TW201724169A - 於以雷射維持之電漿光源中用於無電極電漿點火之系統及方法 - Google Patents

於以雷射維持之電漿光源中用於無電極電漿點火之系統及方法 Download PDF

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Abstract

一種於一以雷射維持之電漿(LSP)寬頻源之一電漿燈中用於點燃並維持一電漿的照明源，其包含經組態以在經容納於該電漿燈內之一氣體內點燃該電漿的一或多個點火雷射。該照明源亦包含經組態以維持該電漿的一或多個維持雷射。該照明源包含一遞送光纖、一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該遞送光纖。

Description

於以雷射維持之電漿光源中用於無電極電漿點火之系統及方法
本發明大體而言係關於基於電漿之光源，且更特定而言係關於一基於電漿之無電極光源。
對用於檢測不斷縮小之半導體裝置之經改良照明源之需要持續增長。此一種照明源包含一以雷射維持之電漿源。以雷射維持之電漿(LSP)光源能夠產生高功率寬頻光。以雷射維持之光源藉由將雷射輻射聚焦至一氣體體積中以便將氣體(諸如氬氣或氙氣)激發成能夠發射光之一電漿狀態來操作。此效應通常稱作「泵激」電漿。通常，電漿燈需要電極來點燃電漿，然後僅藉由雷射能量維持該電漿。對電極之需要亦使複雜之玻璃金屬密封技術及一複雜燈泡外觀尺寸成為必要，而該複雜燈泡外觀尺寸易於在金屬玻璃密封處發生應力集中、故障且會使燈之抗破裂壓力/強度整體上降低。電極自身亦易於降級/濺射，此因變黑而減少玻璃透射。因此，期望提供克服先前方法之缺點(諸如上文識別之缺點)之一系統及方法。
根據本發明之一或多項實施例揭示於寬頻電漿源中用於一電漿之無電極點火之一照明源。在一項實施例中，該照明源包含經組態以在容納於一電漿燈內之一氣體內點燃一電漿之一或多個點火雷射。在另一實施例中，該照明源包含經組態以維持該電漿之一或多個維持雷射。在另一實施例中，該照明源包含一遞送光纖。在另一實施例中，該照明源包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該遞送光纖。在另一實施例中，該照明源被整合於一寬頻的以雷射維持之電漿(LSP)源內，藉此一或多個燈光學器件將一輸出自該遞送光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積以在該電漿燈中之該氣體體積內點燃並維持該電漿。 根據本發明之一或多項額外實施例揭示於寬頻電漿源內用於一電漿之無電極點火之一照明源。在一項實施例中，該照明源包含經組態以在容納於一電漿燈內之一氣體內點燃一電漿之一或多個點火雷射。在另一實施例中，該照明源包含經組態以維持該電漿之一或多個維持雷射。在另一實施例中，該照明源包含一遞送光纖，其中該一或多個維持雷射之一輸出耦合至該遞送光纖之一輸入。在另一實施例中，該照明源包含一處理光纖。在另一實施例中，該照明源包含以光學方式耦合至該遞送光纖之一輸出及該處理光纖之一輸入的一光纖耦合器。在另一實施例中，該光纖耦合器包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該處理光纖之一輸入。在另一實施例中，該照明源被整合於一寬頻的以雷射維持之電漿(LSP)源內，藉此一或多個燈光學器件將一輸出自該處理光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積以在該電漿燈中之該氣體體積內之點燃並維持該電漿。 應理解，前述大體說明及以下詳細說明兩者皆僅係例示性及解釋性地且未必限制所請求之本發明。併入本說明書中並構成本說明書之一部分之隨附圖式圖解說明本發明之實施例，並與大體說明一起用於闡釋本發明之原理。
相關申請案之交叉參考 本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)主張2015年10月4日提出申請的發明人為Anant Chimmalgi、Rudolf Brunner、Anatoly Shchemelinin、Ilya Bezel、Erik Kim及Rajeev Patil標題為NOVEL LAMP IGNITION SCHEME AND LAMP DESIGN FOR LASER PUMPED LAMPS USED ON BRIGHTFIELD WAFER INSPECTION TOOLS之美國臨時專利申請案第62/236,904號之優先權，該申請案以全文引用方式併入本文中。 現在將詳細參考在附圖中圖解說明之所揭示標的物。儘管已圖解說明本發明之特定實施例，但應明瞭熟習此項技術者可在不脫離前述揭示內容之範疇及精神之情況下做出本發明之各種修改及實施例。因此，本發明之範疇應僅受附加於其之發明申請專利範圍限制。 大體參考圖1A至圖2C，根據本發明闡述在一寬頻光源中用於點燃並維持一電漿之一系統。本發明之實施例係針對用於一LSP寬頻源中之一無電極電漿燈。本發明之額外實施例係針對經簡化電漿燈幾何形狀及組態。此等實施例改良電漿燈可靠性、使用壽命(藉由防止因電極降級而引起功率消耗)及可擴縮性。本發明之額外實施例係針對涉及使一或多個點火雷射與一或多個維持雷射同軸耦合之電漿點火方案。在此等實施例中，一或多個點火雷射可點燃一給定電漿燈內之一電漿，且然後在該電漿點火之後，一或多個維持雷射可維持該電漿。 圖1A圖解說明本發明之根據實施例用於形成一以光維持之電漿(LSP)之一系統100。系統100可充當用於任何數目個應用(諸如但不限於，一檢測工具或一度量工具)之一寬頻輻射源。 於2008年10月14日頒佈之美國專利第7,435,982號中大體闡述一以光維持之電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2010年8月31日頒佈之美國專利第7,786,455號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2011年8月2日頒佈之美國專利第7,989,786號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2012年5月22日頒佈之美國專利第8,182,127號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2012年11月13日頒佈之美國專利第8,309,943號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2013年2月9日頒佈之美國專利第8,525,138號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2014年12月30日頒佈之美國專利第8,921,814號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2016年4月19日頒佈之美國專利第9,318,311號中亦大體闡述電漿之產生，該專利以全文引用方式併入本文中。於2014年3月25日提出申請之美國專利公開案第2014/029154號中亦大體闡述電漿之產生，該案以全文引用方式併入本文中。於2015年3月31日提出申請之美國專利公開案第2015/0282288號中大體闡述一以光維持之電漿之橫向泵激，該案以全文引用方式併入本文中。一般而言，應將本發明之各種實施例解釋為擴展至此項技術中已知之任何基於電漿之光源。於2010年4月27日頒佈之美國專利第7,705,331號中大體闡述在電漿之內容脈絡中使用之一光學系統，該專利以全文引用方式併入本文中。 在一項實施例中，系統100包含一電漿燈110。在另一實施例中，系統100包含經組態以點燃及/或維持電漿燈110內之一電漿111之一照明源102。照明源102可發射任何選定波長或波長範圍(諸如但不限於，紅外線輻射、可見輻射及/或UV輻射)之光。在一項實施例中，照明源102包含一或多個維持雷射120及一或多個點火雷射130。一或多個點火雷射130可點燃電漿燈110內之電漿111。然後，電漿111一經點燃，一或多個維持雷射120即用於維持電漿燈110內之電漿111。 在另一實施例中，系統100包含用於將照明(例如，點火照明及/或維持照明)自照明源102遞送至系統100之照明路徑101之一或多個光纖(例如，遞送光纖及/或處理光纖)。 在另一實施例中，系統包含一或多個燈光學器件。舉例而言，如圖1A中展示，一或多個燈光學器件可包含(但不限於)一聚光元件108 (例如，橢球面鏡，抛物面鏡或球形鏡)，聚光元件108用於將照明105自照明源102 (經由光纖104)引導及/或聚焦至容納於電漿燈110內之氣體體積109中以點燃及/或維持電漿111。此外，聚光元件108亦可聚集由已產生電漿111發射之寬頻輻射114並將寬頻輻射114引導至一或多個額外光學元件116。 在一替代及/或額外實施例中，一或多個燈光學器件可包含一組照明光學器件，該組照明光學器件用於將照明105自照明源102 (經由光纖104)引導及/或聚焦至容納於電漿燈110內之氣體體積中以點燃及/或維持電漿111。舉例而言，該組照明光學器件可包含一組反射元件(例如，鏡)，該組反射元件經組態以將一輸出自處理光纖104引導至電漿燈110內之氣體體積以點燃及/或維持電漿111。另外，一或多個燈光學器件可包含(但不限於)一組聚光元件(例如，鏡)，該組聚光元件聚集由電漿111發射之寬頻輻射114並將寬頻輻射114引導至一或多個額外光學元件116。於2016年6月20日提出申請之美國專利申請案第15/187,590號中大體闡述單獨照明光學器件及聚光光學器件在一電漿源中之使用，該申請案併入本文中。 注意，用於將來自雷射源102之一或多個維持雷射120之維持照明及來自雷射源102之一或多個點火雷射130之點火照明遞送至電漿111之光學組態可包含能夠將維持照明及點火照明依序地或同時地遞送至電漿111 (或氣體)之任何光學組態。舉例而言，用於將來自一或多個維持雷射120及一或多個點火雷射之照明耦合至光纖104之光學組態可包含反射光學器件及/或透射光學器件。此外，該光學組態可包含一或多個阻擋鏡、一或多個可調整鏡/翻轉鏡、一或多個二向色鏡、一或多個偏光組合器及諸如此類。 圖1B至圖1C圖解說明根據本發明之一或多項實施例之配備有一或多個維持雷射源及一或多個點火光雷射源之一照明源102。 在一項實施例中，照明源102包含一或多個維持雷射120a、120b，及一或多個點火雷射130。在一項實施例中，一或多個維持雷射120a、120b包含一或多個連續波(CW)雷射。舉例而言，雷射源102之一或多個維持雷射120a、120b可包含(但不限於)一或多個二極體雷射(例如，二極體堆疊)。在另一實施例中，雷射源102之一或多個點火雷射130包含一或多個脈衝雷射。舉例而言，雷射源102之一或多個點火雷射130可包含(但不限於)一或多個Q切換雷射。舉例而言，雷射源102之一或多個點火雷射130可包含(但不限於)一或多個Nd-YAG雷射。舉另一實例，雷射源102之一或多個點火雷射130可包含(但不限於)一或多個奈秒脈衝雷射、一或多個皮秒脈衝雷射，或一或多個飛秒脈衝雷射。舉另一實例，一或多個點火雷射130可包含一或多個經調變CW雷射(亦即，以調節模式操作之CW雷射)。舉例而言，一或多個點火雷射130可包含一或多個經調變二極體雷射。 在另一實施例中，照明源102包含用於將照明源(例如，維持照明及/或點火照明)之光學輸出遞送至一或多個下游光學元件之一遞送光纖138。 在另一實施例中，照明源102包含一光纖耦合器140。舉例而言，如圖1B中所展示，光纖耦合器140可將遞送光纖138之一輸出以光學方式耦合至處理光纖104之一光學輸入。光纖耦合器140可包含將遞送光纖138之輸出耦合至處理光纖104之輸入所必需之任何數目及任何類型的光學元件。舉例而言，光纖耦合器140可包含經配置以將遞送光纖138之輸出耦合至處理光纖104之輸入的透鏡142及144。此外，處理光纖104可係一犧牲光纖，其允許一使用者在必要時將一新光纖附接至光纖耦合器140。 舉例而言，照明源102可包含用於點燃電漿之一Q切換奈秒脈衝雷射及用於維持電漿之一或多個二極體雷射。在此實例中，Q切換奈秒脈衝雷射之輸出可在被耦合至遞送光纖138之前與雷射源102自身內部之二極體雷射輸出同軸耦合。在一項實施例中，二極體雷射120a、120b (例如，二極體堆疊)可以CW模式持續操作，且一旦脈衝雷射130點燃電漿該二極體雷射即可承擔電漿維持責任。注意，使用光纖雷射比其他選擇通常更可靠、更緊湊，且免對準，且可簡化雷射源設計。 注意，可使用此項技術中已知之任何一組光學元件/組件，將一或多個點火雷射130之輸出133與一或多個維持雷射120a及/或120b之輸出同軸地耦合至遞送光纖138之一輸入。 在一項實施例中，可使用一組鏡以在空間上分離雷射120a、120b及130之輸出，並將雷射120a、120b及130之輸出引導及/或聚焦至遞送光纖138之輸入。舉例而言，如圖1B中所展示，使用鏡126a、126b、127及128來將雷射照明自維持雷射120a、120b及點火雷射130引導至遞送光纖138之輸入。 注意，由於可用空間被來自維持雷射120a、120b之雷射照明123a、123b佔用，因此可使用一或多個光學元件來暫時阻擋維持雷射照明的一部分，以便允許點火照明133傳輸至遞送光纖138且繼續傳輸至電漿。舉例而言，如圖1B中所展示，可定位一翻轉鏡127 (或者可致動鏡)以便在電漿被點燃時，將點火照明133反射至鏡128且繼續反射至遞送光纖138，但阻擋來自雷射120b之維持照明123b。然後，如圖1C中所展示，在電漿點火之後，可調整翻轉鏡127使得其阻擋來自點火源130的點火照明133，但允許維持照明123b傳遞至鏡128且繼續傳遞至遞送光纖138。進一步注意，源102可包含用以將光引導並聚焦至遞送光纖138中的任何數目個透鏡122a、122b、132、136。 注意，一或多個維持雷射120a、120b及一或多個點火雷射130之光學輸出可以此項技術中已知之任何方式耦合至遞送光纖138。在另一實施例中，遞送光纖138及/或處理光纖104可係多階/多核心光纖，藉此將不同波長之光聚焦至給定光纖之不同層中。於2016年9月23日提出申請之美國專利申請案第15/274,956號中論述了在電漿產生之內容脈絡中一多階/多核心光纖之使用，該申請案以全文引用方式併入本文中。 圖1D圖解說明根據本發明之一或多項替代實施例配備有一或多個維持雷射源及一或多個點火光雷射源之一照明源102。在此實施例中，可將點火照明133經由光纖耦合器140遞送至處理光纖104。在一項實施例中，光纖耦合器140包含一或多個二向色鏡148，二向色鏡148適於在允許來自維持雷射120a、120b之照明自遞送光纖138通過而至處理光纖104時將點火照明133反射至處理光纖104中。 在一項實施例中，二向色鏡148係可移動的。就此而言，可在特定應用期間或在電漿點火期間選擇性地將二向色鏡148放置至光纖耦合器中。舉例而言，電漿111一經點燃，即可移動二向色鏡148。 此組態允許在不同於維持雷射120a、120b之一波長下操作之外部點火脈衝雷射130之一輸出耦合至處理光纖104及電漿111。此一組態提供藉由添加一外部雷射(例如，光纖雷射或習用Nd-Yag雷射)來按比例增大脈衝雷射功率(脈衝能量)之靈活性。 注意，雖然圖1D之外部點火源在圖1D中經展示為唯一點火源，但此組態並非對本發明之一限制。注意，可同時使用圖1C之內部點火源130及圖1D之外部點火源130以允許在需要此功率增大之應用中靈活地按比例增大點火功率。 注意，不應將圖1B至圖1D中繪示之光學組態限制於兩個維持雷射或一單個點火雷射。相反，可將圖1B至圖1D中繪示之光學組態擴展至任何數目個維持雷射及任何數目個點火雷射。舉例而言，照明源102可包含一或多個維持雷射(例如，一個、兩個、三個維持雷射等)。在此實例中，可藉由添加額外維持雷射來修改圖1B至圖1D之光學組態。舉例而言，鏡128可係允許來自額外維持雷射之照明通過而至透鏡136之一個二向色鏡。舉另一實例，照明源102可包含一或多個點火雷射(例如，一個、兩個、三個點火雷射等)。 圖1E圖解說明根據本發明之一或多項替代實施例配備有一或多個維持雷射源及一或多個點火光雷射源之一照明源102。在此實施例中，照明源102包含一或多個二向色鏡且雷射120a、120b及130發射不同波長(或波長範圍)之雷射照明。舉例而言，第一維持雷射120a發射波長λ1 之雷射照明，第二維持雷射120b發射波長λ2 之雷射照明，且點火雷射130發射λ3 之雷射照明(其中λ1 、λ2 及λ3 係不同的)。此外，鏡150、152及154可係二向色鏡。就此而言，鏡150可反射一第一波長λ1 (或一組波長)之光。然後，鏡152透射第一波長λ1 之光，但反射第二波長λ2 之光。繼而，鏡154透射第一波長λ1 及第二波長λ2 之光，但反射第三波長λ3 之光。就此而言，來自一或多個維持雷射源及一或多個點火光雷射源之照明可耦合至透鏡136，透鏡136然後將點火照明及維持照明(依序地或同時地)聚焦及/或引導至遞送光纖138中。繼而，如本文中先前所論述，光纖耦合器140可將遞送光纖138之輸出耦合至處理光纖104之輸入中，然後處理光纖104將源102之輸出經由各種光學元件遞送至電漿111 (或氣體)。 注意，亦可利用基於偏光之光學元件來組合來自維持源120a、120b及一或多個點火源130之照明。舉例而言，可使用一組偏光元件(例如，偏光分束器/偏光組合器)來將來自一或多個維持雷射之照明及來自一或多個點火源之照明耦合至遞送光纖138中。就此而言，來自一或多個維持雷射之照明可被偏光成一種狀態，而來自一或多個點火雷射之照明被偏光成一正交狀態。然後，可以類似於圖1E之二向色鏡之一方式實施一組偏光分束器/組合器。 注意在本文中，對圖1B至圖1E之以上說明並非對本發明之範疇之一限制且僅出於圖解說明目的而提供。應認識到，可實施任何數目個等效光學組態以便將維持照明及點火照明依序地或同時地遞送至電漿111。 圖1F圖解說明根據本發明之一替代實施例用於形成一以光維持之電漿(LSP)之系統100。在此實施例中，可將點火照明經由經定位以遞送來自不同於照明束105之一方向之點火照明之一點火雷射130遞送至電漿燈110。舉例而言，可將點火照明133經由聚光元件108中之一側端口150耦合至電漿燈110中。另一選擇係，可將點火照明133經由任何其他方向耦合至電漿燈110中。注意，一無電極組態提供將點火束133耦合至電漿燈110中之較大靈活性。另外，點火雷射束133可再使用與一或多個維持雷射120共有的聚光元件108之全部或部分。 圖2A至圖2C圖解說明根據本發明之一或多項實施例用於系統100之電漿燈110中之各種燈泡形狀。在一項實施例中，如圖2A中所展示，電漿燈泡202可具有一圓柱形形狀。在另一實施例中，圓柱形形狀之電漿燈泡202可垂直延伸以便輔助耗散電漿燈內之對流。 在另一實施例中，如圖2B中所展示，電漿燈泡202可具有一球形形狀。注意，電漿燈泡202之球形形狀可減少或消除對由電漿111發射之寬頻輻射之像差補償之需要。 在另一實施例中，如圖2C中所展示，電漿燈泡202可具有一心形形狀(亦即，心臟形狀)。在一項實施例中，心形形狀之電漿燈可包含一尖峰部210，尖峰部210位於玻璃燈泡之內部表面上，用於引導電漿燈110之氣體體積109內之對流。 在另一實施例中，電漿燈110係可再次填充的。如圖2A至圖2C中所展示，電漿燈110可包含可操作地耦合至電漿燈110之電漿燈泡202之一部分之一氣體端口總成205。舉例而言，電漿燈110可包含一氣體端口總成205，氣體端口總成205機械地連接至燈泡202之底部部分且經組態以促進一氣體自一氣體源至電漿燈110之燈泡202之內部區之選擇性轉移。 在一項實施例中，氣體端口總成205可包含一填充端口207、一遞送帽203、一接收帽206及適於將遞送帽203機械地固定至接收帽206之一夾具208。在此實施例中，可將來自一氣體源(未展示)之氣體自氣體源經由氣體端口總成205之填充端口207輸送(亦即，流動)至玻璃燈泡202之內部室中。此外，填充端口207、遞送帽203、接收帽206及夾具208各自可由一選定金屬(例如，不銹鋼)或非金屬材料構造。 於2012年10月9日提出申請之美國專利申請案第13/647,680號中闡述了可再次填充之氣體燈泡及各種燈泡形狀之利用，該申請案以全文引用方式併入本文中。雖然圖2A至圖2C圖解說明在可再次填充之燈泡(配備有一氣體端口總成)之內容脈絡中實施之各種電漿燈泡形狀，但注意在本文中本發明中所闡述之電漿燈泡形狀中之每一者亦可被實施於一不可再次填充之電漿燈中。 雖然本發明之大量篇幅集中於包含一電漿燈泡之一電漿燈，但注意本發明之範疇可擴展至電漿產生技術中已知之任何氣體容納結構或容器，諸如(但不限於)一電漿燈泡、一電漿格室及一電漿室。 至少在於2007年4月2日提出申請之美國專利申請案第11/695,348號、於2006年3月31日提出申請之美國專利申請案第11/395,523號及於2012年10月9日提出申請之美國專利申請案第13/647,680號中闡述了一電漿燈泡之使用，上述申請案先前各自以全文引用方式併入本文中。至少在於2014年3月31日提出申請之美國專利申請案第14/231,196號及於2014年5月27日提出申請之美國專利申請案第14/288,092號中闡述了一電漿格室之使用，上述申請案先前各自以全文引用方式併入本文中。2010年5月26日提出申請之美國專利申請案12/787,827、2015年3月17日提出申請之美國專利申請案14/660,846、2015年3月26體提出申請之美國專利申請案第14/670,210號、2014年3月25日提出申請之美國專利申請案第14/224,945號中闡述了作為一氣體容納結構之一氣體腔之使用，上述申請案各自以全文引用方式併入本文中。 再次參考圖1A，系統100之電漿燈110之透射部分(例如，燈泡、透射元件或窗口)可由對於由電漿111產生之寬頻輻射114及/或來自照明源102之照明105而言至少部分地透明的此項技術中已知之任何材料形成。舉例而言，電漿燈110之一或多個透射部分(例如，燈泡、透射元件或窗口)可由對於電漿燈110內產生之EUV輻射、VUV輻射、DUV輻射、UV輻射、NUV輻射及/或可見光而言至少部分地透明的此項技術中已知之任何材料形成。此外，電漿燈110之一或多個透射部分可由對於來自照明源102之IR輻射、可見光及/或UV光而言至少部分地透明的此項技術中已知之任何材料形成。在另一實施例中，電漿燈110之一或多個透射部分可由對於來自照明源102 (例如，IR源)之輻射及由電漿111發射之輻射(例如，EUV、VUV、DUV、UV、NUV輻射及/或可見光)兩者而言皆透明的此項技術中已知之任何材料形成。 在某些實施例中，電漿燈110之透射部分可由一低OH含量之熔融矽石玻璃材料形成。在其他實施例中，氣體容納結構之透射部分可由高OH含量之熔融矽石玻璃材料形成。舉例而言，電漿燈110之透射部分可包含(但不限於) SUPRASIL 1、SUPRASIL 2、SUPRASIL 300、SUPRASIL 310、HERALUX PLUS、HERALUX-VUV及諸如此類。在其他實施例中，電漿燈110之透射部分可包含(但不限於)氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰、結晶型石英及藍寶石。A. Schreiber等人之Radiation Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps , J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), 3242-3250中詳細闡述了適於在本發明之電漿燈110中實施之各種玻璃，以上文獻以全文引用方式併入本文中。 在一項實施例中，電漿燈110可容納此項技術中已知的適於在吸收泵激照明之後旋即產生電漿之任何選定氣體(例如，氬氣、氙氣、汞或諸如此類)。在一項實施例中，將照明105自照明源102聚焦至氣體體積109中使得能量由電漿燈110內之氣體或電漿吸收(例如，透過一或多個選定吸收線)。 預期在本文中，系統100可用於在各種氣體環境中起始及/或維持電漿111。在一項實施例中，用於起始及/或維持電漿111之氣體可包含一惰性氣體(例如，稀有氣體或非稀有氣體)或一非惰性氣體(例如，汞)。在另一實施例中，用於起始及/或維持電漿111之氣體可包含一氣體混合物(例如，惰性氣體混合物、惰性氣體與非惰性氣體混合物或非惰性氣體一混合物)。舉例而言，適於在本發明之系統100中實施之氣體可包含(但不限於) Xe、Ar、Ne、Kr、He、N2 、H2 O、O2 、H2 、D2 、F2 、CH4 、一或多種金屬鹵化物、一種鹵素、Hg、Cd、Zn、Sn、Ga、Fe、Li、Na、Ar:Xe、ArHg、KrHg、XeHg及其任何混合物。應將本發明解釋為擴展至任何以光泵激之電漿產生系統，且進一步解釋為擴展至適於在一氣體容納結構內維持電漿之任何類型的氣體。 注意，電漿燈110之寬頻輸出114可被耦合至一光學表徵工具(諸如但不限於，一檢測工具及/或度量工具)之照明光學器件。 在一項實施例中，系統100可包含各種額外光學元件。在一項實施例中，該組額外光學器件可包含經組態以聚集自電漿111發出之寬頻輻射114的額外聚光光學器件。舉例而言，系統100可包含經配置以將照明自聚光元件108引導至下游光學器件(諸如但不限於，一均質器)之一冷光鏡112。 在另一實施例中，該組額外光學器件可包含沿著系統100之照明路徑或聚光路徑放置之一或多個額外透鏡(例如，透鏡)。該一或多個透鏡可用於將照明自照明源102聚焦至氣體體積109中。另一選擇係，該一或多個額外透鏡可用於將自電漿111發出之寬頻輻射114聚焦至一選定目標上(未展示)。 在另一實施例中，該組額外光學器件可包含一轉向鏡106。在一項實施例中，轉向鏡106可經配置以自照明源102接收照明105，並將該照明經由聚光元件108引導至容納於電漿燈110內之氣體體積109。在另一實施例中，聚光元件108經配置以自鏡106接收照明並將該照明聚焦至聚光元件108 (例如，橢球形聚光元件)之焦點，電漿燈110係位於該焦點上。 在另一實施例中，該組額外光學器件可包含一或多個濾光器(未展示)，該等濾光器係沿著照明路徑或聚光路徑放置以便在光進入電漿燈110之前對照明進行濾光，或在光自電漿111發射之後對照明進行濾光。注意在本文中，如上文所闡述及圖1A中所圖解說明之系統100的光學器件組僅係出於圖解說明目的而提供，且不應解釋為限制性的。預期，可在本發明之範疇內利用若干個等效光學組態。 本文中所闡述的標的物有時圖解說明含於其他組件內或與其他組件連接的不同組件。應理解，此等所繪示架構僅係例示性的，且事實上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。在一概念意義上，達成相同功能性之組件的任何配置係有效地「相關聯」以使得達成所期望的功能性。因此，可將本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件視為彼此「相關聯」，以使得達成所期望之功能性，而無論架構或中間組件如何。同樣地，亦可將如此相關聯之任何兩個組件視為彼此「經連接」或「經耦合」以達成所期望之功能性，且亦可將能夠如此相關聯之任何兩個組件視為「可耦合」至彼此以達成所期望之功能性。可耦合之特定實例包含(但不限於)可實體配合及/或實體互動之組件，及/或可以無線方式互動及/或以無線方式互動之組件，及/或以邏輯方式互動及/或可以邏輯方式互動之組件。 相信藉由前述說明將理解本發明及其許多隨附優點，且將明瞭可在不脫離所揭示標的物或不犧牲所有其實質優點的情況下，對組件之形式、構造及佈置做出各種改變。所闡述之形式僅係闡釋性的，且以下發明申請專利範圍之意圖係囊括且包含此等改變。此外，應理解，本發明係由隨附發明申請專利範圍定義。
100‧‧‧系統 101‧‧‧照明路徑 102‧‧‧照明源/雷射源/源 104‧‧‧光纖/處理光纖 105‧‧‧照明/照明束 106‧‧‧轉向鏡/鏡 108‧‧‧聚光元件 109‧‧‧氣體體積 110‧‧‧電漿燈 111‧‧‧電漿 112‧‧‧冷光鏡 114‧‧‧寬頻輻射 116‧‧‧額外光學元件 120‧‧‧維持雷射 120a‧‧‧維持雷射/二極體雷射/雷射/第一維持雷射/維持源 120b‧‧‧維持雷射/二極體雷射/雷射/維持源/第二維持雷射 122a‧‧‧透鏡 122b‧‧‧透鏡 123a‧‧‧雷射照明 123b‧‧‧雷射照明/維持照明 126a‧‧‧鏡 126b‧‧‧鏡 127‧‧‧鏡/翻轉鏡 128‧‧‧鏡 130‧‧‧點火雷射/脈衝雷射/雷射/點火源/外部點火脈衝雷射/內部點火源/外部點火源 132‧‧‧透鏡 133‧‧‧輸出/點火照明/點火束/點火雷射束 136‧‧‧透鏡 138‧‧‧遞送光纖 140‧‧‧光纖耦合器 142‧‧‧透鏡 144‧‧‧透鏡 148‧‧‧二向色鏡 150‧‧‧鏡/側端口 152‧‧‧鏡 154‧‧‧鏡 202‧‧‧電漿燈泡/燈泡/玻璃燈泡 203‧‧‧遞送帽 205‧‧‧氣體端口總成 206‧‧‧接收帽 207‧‧‧填充端口 208‧‧‧夾具 210‧‧‧尖峰部 λ1‧‧‧波長/第一波長 λ2‧‧‧波長/第二波長 λ3‧‧‧第三波長
熟習此項技術者可藉由參考附圖更好地理解本發明之眾多優點，其中： 圖1A圖解說明根據本發明之一或多項實施例之用於形成一以光維持之電漿之一系統之一經簡化示意圖。 圖1B至圖1C圖解說明根據本發明之一或多項實施例之包含一維持雷射及一內部點火雷射之一照明源之經簡化示意圖。 圖1D圖解說明根據本發明之一或多項實施例之包含一維持雷射及一外部點火雷射之一照明源之一經簡化示意圖。 圖1E圖解說明根據本發明之一或多項實施例之配備有多個二向色鏡之一照明源之一經簡化示意圖。 圖1F圖解說明根據本發明之一或多項實施例之一系統之一經簡化示意圖，該系統係用於形成一以光維持之電漿且具有沿著不同於維持雷射之一方向定位之一外部點火雷射。 圖2A圖解說明根據本發明之一或多項實施例之具有一圓柱形電漿燈泡之一電漿燈之一經簡化示意圖。 圖2B圖解說明根據本發明之一或多項實施例之具有一球形電漿燈泡之一電漿燈之一經簡化示意圖。 圖2C圖解說明根據本發明之一或多項實施例之具有一心形電漿燈泡之一電漿燈之一經簡化示意圖。
100‧‧‧系統
101‧‧‧照明路徑
102‧‧‧照明源/雷射源/源
104‧‧‧光纖/處理光纖
105‧‧‧照明/照明束
106‧‧‧轉向鏡/鏡
108‧‧‧聚光元件
109‧‧‧氣體體積
110‧‧‧電漿燈
111‧‧‧電漿
112‧‧‧冷光鏡
114‧‧‧寬頻輻射
116‧‧‧額外光學元件
120‧‧‧維持雷射
130‧‧‧點火雷射/脈衝雷射/雷射/點火源/外部點火脈衝雷射/內部點火源/外部點火源

Claims (50)

  1. 一種用於無電極電漿點火之照明源，其包括： 一或多個點火雷射，其經組態以在經容納於一電漿燈內之一氣體內點燃一電漿； 一或多個維持雷射，其經組態以維持該電漿； 一遞送光纖；及 一或多個光學元件，其經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該遞送光纖。
  2. 如請求項1之照明源，其中該一或多個點火雷射之該輸出係在該遞送光纖之一輸入之前與該一或多個維持雷射之該輸出同軸耦合。
  3. 如請求項1之照明源，其中該一或多個點火雷射包括： 一或多個脈衝雷射。
  4. 如請求項1之照明源，其中該一或多個點火雷射包括： 以經調變模式操作之一或多個連續波雷射。
  5. 如請求項1之照明源，其中該一或多個維持雷射包括： 一或多個連續波雷射。
  6. 如請求項5之照明源，其中該一或多個連續波雷射包括： 一或多個二極體雷射。
  7. 如請求項1之照明源，其中經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出與該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式同軸耦合至該遞送光纖的該一或多個光學元件包括： 一或多個二向色鏡、一或多個偏光組合器、一或多個阻擋鏡，或一或多個翻轉鏡中之至少一者。
  8. 一種用於無電極電漿點火之照明源，其包括： 一或多個點火雷射，其經組態以在容納於一電漿燈內之一氣體內點燃一電漿； 一或多個維持雷射，其經組態以維持該電漿； 一遞送光纖，其中該一或多個維持雷射之一輸出經耦合至該遞送光纖之一輸入； 一處理光纖； 一光纖耦合器，其以係光學方式耦合至該遞送光纖之一輸出及該處理光纖之一輸入，其中該光纖耦合器包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該處理光纖之一輸入。
  9. 如請求項8之照明源，其中該光纖耦合器之該一或多個光學元件經組態以將該遞送光纖及該一或多個點火雷射之一輸出耦合至該處理光纖之一輸入。
  10. 如請求項8之照明源，其中該一或多個點火雷射之該輸出係在該遞送光纖之一輸出下游與該一或多個維持雷射之該輸出同軸耦合。
  11. 如請求項8之照明源，其中該一或多個點火雷射包括： 一或多個脈衝雷射。
  12. 如請求項8之照明源，其中該一或多個點火雷射包括： 以經調變模式操作之一或多個連續波雷射。
  13. 如請求項8之照明源，其中該一或多個維持雷射包括： 一或多個連續波雷射。
  14. 如請求項13之照明源，其中該一或多個連續波雷射包括： 一或多個二極體雷射。
  15. 如請求項8之照明源，其中經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之該輸出及該一或多個維持雷射之該輸出以光學方式耦合至該處理光纖之一輸入的該光纖耦合器之該一或多個光學元件包括： 一或多個二向色鏡、一或多個偏光組合器、一或多個阻擋鏡，或一或多個翻轉鏡中之至少一者。
  16. 一種電漿寬頻源，其包括： 一電漿燈，用於容納一氣體體積； 一或多個點火雷射； 一或多個維持雷射； 一遞送光纖； 一或多個光學元件，其經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該遞送光纖；及 一或多個燈光學器件，其經組態以將一輸出自該遞送光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積，以在該電漿燈中之該氣體體積內點燃並維持電漿。
  17. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射之該輸出係在該遞送光纖之一輸入之前與該一或多個維持雷射之該輸出同軸耦合。
  18. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射包括： 一或多個脈衝雷射。
  19. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射包括： 以經調變模式操作之一或多個連續波雷射。
  20. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個維持雷射包括： 一或多個連續波雷射。
  21. 如請求項20之電漿寬頻源，其中該一或多個連續波雷射包括： 一或多個二極體雷射。
  22. 如請求項16之電漿寬頻源，其中經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出與該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式同軸耦合至該遞送光纖的該一或多個光學元件包括： 一或多個二向色鏡、一或多個偏光組合器、一或多個阻擋鏡，或一或多個翻轉鏡中之至少一者。
  23. 如請求項22之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件經組態以聚集由經產生之該電漿所發射之寬頻輻射的至少一部分，並將該寬頻輻射引導至一或多個額外光學元件。
  24. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件包括： 一聚光元件。
  25. 如請求項24之電漿寬頻源，其中該聚光元件包括： 一橢球面聚光鏡、一抛物面聚光鏡，或一球形聚光鏡中之至少一者。
  26. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件包括： 一組反射元件，其經組態以將一輸出自該遞送光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積；及 一組聚光元件，其經組態以聚集由經產生之該電漿所發射之寬頻輻射的至少一部分，並將該寬頻輻射引導至一或多個額外光學元件。
  27. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該電漿燈包含一電漿燈泡。
  28. 如請求項27之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有一實質上圓柱形形狀或一實質上球形形狀中之至少一者。
  29. 如請求項27之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有一實質上心形形狀。
  30. 如請求項29之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有經安置於該燈泡之內部表面上、經組態以在該電漿燈泡內引導對流之一尖峰部。
  31. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該電漿燈係無電極的。
  32. 如請求項16之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡之氣體包括： 一惰性氣體、一非惰性氣體或者兩種或兩種以上氣體之一混合物中之至少一者。
  33. 一種電漿寬頻源，其包括： 一電漿燈，用於容納一氣體體積； 一或多個點火雷射； 一或多個維持雷射； 一遞送光纖，其中該一或多個維持雷射之一輸出經耦合至該遞送光纖之一輸入； 一處理光纖； 一光纖耦合器，其係以光學方式耦合至該遞送光纖之一輸出及該處理光纖之一輸入，其中該光纖耦合器包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之一輸出及該一或多個維持雷射之一輸出以光學方式耦合至該處理光纖之一輸入；及 一或多個燈光學器件，其經組態以將一輸出自該處理光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積，以在該電漿燈中之該氣體體積內點燃並維持電漿。
  34. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該光纖耦合器之該一或多個光學元件經組態以將該遞送光纖及該一或多個點火雷射之一輸出耦合至該處理光纖之一輸入。
  35. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射之該輸出係在該遞送光纖之一輸出下游與該一或多個維持雷射之該輸出同軸耦合。
  36. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射包括： 一或多個脈衝雷射。
  37. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個點火雷射包括： 以經調變模式操作之一或多個連續波雷射。
  38. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個維持雷射包括： 一或多個連續波雷射。
  39. 如請求項38之電漿寬頻源，其中該一或多個連續波雷射包括： 一或多個二極體雷射。
  40. 如請求項33之電漿寬頻源，其中經組態以選擇性地將該一或多個點火雷射之該輸出及該一或多個維持雷射之該輸出以光學方式耦合至該處理光纖之一輸入的該光纖耦合器之該一或多個光學元件包括： 一或多個二向色鏡、一或多個偏光組合器、一或多個阻擋鏡，或一或多個翻轉鏡中之至少一者。
  41. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件經組態以聚集由經產生之該電漿所發射之寬頻輻射的至少一部分，並將該寬頻輻射引導至一或多個額外光學元件。
  42. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件包括： 一聚光元件。
  43. 如請求項42之電漿寬頻源，其中該聚光元件包括： 一橢球面聚光鏡、一抛物面聚光鏡，或一球形聚光鏡中之至少一者。
  44. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該一或多個燈光學器件包括： 一組反射元件，其經組態以將一輸出自該遞送光纖引導至該電漿燈內之該氣體體積；及 一組聚光元件，其經組態以聚集由經產生之該電漿所發射之寬頻輻射的至少一部分，並將該寬頻輻射引導至一或多個額外光學元件。
  45. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該電漿燈包含一電漿燈泡。
  46. 如請求項45之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有一實質上圓柱形形狀或一實質上球形形狀中之至少一者。
  47. 如請求項45之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有一實質上心形形狀。
  48. 如請求項47之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡具有經安置於該燈泡之內部表面上、經組態以在該電漿燈泡內引導對流之一尖峰部。
  49. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該電漿燈係無電極的。
  50. 如請求項33之電漿寬頻源，其中該電漿燈泡之氣體包括： 一惰性氣體、一非惰性氣體，或兩種或兩種以上氣體之一混合物中之至少一者。
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