關於光學源之波長穩定化。
光微影為用來將半導體電路圖案化於諸如矽晶圓之基板上的程序。光微影光源提供用以曝光晶圓上之光阻的深紫外線(deep ultraviolet；DUV)光。用於光微影之DUV光係由準分子光源產生。常常，光源為雷射源，且脈衝式光束為脈衝式雷射光束。將光束傳遞通過光束遞送單元、比例光罩及光罩，且接著投影至經製備之矽晶圓上。以此方式，將晶片設計圖案化至光阻上，光阻接著被蝕刻及清潔，且接著重複該程序。
在一個一般態樣中，接收自一光學源發射之一脈衝式光束，該脈衝式光束包括至少一第一光脈衝叢發及一第二光脈衝叢發，該第一脈衝叢發包括一第一脈衝子集且該第二脈衝叢發包括一第二脈衝子集；判定該第一脈衝子集中之每一脈衝之一波長誤差，該波長誤差為一特定脈衝之一波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號，該逐脈衝校正信號包括與該第一脈衝子集中之每一脈衝相關聯之一校正信號；及將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝。將一校正施加至該第二脈衝子集中之一脈衝會縮減該第二脈衝子集中之該脈衝之該波長 誤差。
實施方案可包括以下特徵中之一或多者。基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號可包括判定該第一脈衝叢發中之每一脈衝之一電壓信號，且將一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝可包括將該電壓信號施加至耦接至一光學元件之一致動器，該光學元件與該等脈衝之該第二子集中之該等脈衝相互作用。該光學元件可回應於將該電壓信號施加至該致動器而移動，藉此改變與該光學元件相互作用之一脈衝之該波長。
該第一脈衝子集可包括該第一光脈衝叢發中之不到全部的該等光脈衝，且該第二脈衝子集可包括該第二光脈衝叢發中之不到全部的該等光脈衝。該第一脈衝子集可包括該第一脈衝叢發中之初始N個脈衝，且該第二脈衝子集可包括該第二脈衝叢發中之初始N個脈衝。
可濾波該經判定逐脈衝校正信號。濾波該經判定逐脈衝校正信號可包括將一低通濾波器應用於該經判定逐脈衝校正信號，且該低通濾波器可包括縮減與大於一頻率臨限值之一頻率相關聯的該逐脈衝校正信號之部分的一濾波器。濾波該經判定逐脈衝校正信號可包括將一低通濾波器應用於一經判定波長誤差信號，其中該經判定波長誤差信號包括該第一脈衝叢發中之每一脈衝之該波長誤差。該第一光脈衝叢發與該第二光脈衝叢發可被分離一時間週期，且可在該時間週期期間判定該逐脈衝校正信號。可在該時間週期期間判定一經濾波逐脈衝校正信號。該第二光脈衝叢發可發生於該第一光叢發之後，且在一些實施方案中，僅在該第一光叢發發生之後才判定該逐脈衝校正信號。
一或多個叢發可發生於該第一叢發與該第二叢發之間，使得該第一叢發與該第二叢發在時間上非連續。該第一光脈衝叢發可為在時間上緊接地先於該第二光脈衝叢發之該叢發。
該脈衝式光束可包括一第三光脈衝叢發，該第三脈衝叢發包括 一第三脈衝子集，且可在施加該校正之後判定該第二脈衝子集中之每一脈衝之該波長誤差，可比較每一脈衝之該波長誤差與一上限臨限值及一下限臨限值，且若臨限數目個脈衝之該波長誤差大於該上限臨限值或小於該下限臨限值，則可基於該判定該第二脈衝子集中之每一脈衝之該波長誤差來判定該第二脈衝子集之一逐脈衝校正信號，且可將基於該第二脈衝子集之該逐脈衝校正信號之一校正施加至該第三脈衝子集中之每一脈衝。
在一些實施方案中，可判定該第二光脈衝叢發中之複數個脈衝之一波長誤差，可存取表示該光學源中之一次級擾動之一模型，可存取表示該致動器之動力學之一模型，且可基於該第二光脈衝叢發中之該複數個脈衝之該經判定波長誤差以及該次級擾動之該模型及表示該致動器之動力學之該模型中的一或多者來判定一第二校正信號。將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝可進一步包括將該第二校正信號施加至該第二脈衝子集中之該等脈衝中之至少一些。該校正可基於該經判定逐脈衝校正信號與該第二校正信號在施加至該第二脈衝子集中之該等脈衝之前相加。
可判定該第一脈衝子集中之每一脈衝之該波長。
在一個一般態樣中，接收自一光學源發射之一脈衝式光束，該脈衝式光束包括至少一第一光脈衝叢發及一第二光脈衝叢發，該第一脈衝叢發與該第二脈衝叢發在時間上被分離，且該第一脈衝叢發及該第二脈衝叢發中之每一者包括隨著操作條件而變化之一瞬態波長誤差；判定該第一脈衝叢發中之兩個或兩個以上脈衝之一波長誤差，一特定脈衝之該波長誤差為該特定脈衝之波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定該第一光脈衝叢發中之該瞬態波長誤差，基於該經判定瞬態波長誤差來判定一校正信號，且將基於該校正信號之一校正施加至該第二光脈衝叢發之該等脈衝中之至少一些。與 該第一脈衝叢發中之該瞬態波長誤差相比較，施加該校正會縮減該第二脈衝叢發中之該瞬態波長誤差。
實施方案可包括以下特徵中之一或多者。隨著操作條件而變化之該瞬態波長誤差可在依據一給定操作條件集合所產生之脈衝叢發當中實質上不變。該瞬態波長誤差可起因於發射該脈衝式光束之該光學源之一腔室內之一聲學事件。該瞬態波長誤差的特徵可為一二階或三階系統之一脈衝回應。該第一脈衝子集可包括該第一光脈衝叢發中之不到全部的該等脈衝，且該第二脈衝子集包括該第二光脈衝叢發中之不到全部的該等脈衝。
在一個一般態樣中，一種光系統包括：一光學源，其經組態以發射一光束，該光束包括被分離時間週期之叢發，每一叢發包括以一時間重複率發生之光脈衝；一線中心分析模組，其經組態以量測該等光叢發中之該等光脈衝之一波長；及一控制器，其經組態成以該時間重複率接收該波長之該量測。該控制器包括：一回饋模組，其經組態以判定一回饋校正信號以補償一第一脈衝叢發中之一特定脈衝之波長誤差，該回饋校正信號係基於該第一叢發中之一較早發生脈衝之一波長誤差；一前饋穩定化模組，其經組態以基於一較早發生叢發中之一對應脈衝來判定一前饋校正信號以補償該第一脈衝叢發中之該特定脈衝之波長誤差；一或多個電子處理器，其耦接至包括指令之一非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在被執行時致使該一或多個電子處理器進行以下操作：組合該特定叢發之該前饋校正信號與該特定叢發之該回饋信號以形成該特定叢發之一經組合校正信號，及將該經組合校正信號提供至該光學源以縮減該第一叢發中之該特定脈衝之該波長誤差。
上文所描述之技術中之任一者之實施方案可包括：一種方法；一種程序；一種器件；儲存於一電腦可讀媒體上之可執行指令；一種包括一電子處理器及一電腦可讀媒體之控制器，該控制器經組態以控 制產生光脈衝叢發之一光源；或一種裝置。以下隨附圖式及描述中闡述一或多個實施方案之細節。其他特徵將自描述及圖式以及自申請專利範圍顯而易見。
100‧‧‧光微影系統
105‧‧‧光源
115‧‧‧微影曝光裝置
120‧‧‧晶圓
125‧‧‧投影光學系統
150‧‧‧控制系統
160‧‧‧光束
200‧‧‧光微影系統
205‧‧‧光源
212‧‧‧主控振盪器(MO)
213‧‧‧放電區
214‧‧‧放電腔室
216‧‧‧線窄化模組
217‧‧‧電極
218‧‧‧輸出耦合器
219‧‧‧增益介質
220‧‧‧線中心分析模組
222‧‧‧光束修改光學系統
224‧‧‧種子光束
230‧‧‧功率放大器(PA)
232‧‧‧光束修改光學系統
240‧‧‧放電腔室
241‧‧‧電極
252‧‧‧光束轉向光學元件
260‧‧‧脈衝式光束/輸出光束
262‧‧‧頻寬分析模組
300‧‧‧晶圓曝光信號
305‧‧‧高值
310‧‧‧低值
315‧‧‧閘信號
320‧‧‧高值
325‧‧‧低值
330‧‧‧觸發信號
335‧‧‧高值
340‧‧‧低值
400‧‧‧光學系統
405‧‧‧光源
414‧‧‧放電腔室
416‧‧‧線窄化模組
417‧‧‧電極
418‧‧‧輸出耦合器
419‧‧‧增益介質
420‧‧‧線中心分析模組
421‧‧‧風扇
424‧‧‧脈衝式光束
442‧‧‧光學元件
444‧‧‧致動器
450‧‧‧控制系統
452‧‧‧電子處理器
456‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
457‧‧‧前饋校正信號/逐脈衝校正信號
458‧‧‧信號
459‧‧‧波長資訊之先前例項
460‧‧‧前饋穩定化模組
461‧‧‧電子儲存體
462‧‧‧學習定律模組
464‧‧‧低通濾波器模組
500‧‧‧光學系統
502‧‧‧回饋路徑
503‧‧‧前饋路徑
550‧‧‧控制系統
551‧‧‧估計模組
555‧‧‧致動控制件
557‧‧‧回饋校正信號
559‧‧‧校正信號
561‧‧‧電子儲存體
580‧‧‧狀態空間動態模型
582‧‧‧波長估計模組
584‧‧‧致動器動力學模組
585‧‧‧更新模組
586‧‧‧次級擾動模組
588‧‧‧窄頻擾動模組
600‧‧‧程序
605‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
615‧‧‧步驟
620‧‧‧步驟
700A‧‧‧逐脈衝校正信號
700B‧‧‧逐脈衝校正信號
700C‧‧‧逐脈衝校正信號
700D‧‧‧逐脈衝校正信號
800A‧‧‧波長誤差
800B‧‧‧波長誤差
800C‧‧‧波長誤差
800D‧‧‧波長誤差
801A‧‧‧叢發
801B‧‧‧叢發
801C‧‧‧叢發
801D‧‧‧叢發
802‧‧‧下限
803‧‧‧上限
804‧‧‧脈衝
905‧‧‧曲線
906‧‧‧初始叢發瞬態
910‧‧‧曲線
圖1為例示性光微影系統之方塊圖。
圖2為另一例示性光微影系統之方塊圖。
圖3為用以控制為光微影系統之部件的光學源之例示性信號的跡線。
圖4A為包括光源及前饋控制系統之例示性光學系統的方塊圖。
圖4B為例示性前饋穩定化模組之方塊圖。
圖5A為包括光源及具有前饋路徑及回饋路徑之控制系統的例示性光學系統之方塊圖。
圖5B為可包括於圖5A之回饋路徑中的例示性估計模組之方塊圖。
圖6為用於補償光束中之波長誤差的例示性程序之流程圖。
圖7A至圖7D為例示性逐脈衝校正信號。
圖8A至圖8D為例示性逐脈衝波長誤差。
圖9為雷射之例示性模擬波長誤差資料的標繪圖。
本發明揭示用於補償光源中或對光源之物理效應或擾動之技術，該物理效應或擾動會對由該光源產生之光之波長造成改變。
光源產生包括被分離不產生光之週期之叢發的脈衝式光束，且每一光叢發包括複數個光脈衝。下文所論述之技術提供可在脈衝式光束中之至少一些叢發當中可重複或不變之擾動之效應的補償。可在光源之操作期間出現之聲學瞬態(例如，由於光源產生脈衝叢發)為可重複擾動之實例。此等聲學瞬態可表現為光源之增益介質中之密度擾動 及/或變化，因此影響由光源產生之光之波長。波長變化之性質可隨著不同源而變化，且亦可在特定源之操作期間變化。
下文所論述之技術可藉由量測由源產生之光之波長、基於經量測波長來判定校正(例如，校正信號)且將校正施加至由源產生之後續光脈衝叢發(在時間上較晚發生之脈衝叢發)而補償可重複擾動之效應。以此方式，該技術為前饋的且反覆地及漸進地學習存在於特定光源中之擾動之特性，從而提供補償波長變化而不需要光源之幾何形狀或操作條件之先前知識的能力。另外，由於性質上為前饋的，故針對由此等可重複擾動造成之波長變化的補償獨立於可發生於量測波長之設備中的延遲。另外，可經由光源之以軟體為基礎之電子控制且在不需要對光源之放電腔室之物理改變的情況下達成該補償。
在一些實施方案中，前饋技術可與以回饋方式控制由光源產生之光之波長的其他技術一起使用。
參看圖1，光微影系統100包括將光束160提供至晶圓120之光學(或光)源105。光微影系統100亦包括收納晶圓120之微影曝光裝置115。微影曝光裝置115包括投影光學系統125。藉由(例如)將輻射敏感光阻材料層沈積於晶圓120上且運用光束160來曝光經遮蔽光阻層而將微電子特徵形成於晶圓120上。微影曝光裝置115可為液體浸潤系統或乾式系統。系統100亦包括控制光自光源105之發射的控制系統150。
光束160可包括圍繞一中心波長而分佈之複數個波長或一波長帶。中心波長之所要值被稱作目標波長。為可由系統100印刷於晶圓120上之最小特徵大小的臨界尺寸(CD)取決於光束160之波長。如下文所論述，為了針對印刷於晶圓120上及由系統100曝光之其他晶圓上之微電子特徵維持均一CD，光束160之中心波長應保持於目標波長處或圍繞目標波長之波長範圍內。目標波長與光束160之實際或經量測波 長之間的差為波長誤差。最小化(或縮減)波長誤差以保持於一值範圍或一誤差界限內可藉由(例如)維持光束160之較均一波長來改良系統100之效能。當光束160之波長誤差在該值範圍內時，光束160之波長可被視為穩定化。
如下文較詳細地所論述，控制系統150使用前饋技術以縮減光束160之波長變化，藉此改良光束160之波長穩定性。控制系統150針對光源105中產生造成光束160之波長改變之可重複擾動的物理效應提供電子補償或以軟體為基礎之補償。可在光學源105之放電腔室中出現之聲波為可影響及改變光束160之波長的此物理效應之實例。另外，控制系統150可補償光源105所特有之物理效應，而無需該物理效應或該物理效應對光束160之波長的影響之細節的先前知識。在一些實施方案中，控制系統150亦包括互補回饋技術。
亦參看圖2，展示例示性光微影系統200之方塊圖。在系統200中，例示性光源205用作光源105(圖1)。光源205產生提供至微影裝置115之脈衝式光束260。光源205可為(例如)輸出脈衝式光束260(其可為雷射光束)之準分子光源。隨著脈衝式光束260進入微影裝置115，其被導向通過投影光學系統125且投影至晶圓120上。以此方式，將一或多個微電子特徵圖案化至晶圓120上之光阻上，該光阻接著被蝕刻及清潔，且重複該程序。
系統200亦包括控制系統150，在圖2之實例中，控制系統150連接至光源205之組件以及連接至微影曝光裝置115以控制系統200之各種操作。控制系統150與光源205相互作用，使得光束260之波長誤差維持於誤差界限內。
在圖2所展示之實例中，光源205為雙級雷射系統，其包括將種子光束224提供至功率放大器(PA)230之主控振盪器(MO)212。主控振盪器212使能夠在由功率放大器230放大至約10至15毫焦耳(mJ)之相 對低輸出脈衝能量(例如，1至1.5mJ之脈衝能量)下微調諸如中心波長及頻寬之參數。功率放大器230自主控振盪器212接收種子光束224，且放大種子光束224以產生光束260以用於微影裝置115中。
主控振盪器212包括放電腔室214，其具有兩個細長電極217、為氣體混合物之增益介質219，及用於使氣體在電極217之間循環之風扇。諧振器形成於放電腔室214之一個側上的線窄化模組216與放電腔室214之第二側上的輸出耦合器218之間。線窄化模組216可包括繞射光學件，諸如微調放電腔室214之光譜輸出的光柵。主控振盪器212亦包括自輸出耦合器218接收輸出光束之線中心分析模組220，及按需要而修改輸出光束之大小或形狀以形成種子光束224之光束修改光學系統222。線中心分析模組220為可用以量測或監測種子光束224之波長的量測系統。線中心分析模組220可置放於光源205中之其他部位處，或其可置放於光源205之輸出處。
用於放電腔室214中之氣體混合物可為適合於產生在應用所需要之波長及頻寬下之光束的任何氣體。舉例而言，對於準分子源，除了作為緩衝氣體之氦及/或氖以外，氣體混合物亦可含有諸如(例如)氬、氪或氙之惰性氣體(稀有氣體)及諸如氟或氯之鹵素。氣體混合物之特定實例包括發射在約193nm之波長下之光的氟化氬(ArF)、發射在約248nm之波長下之光的氟化氪(KrF)，或發射在約351nm之波長下之光的氯化氙(XeCl)。藉由將電壓施加至細長電極217而在高電壓放電中運用短(例如，奈秒)電流脈衝來泵浦準分子增益介質(氣體混合物)。
功率放大器230包括光束修改光學系統232，其自主控振盪器212接收種子光束224且將該光束導向通過放電腔室240，且導向至光束轉向光學元件252，光束轉向光學元件252修改或改變種子光束224之方向，使得種子光束224發送回至放電腔室240中。
放電腔室240包括一對細長電極241、為氣體混合物之增益介質219，及用於使氣體混合物在電極241之間循環之風扇。
輸出光束260經導向通過頻寬分析模組262，其中可量測光束260之各種參數(諸如頻寬或波長)。輸出光束260亦可經導向通過脈衝拉伸機，其中(例如)在光學延遲單元中在時間上拉伸輸出光束260之每一脈衝以調整照射微影裝置115之光束之效能屬性。
控制系統150連接至光源205之各種組件。舉例而言，控制系統150分別耦接至主控振盪器212及功率放大器230內之電極217、241，以用於控制主控振盪器212及功率放大器230之各別脈衝能量，且亦用於控制範圍可介於約500與12,000Hz或更大之間的脈衝重複率。控制系統150因此運用脈衝及劑量能量之回饋及/或前饋控制而相對於彼此重複地觸發主控振盪器212之腔室中的放電及功率放大器230之腔室中的放電。重複脈衝式光束260可具有介於幾瓦特與數百瓦特之間(例如，自約40W至約200W)的平均輸出功率。輸出處之光束260之輻照度(亦即，每單位面積之平均功率)可為至少約60W/cm2或至少約80W/cm2。
可在標稱脈衝重複率及標稱脈衝能量下以100%作用區間循環(亦即，光源205之主控振盪器212及功率放大器230中的電極之連續啟動)來計算光源205之輸出功率。因此，舉例而言，在6000Hz之標稱脈衝重複率及15mJ之標稱脈衝能量下，光源205之輸出功率(其為光束260之功率)為90W。作為另一實例，在6000Hz之標稱脈衝重複率及20mJ之標稱脈衝能量下，光源205之輸出功率(其為光束260之功率)為120W。
另外，控制系統150藉由將一或多個信號發送至光源205來控制何時光源205發射一光脈衝或包括一或多個光脈衝之一叢發。光束260可包括在時間上被彼此分離之一或多個叢發。每一叢發可包括一或多 個光脈衝。在一些實施方案中，一叢發包括數百個脈衝，例如，100至400個脈衝。
亦參看圖3，控制系統150可經組態以將晶圓曝光信號300發送至光源205以控制光源205來將晶圓120曝光至光束260。晶圓曝光信號300可在晶圓120被曝光時具有高值305(例如，1)且在晶圓120未被曝光時具有低值310(例如，0)。另外，控制系統150將閘信號315發送至光源205。閘信號315在脈衝叢發期間具有高值320(例如，1)且在順次叢發之間的時間期間具有低值325(例如，0)。控制系統150亦將觸發信號330發送至光源205。觸發信號330在光源205之每一脈衝期間具有高值335(例如，1)且針對每一順次脈衝之間的時間具有低值340(例如，0)。
如上文所論述，當藉由將電壓施加至電極217來泵浦增益介質219時，增益介質219發射光。當將電壓以脈衝形式施加至電極217時，自介質219發射之光亦為脈衝式。因此，脈衝式光束260之重複率係由電壓被施加至電極217的速率判定，其中每一電壓施加產生一光脈衝。舉例而言，觸發信號330可用以控制電壓至電極217之施加及脈衝之速率。光脈衝傳播通過增益介質219且通過輸出耦合器218而退出腔室214。因此，藉由將電壓週期性重複地施加至電極217而產生脈衝列。
藉由將電壓施加至電極217而產生之放電亦可在腔室214中產生聲波。此等聲波可在腔室214中傳播且可自腔室214之壁反射。聲波及/或聲波之反射可在增益介質中產生壓力鋒(pressure front)。由電極217之較早放電產生的聲波之反射可在電極217正放電以產生後續光脈衝的時間存在於電極217之間的放電區213中。以此方式，經反射聲波可偏轉後續光脈衝。
因為光脈衝之波長取決於光與繞射光學件(諸如線窄化模組216) 相互作用的角度，所以偏轉後續光脈衝使得光在腔室214中傳播的角度被修改會改變光脈衝之波長。因此，聲波及聲波自腔室壁之反射可造成脈衝式光束260之波長誤差增加。由腔室214中之聲波造成的偏轉取決於腔室214之幾何形狀、腔室214之製造公差、腔室214之溫度，及可在不同光源之間變化及/或可隨著光源之操作條件而變化的其他因素。對於叢發之最初幾個脈衝，壓力鋒非常明顯，從而引起增加波長誤差之叢發聲學瞬態的開始。叢發聲學瞬態之此開始及其對脈衝式光束260之波長的影響針對相同操作條件具有自一個叢發至下一叢發之最初幾個脈衝的可重複剖面。在幾個脈衝之後，此等壓力鋒變得雜亂且由於其對波長誤差之影響而促成波長誤差中之雜訊，而非具有清晰的可重複剖面。此聲學瞬態對脈衝式光束260之波長的確切影響可通常僅以實驗方式予以準確地判定、不可能為預先已知，且可在光源205之操作期間變化。
控制系統150補償在光源205之操作期間出現的此可重複波長誤差而不要求關於電流叢發中之波長誤差或其起因的資訊為預先已知，只要該波長誤差為叢發不變(換言之，該波長誤差對於脈衝式光束260中之至少兩個叢發中之脈衝而言相同或相似)即可。另外，控制系統150使用自較早發生脈衝叢發中之脈衝之波長資料判定的資訊來逐脈衝地補償叢發中之脈衝之波長誤差。
參看圖4A，展示例示性光學系統400之方塊圖。光學系統400包括發射光束424之光源405，及控制系統450。控制系統450可用作系統100(圖1)及系統200(圖2)中之控制系統150。光源405可相似於光源105(圖1)或光源205(圖2)。
光束424包括叢發及在每一叢發內之光脈衝。光脈衝係以光源405之重複率而產生，且叢發被分離不自該光源發射光脈衝的時間週期。
控制系統450經由信號458而自線中心分析模組420接收關於脈衝叢發中之脈衝之波長的資訊，且藉由將校正信號457(其亦被稱作逐脈衝校正信號或前體校正信號)提供至光源405而將光束424之波長誤差縮減至可接受的範圍內。控制系統450包括判定校正信號457之前饋穩定化模組460。
自較早叢發中之脈衝之波長資料判定前饋校正信號457，且因此，前饋校正信號457之判定並不取決於接收關於當前正在光源405中傳播且未受到在自線中心分析模組420接收資料方面之延遲影響的叢發之脈衝的波長資訊。因此，可將前饋校正信號457施加至以高重複率(例如，6,000赫茲(Hz)或更大之重複率)產生脈衝之光源。在較詳細地論述前饋穩定化模組460之前論述光源405之組件。
光源405包括放電腔室414，其具有兩個細長電極417、為氣體混合物之增益介質419，及用於使氣體在電極417之間循環之風扇421。諧振器形成於放電腔室414之一個側上的線窄化模組416與放電腔室414之第二側上的輸出耦合器418之間。當將電壓施加至電極417時，增益介質419發射在諧振器中傳播以形成脈衝式光束424之光。線窄化模組416包括光學元件442，其藉由(例如)反射及/或折射在諧振器中傳播之光而與該光相互作用。光學元件442可為繞射光學件，諸如微調光束424之光譜輸出的光柵。在一些實施方案中，光學元件442為基於光之波長而將分散該光的折射元件，諸如稜鏡。在一些實施方案中，光學元件442可為包括一個以上光學元件且可(例如)具有折射組件及反射組件兩者之光學裝置。
光學元件442耦接至致動器444，其為可控制以移動或修改光學元件442之形狀。致動器444可為能夠致使光學元件442移動或改變形狀的任何類型之致動器。舉例而言，致動器444可為回應於電壓之施加而改變形狀及/或大小的壓電材料。在此實例中，施加電壓以改變 致動器444之形狀會致使光學元件442移動。光學元件442可經由直接或間接實體接觸而耦接至致動器444。舉例而言，致動器444可觸碰光學元件442或觸碰光學元件442之元件(諸如裝配件)。在一些實施方案中，致動器444致使光學元件442移動而不進行實體接觸。
光源405亦包括線中心分析模組420，其自輸出耦合器418接收輸出光束以形成脈衝式光束424。線中心分析模組420為監測及/或量測脈衝式光束424之脈衝之波長的量測系統。在一些實施方案中，線中心分析模組420量測脈衝式光束424中之每一脈衝之波長。
經由信號458而將由線中心分析模組420量測之波長資訊提供至控制系統450。波長資訊可包括(例如)指示光束424中之光脈衝之波長、經量測中心波長、波長帶及/或波長誤差的資料。控制系統450可針對叢發(以上標所指示，由i加索引)中之每一脈衝(以下標所指示，由k加索引)而自線中心分析模組420接收波長資訊。控制系統450以光束424之時間重複率而自線中心分析模組420接收信號458之例項()，其表示叢發i中之脈衝k之波長資訊。因此，控制系統450可針對叢發中之每一脈衝而接收信號458之例項()。信號458之此等經接收例項儲存於電子儲存體461中，且用以判定待施加至後續(較晚發生)叢發之脈衝的前饋校正信號。
亦參看圖4B，前饋穩定化模組460使用來自較早叢發之脈衝的波長資訊以判定前饋校正信號457。如上文所論述，信號()458之經接收例項儲存於電子儲存體461(圖4A)中。為了判定待施加至叢發i之脈衝的前饋校正信號457，自電子儲存體461存取或擷取波長資訊之先前例項459。先前例項459包括叢發i-1之脈衝子集k-m至k+n中之每一脈衝的波長資訊，且被表示為()，其中n、m、k及i為整數值。在此實例中，先前例項459包括一系列時間上連續脈衝(諸如脈衝k及k+1)之波長資料。然而，在其他實例中，先前例項459包括： 一脈衝子集之波長資料，該子集中之任一脈衝皆不與該子集中之任何其他脈衝連續；或一脈衝子集之波長資料，該等脈衝包括不與該子集中之任何其他脈衝連續的脈衝及與該子集中之至少一個其他脈衝連續的脈衝。換言之，用以判定前饋信號457的叢發i-1中之脈衝子集可包括叢發i-1中之脈衝中之任一者或全部。
另外，在此實例中，用以判定施加至叢發i之脈衝的前饋校正信號457之先前例項459為來自緊接前一叢發(叢發i-1)之波長資訊。然而，在其他實例中，先前例項459可包括來自任何先前叢發之波長資料，及/或可包括來自複數個先前叢發之波長資料。
前饋穩定化模組460使用先前例項459()以判定前饋校正信號457()，其包括叢發i之脈衝子集k-m至k+n中之每一脈衝的信號、資訊及/或值。前饋校正信號457()之例項為在叢發i之脈衝k正與光學元件422相互作用時施加至線窄化模組416時將縮減或消除起因於可重複擾動的脈衝k之波長誤差的值、波形或數量。
前饋穩定化模組460包括學習定律模組462，且在一些實施方案中，可包括低通濾波器模組464。學習定律模組462可包括(例如)反覆學習控制(iterative learning control；ILC)技術，諸如比例微分型(PD型)反覆學習控制、二次反覆學習控制(Q-ILC)、受控體反轉(plant inversion)，及/或H無限大(H-infinity)。學習定律模組462分析波長資料以判定(或學習)脈衝子集中之每一脈衝之波長誤差之特性(諸如波長誤差之量值)。以此方式，學習定律模組462及前饋穩定化模組460校正波長誤差而不需要光源405之幾何形狀之先前知識，且亦能夠適應於可隨著時間推移而緩慢地發生之擾動之影響的改變。
低通濾波器模組464濾波學習定律模組462之輸出及/或波長資料以抑制波長或波長誤差之快速改變。低通濾波器模組464用於阻擋可 由不可重複或在不同叢發之間快速變化之擾動造成的波長誤差之高頻分量(例如，為1,000Hz或更大之頻率或分量)。舉例而言，低通濾波器模組464防止影響僅一個叢發之波長資料的單次擾動顯著地修改前饋校正信號457。在前饋校正信號457中包括單次擾動可引起線窄化模組416中之光學元件移動相對大的量，此將造成叢發i及/或後續叢發中之其他脈衝之波長誤差增加。
另外，低通濾波器模組464之使用會允許前饋校正信號457在幾個(例如，10個或更少)叢發內收斂。舉例而言，當已被施加前饋校正信號457之叢發內之脈衝的波長誤差完全地在可接受的值範圍內時，前饋校正信號457可被視為已收斂。圖7A至圖7D及圖8A至圖8D展示針對施加至由光學源產生之脈衝叢發的前饋校正信號之波長誤差及收斂的漸進補償之實例。
控制系統450除了包括電子儲存體461以外亦包括電子處理器452及輸入/輸出(I/O)介面456。電子儲存體461可為諸如RAM之揮發性記憶體，或非揮發性記憶體。在一些實施方案中，電子儲存體461可包括非揮發性部分或組件及揮發性部分或組件兩者。電子儲存體461儲存可能作為電腦程式之指令，該等指令在被執行時致使處理器452與控制系統450及/或光學源405中之其他組件通信。舉例而言，該等指令可為用以致使電子儲存體454儲存關於脈衝式光束424中之脈衝之波長之資料的指令。該等指令可為致使電子處理器452(例如)擷取逐脈衝校正信號457及/或分析所儲存之波長資訊以判定逐脈衝校正信號457且基於逐脈衝校正信號457來產生電壓信號的指令。
電子處理器452為適合於執行電腦程式之一或多個處理器，諸如一般用途或特殊用途微處理器，及任何種類之數位電腦之任何一或多個處理器。通常，處理器自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或此兩者接收指令及資料。電子處理器452可為任何類型之電子處理器。
I/O介面456為允許控制系統450由操作者、光源405及/或在另一電子器件上執行之自動化程序接收及/或提供資料及信號的任何種類之電子介面。舉例而言，I/O介面456可包括視覺顯示器、鍵盤或通信介面中之一或多者。
參看圖5A，展示另一例示性光學系統500之方塊圖。光學系統500包括光源405，及經由信號458而自光源405接收波長資料之控制系統550。控制系統550包括回饋路徑502及前饋路徑503，其彼此互補且可達成波長誤差之額外縮減。前體路徑503包括前饋穩定化模組460，其產生前饋校正信號457()以校正或縮減叢發i之脈衝k至k+n中之波長誤差，如上文關於圖4A及圖4B所論述。如上文所論述，基於來自叢發i之脈衝k-m至k+n的波長資料來判定前饋校正信號457()。
回饋路徑502產生回饋校正信號557()，其基於叢發i之先前脈衝(脈衝k)的波長資訊()來校正叢發i之脈衝k+1之波長誤差。將回饋校正信號557(U)與前饋校正信號457相加以產生施加至線窄化模組416之校正信號559(W)。回饋路徑502亦包括電子儲存體561。電子儲存體561可為類型與電子儲存體461相同之組件。另外，電子儲存體561及電子儲存體461可被實施為單一電子儲存體。
回饋路徑502係與前饋路徑503互補。如上文所論述，前饋校正信號457(V)校正在不同叢發之間緩慢地變化或不變之擾動。除了在不同叢發之間緩慢地變化之擾動以外，各種其他擾動及物理效應亦可促成波長誤差。舉例而言，波長誤差可由與光學源405中之光相互作用之光學元件442之位置、漂移及/或機械振動造成。除了由前饋路徑503處理之擾動以外，回饋路徑502亦可用以考量此等擾動。
回饋路徑502可包括任何回饋控制器或模組。回饋控制器用以修改系統之特性。回饋控制器具有為特性之量測且自系統接收的輸入， 及為提供至系統以修改系統之特性之信號或資料的輸出。當接收到輸入時，基於經接收輸入來改變或致動將提供至系統之下一輸出。在回饋路徑502中，由信號458提供的來自線中心分析模組420之波長資料為輸入，且輸出為回饋校正信號557。舉例而言，包括叢發i之脈衝k之波長資訊的信號458()之例項為至回饋路徑502之輸入，且回饋路徑502產生回饋校正信號557()之例項，其為用以基於彼輸入來校正叢發i中之下一脈衝(脈衝k+1)之波長的信號。將回饋校正信號557與前饋校正信號457(其包括叢發i中之每一脈衝之值)相加以產生校正信號559。如方程式1中所展示而表示提供至線窄化模組416以校正叢發i中之脈衝k+1的校正信號559之例項： 其中為由回饋路徑502針對叢發i之脈衝k+1所判定的回饋校正信號557，且為由前饋路徑503針對叢發i之脈衝k+1所判定的前饋校正信號457。
以回饋方式起作用之任何控制器可用作回饋路徑502。在圖5A之實例中，回饋路徑502包括經由(例如)模型來考量擾動之估計模組551，及致動控制件555。估計模組551估計影響光學源405(諸如光學元件442)中之組件之波長以及狀態的被表示為時變陣列X之擾動狀態，且將估計提供至致動控制件555。基於經估計狀態，致動控制件555判定回饋校正信號U(557)，其在施加至光學源405時致使致動器444以補償由估計模組551預測為存在於光學源405中之各種擾動的方式移動。信號557可表示相對於先前判定之信號的改變量，或信號557可為不相對於另一經判定值的絕對值。
亦參看圖5B，在一些實施方案中，估計模組551亦包括模型化擾動及系統變化性之波長估計模組582。波長估計模組582包括致動器動力學模組484、次級擾動模組586及窄頻擾動模組588。致動器動力學 模組584提供光學元件442及/或致動器444之行為之模型。此模型可用以進行光學元件442及/或致動器444之狀態之週期性預測。光學元件442之狀態可包括(例如)表示光學元件442之位置及/或速度的一或多個值。
致動器動力學模組584回應於將輸入施加至致動器444而提供致動器444之實體移動或動作之模型。舉例而言，在致動器444為壓電轉訊器(piezoelectric transducer；PZT)的情況下，致動器動力學模組584將致動器444模型化為二階系統。致動器444之狀態可為可隨著時間而變化的與致動器444相關聯之任何數量或品質。舉例而言，狀態可為施加至致動器444之電壓。致動器444之狀態可包括一個以上數量或品質。舉例而言，致動器之狀態可為致動器在一或多個維度上之當前位置及當前速度，及最近施加至致動器444之電壓。次級擾動模組586模型化光學源405中之經很好理解的擾動。舉例而言，次級擾動模組586可模型化隨著時間之波長漂移。窄頻擾動模組588模型化遍及小頻帶而存在之擾動(例如，存在於10赫茲(Hz)或更小之頻帶內的擾動)。
在估計模組551中，波長估計模組582之輸出形成包括矩陣A及B之狀態空間動態模型480。將矩陣A及B提供至更新模組585，更新模組585預測或估計，其為基於及當前脈衝k之回饋信號之值的下一脈衝(k+1)之狀態陣列X。在使用方程式(2)的情況下，可自下式獲得狀態之估計：
其中k加索引於叢發i中之脈衝(其中k為與當前或最近脈衝相關聯之資料，且k+1為下一或緊接後續脈衝)，U表示由致動控制件555判定之回饋校正信號557，且矩陣A及B之係數係由波長估計模組582提供。因此，為光學源405中之一或多個組件或條件之當前狀態，且為致動控制件555之最近產生的輸出(回饋校正信號557)。X之先前 值(例如，)儲存於電子儲存體561中且可自電子儲存體561予以獲得，且之值可自致動控制件555予以獲得。因此，可自方程式(2)判定。
如上文所論述之方法係基於先驗資訊，諸如關於光學源405所知且包括於波長估計模組582及狀態空間動態模型580中之資訊。然而，被假定為關於光學源405之準確資訊的此先驗資訊可歸因於系統或其他未經捕捉資訊之間的變化而不完全地準確。因此，更新模組585之第二功能係使用經由信號458而自線中心分析模組420接收之先前波長量測以將狀態估計更新為較接近於現實，從而產生基於經量測資料之經更新量測。可(例如)使用卡爾曼(Kalman)濾波器來執行此量測更新。接著，可自如下方程式(3)獲得狀態之估計：
在判定之後，估計模組551將提供至致動控制件555。致動控制件555判定回饋校正信號557(U)，其在脈衝(k+1)處提供至光學源405的情況下將作用於光學源405及/或光學源405之組件以達成接近於光束424之所要波長的波長，同時滿足某些約束。此所要波長可為(例如)目標波長。信號557之判定可包括(例如)在考量約束的情況下最佳化U之值(提供至光學源405之信號)以鑒於包括於X中之值而最小化波長誤差。最佳化中使用之約束之實例可為U之絕對值小於臨限值。舉例而言，U可表示施加至致動器444以移動光學元件442之電壓或電流。禁止U之大值的約束可防止將大電流或電壓施加至致動器。最佳化可被實施為(例如)線性二次調節器(linear quadratic regulator；LQR)。致動控制件455之輸出可為對U之遞增改變，其接著與之目前值線性地相加。
因此，致動控制件555判定回饋校正信號557之下一值或與回饋校正信號557之目前值相比較的遞增改變(其中任一者在此實例中係由 表示)，且提供彼回饋信號557以與前饋校正信號457()組合(例如，藉由純量相加)以形成提供至光學源405之校正信號559()。因為係自(其為波長誤差之起因的組件及/或條件之狀態)及(回饋信號557之先前施加的值)予以判定，所以將信號559()(其包括及(叢發i之脈衝k+1的前饋校正信號))施加至光學源405會引起波長較接近於目標波長且因此具有縮減之波長誤差的光束。以此方式，將回饋路徑502與前饋穩定化模組460一起包括可進一步縮減波長誤差。
亦參看圖6，展示例示性程序600之流程圖。程序600可用以補償由光源產生之光束之波長變化。程序600可用以補償由可重複擾動造成之波長變化，該可重複擾動發生於由光源產生之光叢發中。可重複擾動之實例為隨著每一叢發之產生而發生的物理事件，諸如起因於叢發自身之產生的擾動。此擾動針對相同操作條件在每一叢發中以相似方式而表現，且因此在不同叢發之間緩慢地變化或不變，且可以前饋方式予以補償。
程序600係參考控制系統450、前饋穩定化模組460及光源405予以論述。然而，其他實施方案係可能的。舉例而言，程序600可由控制系統150或控制系統250中之一或多個電子處理器執行。另外，在程序600亦包括回饋態樣之實施方案中，程序600可由包括回饋路徑及前饋路徑兩者之控制系統(諸如圖5A及圖5B之控制系統550)執行。
在一些實施方案中，程序600係由為諸如控制系統150、250、450及550中之任一者的控制系統之部分的一或多個電子處理器執行。在一些實施方案中，程序600係由諸如為光源102或205之一個以上子系統之部分之處理器的分散式電子處理器執行。舉例而言，程序600之部分可由經連接以僅與光源105或光源205通信之分離控制系統之一或多個電子處理器執行，而其他部分係分別由控制系統150或250之一 或多個電子處理器執行。此外，程序600可被實施為機器可讀及可執行指令且儲存於電腦可讀媒體上，使得程序600可安裝至光源之現有控制器或控制系統上作為升級或修整。
接收光束(605)。光束具有由在不同叢發之間可重複或不變之擾動造成之非零波長誤差。可在線中心分析模組420或另一模組處接收光束，該另一模組量測、監測、判定及/或存取脈衝式光束中之脈衝之波長之值。光束可為由光源405(圖4A)產生之脈衝式光束424。光束可由準分子雷射產生，或為來自不為雷射之光學源之脈衝式光束。
光束包括至少第一光脈衝叢發及第二光脈衝叢發。第一脈衝叢發及第二脈衝叢發中之每一者可包括數百個脈衝，例如，100至400個脈衝。第一脈衝叢發包括第一脈衝子集，且第二脈衝叢發包括第二脈衝子集。第一脈衝子集及第二脈衝子集可分別包括第一叢發及第二叢發中之脈衝中之全部或部分。脈衝子集中之脈衝可為叢發中之依序或非依序脈衝的脈衝，或依序或非依序脈衝之組合。換言之，任何給定脈衝子集中之脈衝可包括叢發中之光脈衝中之任一者。第一脈衝子集中之脈衝及第二脈衝子集中之脈衝可對應於其各別叢發中之相同脈衝。舉例而言，在此等實施方案中，若第一脈衝子集包括第一叢發之脈衝1至10(最初十個光脈衝)，則第二脈衝子集包括第二叢發之脈衝1至10(最初十個光脈衝)。
如下文關於圖7A至圖7D及圖8A至圖8D所論述，擾動可造成具有可重複剖面之瞬態波長誤差，該誤差之量值針對在叢發之開始時發生的脈衝最大，且隨著時間推移而縮減，使得叢發中較晚發生之脈衝具有較小波長誤差。因此，在一些實施方案中，第一脈衝子集及第二脈衝子集可分別包括第一叢發及第二叢發之最初(或初始)N個脈衝。在此等實施方案中，N可為任何整數值。舉例而言，N可為60，且在此實例中，第一脈衝子集及第二脈衝子集各自包括其各別叢發中之最初 60個依序光脈衝。在一些實例中，N為介於20與60之間的值。
第一脈衝叢發與第二脈衝叢發在時間上被分離，其中第一脈衝叢發係在時間上先於第二脈衝叢發被接收。在第一叢發結束與第二叢發開始的時間之間，脈衝式光束具有光束並不包括光的時間週期。第一光脈衝叢發與第二光脈衝叢發可為連續叢發，或第一叢發與第二叢發可在時間上被分離一或多個介入光脈衝叢發，其發生於第一光脈衝叢發之後，但發生於第二光脈衝叢發之前。
判定第一脈衝子集中之每一脈衝之波長誤差(610)。特定光脈衝之波長誤差為彼脈衝之目標波長與經判定波長之間的差。經判定波長可由線中心分析模組420量測且提供至控制系統450，或控制系統450可自由線中心分析模組420獲得之波長量測判定波長誤差。經判定波長誤差儲存於電子儲存體461中以用於判定逐脈衝校正信號來校正後續脈衝叢發中之脈衝之波長誤差。
基於第一脈衝子集之經判定波長誤差來判定逐脈衝校正信號(615)。逐脈衝校正信號亦被稱作前饋校正信號，此係因為逐脈衝校正信號施加至較晚發生叢發之脈衝(在此實例中為第二叢發之脈衝)。可藉由將自較早叢發之脈衝判定的波長誤差提供至前饋穩定化模組460來判定逐脈衝校正信號。逐脈衝校正信號包括第二脈衝子集中之每一脈衝之值。對於叢發i，逐脈衝校正信號或前饋校正信號被表示為()。校正信號()之每一值表示為一信號之預測的品質或數量，該信號在施加至叢發i中之光脈衝k時將修改光脈衝k之波長，使得光脈衝k之波長等於目標波長或相較於尚未施加校正的情況較接近於目標波長。換言之，前饋校正信號()縮減叢發i之脈衝k之波長誤差。
將基於經判定逐脈衝校正信號之校正施加至第二脈衝子集中之每一脈衝，該等脈衝包括於第二叢發中(620)。將校正施加至第二脈 衝子集中之脈衝中之任一者會縮減第二脈衝子集中之脈衝之波長誤差。自為一個脈衝叢發之部分(在此實例中為第一脈衝子集)之脈衝之波長誤差判定校正，且將校正施加至為另一脈衝叢發之部分(在此實例中為第二脈衝子集)之脈衝。以此方式，可合成校正而無需光源之運行之詳細知識。另外，藉由施加至較晚發生叢發中之脈衝子集，校正性質上為前饋的。因而，校正之判定獨立於可發生於線中心分析模組420中的在判定波長方面之延遲。此允許與高重複光源一起使用程序600，諸如在6000Hz及更大下操作之光源。
逐脈衝校正信號可(例如)由控制系統450中之電子處理器452使用以產生表示校正信號之值的電壓信號。在此實例中，校正為將電壓信號施加至致動器444。將電壓信號施加至致動器444會致使光學元件442移動某一量，該移動量致使第二脈衝子集中之脈衝偏轉某一量，該偏轉量補償第一脈衝子集中之對應脈衝之經量測波長誤差。如上文所論述，波長誤差可起因於在增益介質419中造成壓力鋒之物理擾動。移動光學元件442可使在腔室中傳播之光偏轉某一量，該偏轉量抵消光藉由壓力鋒之偏轉。在一些實施方案中，逐脈衝校正信號可與回饋或控制信號相加或以其他方式與回饋或控制信號組合，回饋或控制信號作用於致動器444以移動或調整光學元件442來修改腔室214中之光束以用於除了波長誤差縮減以外之補償或修改。在此等實施方案中，波長誤差之縮減係對現有補償或修改技術之新增，且增強及添加至此等其他技術。
在一些實施方案中，在將校正施加至第二脈衝集合中之脈衝之前，將低通濾波器(諸如低通濾波器模組464)應用於逐脈衝校正信號。如上文所論述，在無校正的情況下，波長誤差在脈衝叢發之間不變或緩慢地變化。低通濾波器抑制(例如)由光源405之雜訊、振動或未預期運動造成的高頻波長誤差，且可產生不準確的逐脈衝校正信號 及不準確的校正。
低通濾波器可被實施為濾波逐脈衝校正信號之數位化版本的軟體，且係由控制系統450之電子處理器452執行。在其他實施方案中，低通濾波器可為作用於校正信號之類比版本的電子組件(諸如電阻器及電容器)之集合。在一些實施方案中，在兩個光脈衝叢發之間的時間期間將低通濾波器應用於校正信號。
另外，在一些實施方案中，在將校正施加至第二脈衝叢發之第二子集中之每一脈衝之後，比較第二子集中之脈衝之波長誤差與上限及下限。若臨限數目個脈衝之波長誤差大於上限或小於下限，則自該波長誤差判定逐脈衝校正信號。若少於臨限數目個脈衝具有高於上限及低於下限之波長誤差，則在一些實施方案中，不自該波長誤差判定逐脈衝校正信號，或將逐脈衝校正信號設定為預定值(諸如零)。
上文所論述之實例涉及將校正施加至單一後續叢發。然而，可將逐脈衝校正信號施加至複數個後續叢發。另外，可遍及光源405之操作過程而重複地執行程序600以漸進地及反覆地縮減波長誤差。
亦參看圖7A至圖7D及圖8A至圖8D，展示漸進地及反覆地縮減在叢發801A至801D中自光源發射之脈衝之波長誤差的程序600之實例。圖8A至圖8D分別展示隨著叢發801A至801D中之脈衝子集之脈衝數目(k)而變之波長誤差。圖7A至圖7D分別展示隨著脈衝數目(k)而變之例示性逐脈衝校正信號700A至700D。逐脈衝校正信號700A至700D為自程序600產生之校正信號之實例。叢發801A在時間上首先發生，隨後是叢發801B及801C，其中叢發801D在時間上最後發生。光源可為發射包括光脈衝叢發之脈衝式光束之任何光源，諸如上文所論述之光源105、205及405中之任一者。
在所展示實例中，發生於光學腔室中之瞬態物理效應造成波長誤差，波長誤差在發生於叢發之開始時的脈衝中最明顯。此實例中之 波長誤差可具有二階或三階脈衝回應之形式。
逐脈衝校正信號700A至700D包括脈衝子集中之每一脈衝之值。如下文所論述，叢發801A中之脈衝之波長誤差係由程序600使用以判定逐脈衝校正信號700B，逐脈衝校正信號700B又施加至叢發801B之脈衝。因此，圖7A至圖7D及圖8A至圖8D之實例說明波長誤差使用程序600之前饋校正。
每一波長誤差800A至800D分別包括叢發801A至801D中之脈衝子集中之每一脈衝之波長誤差。叢發801A至801D之脈衝子集中存在N個脈衝，其中N為任何整數值。脈衝子集可包括各別叢發801A至801D中之全部或不到全部的脈衝，其中每一子集包括相同數目個脈衝。叢發801A至801D為由諸如光源405之光源產生的光束中之依序發生叢發。叢發801A首先發生，且叢發801D最後發生。
子集中之每一脈衝之波長誤差在圖8A至圖8D中被展示為實心圓。校正信號700A至700D分別包括叢發801A至801D之脈衝子集中之每一脈衝的值。將基於校正信號700B至700D之校正分別施加至叢發801B至801D中之脈衝子集中之脈衝會縮減叢發801B至801D中之脈衝之波長誤差，其目的係將子集中之全部脈衝之波長誤差縮減至介於下限802與上限803之間的值範圍內。如圖8D所展示，叢發801D之脈衝子集中之全部脈衝的波長誤差介於下限802與上限803之間。上限及下限802、803為波長誤差之值。上限及下限可為被預期為即使當沒有可識別的擾動作用於光源時亦發生之波長誤差(足夠小使得無法進一步縮減之波長誤差)，或可為不影響光源之使用者的波長誤差。上限及下限通常被表達為波長。舉例而言，上限及下限可為(例如)+/-040飛米(fm)或更小。在一些實施方案中，上限及下限可介於+/- 20fm至+/- 100fm之間。
校正信號700A為初始值校正信號。校正信號之初始值可具有任 何值。在所展示實例中，對於叢發801A之脈衝子集中之全部脈衝，校正信號700A之值為零。因此，將校正信號700A施加至致動器444不會移動光學元件442，且不會影響叢發801A之脈衝子集中之脈衝的偏轉(或波長)。圖8A展示在將校正信號700A施加至致動器444之後的叢發801A中之脈衝子集之波長誤差800A。
波長誤差800A用以判定校正信號700B(圖7B)。校正信號700B包括叢發801B中之脈衝子集中之每一脈衝的值。該等值係使得當將自校正信號700B判定之校正施加至致動器444時，致動器444使光學元件442移動某一量以取消或補償在叢發801B之子集中之每一脈衝造成波長誤差的物理效應。如圖7B所展示，校正信號700B之值可針對子集中之脈衝而變化。因此，可將不同校正施加至子集中之每一脈衝。舉例而言，光學元件442可在與叢發801B之脈衝子集中之各種脈衝相互作用之前移動不同量，使得子集中之每一脈衝可偏轉不同量。
另外，圖7B說明判定造成波長誤差之瞬態已結束的程序600之實例。可(例如)藉由偵測一系列M(任何正整數值)個脈衝中之第一脈衝來判定瞬態之結束，該等脈衝延伸至脈衝子集之結束且具有介於下限802與上限803之間的波長誤差。再次參看圖7A，脈衝804為波長誤差介於界限802與界限803之間的一系列脈衝中之第一脈衝。一系列脈衝自脈衝804延伸至脈衝子集之結束。因此，在脈衝804處偵測到瞬態之結束，且將對應於校正信號800B中之脈衝804及後續脈衝的校正設定為零。在一些實施方案中，可計數叢發中之脈衝的數目，且可基於對光源之實際理解而將瞬態之結束預設為在叢發中之第一脈衝之後的固定數目個脈衝。
因為擾動對波長誤差之效應在不同叢發之間緩慢地變化，所以與叢發801A中之脈衝相比較，將基於叢發801A之波長誤差判定的校正信號700B施加至叢發801B之脈衝會縮減叢發801B之脈衝中的波長 誤差之大小。另外，叢發801B中之較大數目個脈衝具有在由最小界限802及最大界限803界定之範圍內的波長誤差。
波長誤差800B係與程序600一起使用以判定另一校正信號700C，另一校正信號700C用以隨著光學元件442與後續叢發801C之脈衝相互作用而判定待施加至致動器444之電壓。圖8C展示與光學元件442相互作用之脈衝801C之叢發之脈衝的波長誤差800C，光學元件442係基於校正信號700C予以調整。波長誤差800C低於波長誤差800A及800B，此係因為程序600正反覆地學習由擾動造成之波長誤差之特性且隨著每一後續叢發而漸進地改良逐脈衝校正之效能。
相似地，波長誤差800C用以判定校正信號700D。校正信號700D用以隨著後續叢發801D之脈衝與光學元件442相互作用而產生施加至致動器444之電壓。與波長誤差800A至800C相比較，脈衝叢發801D中之脈衝之波長誤差800D會縮減。另外，叢發801D中之脈衝子集中之全部脈衝介於上限803與下限802之間。
因此，在此實例中，程序600在四個脈衝叢發之後將波長誤差縮減至可接受的範圍內。當子集中之全部脈衝具有在可接受的範圍內之波長誤差時，程序600可結束。在一些實施方案中，程序600繼續而不管脈衝具有在可接受的範圍內之波長誤差的叢發之發生。程序600可應用於由光源405產生之全部或不到全部的脈衝叢發。儘管以上實例展示程序600在四個脈衝叢發之後將波長誤差縮減至可接受的範圍內，但在其他實例中，可在較少或較多叢發之後將波長誤差縮減至可接受的範圍。舉例而言，可在介於2與100個之間的叢發之後將波長誤差縮減至可接受的範圍。在將波長誤差縮減至可接受的範圍之前發生之叢發的數目取決於叢發之間的波長誤差及波長誤差之可接受的範圍方面存在多少變化。在不同叢發之間波長誤差之變化約較高或較大及/或波長誤差之變化為較低可接受的範圍內的光束可引起在將波長誤 差縮減至可接受的範圍內之前發生的較高數目個叢發。
當在臨限數目個脈衝叢發內未將波長誤差縮減至可接受的範圍時，波長誤差在不同叢發之間不變或緩慢地變化的假定可不準確。若臨限數目個叢發之波長誤差不在可接受的範圍內，則程序600可被判定為不收斂。在此情況下，逐脈衝校正信號可不準確，且可將基於逐脈衝校正信號之校正設定為零或某一其他值以向控制系統450指示將不使用基於逐脈衝校正信號之校正。因此，基於逐脈衝校正信號之校正在程序600不適用的條件下不會降級光源405之基線效能。
以此方式，在光源405之操作期間且在不具有光源405或操作條件之先前知識的情況下學習起因於可重複物理擾動之瞬態波長誤差之特性(諸如形狀、量值及/或持續時間)。藉由學習瞬態波長誤差之特性，程序600以前饋方式校正及/或補償波長誤差。另外，因為校正信號700B至700D係在光源405之操作期間的多個時間予以判定，所以可補償在操作期間歸因於(例如)電極417之啟動圖案、增益介質419之溫度之改變而發生的瞬態波長誤差之形狀及持續時間之變化。
另外，在圖7A至圖7D及圖8A至圖8D之實例中，在判定校正信號700D時考量多個脈衝叢發之波長誤差。然而，在其他實例中，可自單一波長誤差判定校正信號700B至700D中之任一者。另外，可自波長誤差集合判定校正信號700B至700D。另外，校正信號700B至700D可基於來自除了緊接前一叢發以外之叢發的波長誤差。舉例而言，在一些實施方案中，可自波長誤差800B判定校正信號700D。
此外，儘管提供將電壓施加至致動器444(此致使光學元件442運動)之實例，但基於經判定逐脈衝校正信號之校正可採取其他形式。舉例而言，校正可為儲存於電子儲存體454中且提供至耦接至光學元件442之控制器的電子信號。校正可為致使校正或改變由光源405產生之光束之波長的任何物理或電子數量或品質。
圖9展示說明上文關於(例如)圖5A、圖5B及圖6所論述之前饋補償技術之有效性的模擬資料。圖9展示隨著脈衝重複率為6000Hz之雷射之移動窗而變的遍及150個叢發而平均化的以飛米(fm)為單位之移動窗波長誤差的曲線905及910。在此實例中，每一叢發包括波長誤差被平均化所遍及之脈衝的150個窗，其中較低數目窗包括叢發中之初始脈衝且較高數目窗包括叢發中之較晚脈衝。因此，圖9之水平軸線與脈衝數目(k)相關，且垂直軸線與波長誤差相關。
曲線905展示運用回饋補償但不運用前饋波長誤差補償之實際效能。曲線910展示在運用前饋補償進行補償之後的模擬波長誤差。
在僅運用回饋補償的情況下，移動窗波長誤差係由初始叢發瞬態906支配。此初始叢發瞬態906可相似於聲學瞬態。咸信，歸因於高脈衝重複率(6,000Hz或更大)及線中心分析模組中大約160微秒(μs)之處理延遲，許多回饋控制器經挑戰以補償瞬態906。然而，當與回饋波長控制器一起使用時，前饋波長誤差技術(諸如前饋穩定化模組460)將瞬態906縮減約4倍。
其他實施方案在以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，在一些實施方案中，主控振盪器212(圖2)經組態為再生環諧振器。在此等實施方案中，將種子光束224導向通過功率放大器230以形成循環路徑或迴路。在功率放大器230為再生環諧振器之實施方案中，藉由重複地傳遞通過放電腔室240來放大種子光束224。光學系統232提供用以內部耦合種子光束224且外部耦合來自環諧振器之經放大輻射之部分以形成輸出光束260的機構。舉例而言，光學系統232可包括光學耦合器作為該機構，諸如接收種子光束224及來自環諧振器之經放大輻射的部分反射鏡面。
600‧‧‧程序
605‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
615‧‧‧步驟
620‧‧‧步驟

Claims (24)

  1. 一種方法，其包含：接收自一光學源發射之一脈衝式光束，該脈衝式光束包含至少一第一光脈衝叢發及一第二光脈衝叢發，該第一脈衝叢發包含一第一脈衝子集且該第二脈衝叢發包含一第二脈衝子集；判定該第一脈衝子集中之每一脈衝之一波長誤差，該波長誤差為一特定脈衝之一波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號，該逐脈衝校正信號包含與該第一脈衝子集中之每一脈衝相關聯之一校正信號；及將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝，其中將一校正施加至該第二脈衝子集中之一脈衝會縮減該第二脈衝子集中之該脈衝之該波長誤差。
  2. 如請求項1之方法，其中基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號包含判定該第一脈衝叢發中之每一脈衝之一電壓信號，且將一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝包含將該電壓信號施加至耦接至一光學元件之一致動器，該光學元件與該等脈衝之該第二子集中之該等脈衝相互作用。
  3. 如請求項2之方法，其中，該光學元件回應於將該電壓信號施加至該致動器而移動，藉此改變與該光學元件相互作用之一脈衝之該波長。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一脈衝子集包含該第一光脈衝叢發中之不到全部的該等光脈衝，且該第二脈衝子集包含該第二光脈衝叢發中之不到全部的該等光脈衝。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一脈衝子集包含該第一脈衝叢發中之初始N個脈衝，且該第二脈衝子集包含該第二脈衝叢發中之初始N個脈衝。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含濾波該經判定逐脈衝校正信號。
  7. 如請求項6之方法，其中濾波該經判定逐脈衝校正信號包含將一低通濾波器應用於該經判定逐脈衝校正信號，該低通濾波器包含縮減與大於一頻率臨限值之一頻率相關聯的該逐脈衝校正信號之部分的一濾波器。
  8. 如請求項6之方法，其中濾波該經判定逐脈衝校正信號包含將一低通濾波器應用於一經判定波長誤差信號，該經判定波長誤差信號包含該第一脈衝叢發中之每一脈衝之該波長誤差。
  9. 如請求項1之方法，其中該第一光脈衝叢發與該第二光脈衝叢發被分離一時間週期，且在該時間週期期間判定該逐脈衝校正信號。
  10. 如請求項9之方法，其中第二光脈衝叢發發生於該第一光叢發之後，且僅在該第一光叢發發生之後才判定該逐脈衝校正信號。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包含在該時間週期期間判定一經濾波的經判定逐脈衝校正信號。
  12. 如請求項1之方法，其中一或多個叢發發生於該第一叢發與該第二叢發之間，使得該第一叢發與該第二叢發在時間上非連續。
  13. 如請求項12之方法，其中該第一光脈衝叢發為在時間上緊接地先於該第二光脈衝叢發之該叢發。
  14. 如請求項1之方法，其中該脈衝式光束包含一第三光脈衝叢發，該第三脈衝叢發包含一第三脈衝子集，且該方法進一步包含：在施加該校正之後判定該第二脈衝子集中之每一脈衝之該波 長誤差；比較每一脈衝之該波長誤差與一上限臨限值及一下限臨限值；及若臨限數目個脈衝之該波長誤差大於該上限臨限值或小於該下限臨限值，則基於該判定該第二脈衝子集中之每一脈衝之該波長誤差來判定該第二脈衝子集之一逐脈衝校正信號，且將基於該第二脈衝子集之該逐脈衝校正信號之一校正施加至該第三脈衝子集中之每一脈衝。
  15. 如請求項2之方法，其進一步包含：判定該第二光脈衝叢發中之複數個脈衝之一波長誤差；存取表示該光學源中之一次級擾動之一模型；存取表示該致動器之動力學之一模型；及基於該第二光脈衝叢發中之該複數個脈衝之該經判定波長誤差以及該次級擾動之該模型及表示該致動器之動力學之該模型中的一或多者來判定一第二校正信號，其中將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝進一步包含將該第二校正信號施加至該第二脈衝子集中之該等脈衝中之至少一些。
  16. 如請求項15之方法，其中將基於該經判定逐脈衝校正信號之該校正與該第二校正信號在施加至該第二脈衝子集中之該等脈衝之前相加。
  17. 如請求項1之方法，其進一步包含判定該第一脈衝子集中之每一脈衝之該波長。
  18. 一種方法，其包含：接收自一光學源發射之一脈衝式光束，該脈衝式光束包含至少一第一光脈衝叢發及一第二光脈衝叢發，該第一脈衝叢發與 該第二脈衝叢發在時間上被分離，且該第一脈衝叢發及該第二脈衝叢發中之每一者包含隨著操作條件而變化之一瞬態波長誤差；判定該第一脈衝叢發中之兩個或兩個以上脈衝之一波長誤差，一特定脈衝之該波長誤差為該特定脈衝之波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定該第一光脈衝叢發中之該瞬態波長誤差；基於該經判定瞬態波長誤差來判定一校正信號；及將基於該校正信號之一校正施加至該第二光脈衝叢發之該等脈衝中之至少一些，其中與該第一脈衝叢發中之該瞬態波長誤差相比較，施加該校正會縮減該第二脈衝叢發中之該瞬態波長誤差。
  19. 如請求項18之方法，其中隨著操作條件而變化之該瞬態波長誤差在依據一給定操作條件集合所產生之脈衝叢發當中實質上不變。
  20. 如請求項18之方法，其中該瞬態波長誤差起因於發射該脈衝式光束之該光學源之一腔室內之一聲學事件。
  21. 如請求項18之方法，其中該瞬態波長誤差的特徵為一二階或三階系統之一脈衝回應。
  22. 如請求項18之方法，其中該第一脈衝子集包含該第一光脈衝叢發中之不到全部的該等脈衝，且該第二脈衝子集包含該第二光脈衝叢發中之不到全部的該等脈衝。
  23. 一種用於發射一脈衝式光束之一光學源之控制器，該控制器經組態以耦接至該光學源，且該控制器包含：一或多個電子處理器；及 一非暫時性電腦可讀儲存媒體，其耦接至該一或多個電子處理器中之一或多者，該電腦可讀儲存媒體儲存有指令，該等指令在由該一或多個電子處理器執行時致使該一或多個處理器執行操作，該等操作包含：存取自該光學源發射之一脈衝式光束之資訊，該脈衝式光束包含至少一第一光脈衝叢發及一第二光脈衝叢發，該第一脈衝叢發包含一第一脈衝子集且該第二脈衝叢發包含一第二脈衝子集；判定該第一脈衝子集中之每一脈衝之一波長誤差，該波長誤差為一特定脈衝之一波長與一目標波長之間的差；基於該經判定波長誤差來判定一逐脈衝校正信號，該逐脈衝校正信號包含與該第一脈衝子集中之每一脈衝相關聯之一校正信號；及將基於該經判定逐脈衝校正信號之一校正施加至該第二脈衝子集中之每一脈衝，其中將一校正施加至該第二脈衝子集中之一脈衝會縮減該脈衝之該波長誤差。
  24. 一種光系統，其包含：一光學源，其經組態以發射一光束，該光束包含被分離時間週期之叢發，每一叢發包含以一時間重複率發生之光脈衝；一線中心分析模組，其經組態以量測該等光叢發中之該等光脈衝之一波長；及一控制器，其經組態成以該時間重複率接收該波長之該量測，該控制器包含：一回饋模組，其經組態以判定一回饋校正信號以補償一第一脈衝叢發中之一特定脈衝之波長誤差，該回饋校正信號係基於該第一叢發中之一較早發生脈衝之一波長誤差； 一前饋穩定化模組，其經組態以基於一較早發生叢發中之一對應脈衝來判定一前饋校正信號以補償該第一脈衝叢發中之該特定脈衝之波長誤差；一或多個電子處理器，其耦接至包含指令之一非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在被執行時致使該一或多個電子處理器進行以下操作：組合該特定叢發之該前饋校正信號與該特定叢發之該回饋信號以形成該特定叢發之一經組合校正信號，及將該經組合校正信號提供至該光學源以縮減該第一叢發中之該特定脈衝之該波長誤差。
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