TW202340705A - 使用四硼酸鍶之用於頻率轉換的深紫外光雷射 - Google Patents

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Abstract

在一雷射總成之最終倍頻級中使用包含協作地組態以產生用於準相位匹配(QPM)之一週期性結構的堆疊式四硼酸鍶SrB 4O 7(SBO)晶體平板之一非線性晶體，以產生具有在約180 nm至200 nm之範圍內的一波長之雷射輸出光。使用一或多個頻率轉換級對一或多個基本雷射射束進行頻率加倍、降頻轉換及/或求和，以產生具有在約360 nm至400 nm之範圍內的一對應波長之一中頻光，且接著最終頻率轉換級利用該非線性晶體來使該中頻光之頻率加倍以在高功率下產生所期望雷射輸出光。亦描述併入該雷射總成之方法、檢測系統、微影術系統及切割系統。

Description

使用四硼酸鍶之用於頻率轉換的深紫外光雷射
本申請案係關於能夠產生具有深紫外光(DUV)及真空紫外光(VUV)波長之光之雷射，且特定而言係關於能夠產生在大致180 nm至200 nm之範圍內的光之雷射及使用此等雷射之系統。併入本文中所揭示之雷射之系統可經組態以檢測樣本，諸如光罩、主光罩及半導體晶圓。併入本文中所揭示之雷射之系統可經組態為用於暴露諸如半導體晶圓之基板上的圖案之微影術系統，可經組態用於對基板進行切割或鑽孔，或可經組態用於諸如在眼睛矯正手術中燒蝕或切割生物組織。
隨著半導體裝置之尺寸縮小，可造成一裝置出故障之最小粒子或圖案缺陷之大小亦縮小。因此，需要偵測經圖案化及未經圖案化半導體晶圓及主光罩上之較小粒子及缺陷。由小於光之波長之粒子散射的彼光之強度通常與彼粒子之尺寸之一高次冪成比例。例如，來自一孤立的小球形粒子之光之總散射強度與球體直徑之六次冪成正比且與波長之四次冪成反比。由於散射光之強度增加，與較長波長相比，較短波長通常將提供對偵測小粒子及缺陷更好之靈敏度。
由於自小粒子及缺陷散射之光之強度通常非常低，需要高照明強度來產生可在一非常短時間內偵測到之一信號。可能需要1 W或更高之平均光源功率位準來產生此一信號。在此等高平均功率位準下，可期望一高脈衝重複率，因為該重複率越高，每脈衝之能量越低且因此損壞系統光學器件或被檢測物件之風險越低。連續波(CW)光源通常最能滿足對檢測及度量衡之照明需要。一CW光源具有一恆定功率位準，此避免峰值功率損壞問題且允許連續地獲取影像或資料。然而，在諸多情況下，具有約50 MHz或更高之重複率之鎖模雷射(亦被稱為準CW雷射)可能係有用的，因為高重複率意謂著每脈衝之能量可能足夠低以避免損害諸多度量衡及檢測應用。與相同平均功率位準之一CW雷射相比較，一鎖模雷射之更高峰值功率可允許更高效且更簡單的頻率轉換。
特定而言，接近193 nm之波長係有用的，因為此等波長接近於可在乾燥空氣中傳播合理距離(諸如約1 m)之最短波長。短於約190 nm之波長被氧氣強烈地吸收且通常被稱為VUV波長。ArF準分子雷射(亦被稱為激基複合物雷射)產生接近於193 nm之一波長且已在半導體及醫療行業中使用20多年。然而，ArF準分子雷射具有若干缺點。最大脈衝重複率係約100 kHz。氟具腐蝕性且導致該等雷射需要頻繁維護。取決於雷射空腔設計之細節，脈衝長度可在自幾ns至約100 ns之範圍內。諸如切割及燒蝕材料之一些應用需要短脈衝(例如，約10 ps或更短)來最小化對鄰近於被移除材料之材料造成之熱損壞。
授予Mead等人之美國專利5,742,626描述一種經組態以產生接近193 nm之波長之固態雷射。此雷射係複雜的且因此將基本雷射之能量轉換為輸出波長下之光時具有低效率。其包含五個頻率轉換級，諸如一OPO (光學參數振盪器)、兩個倍頻級及兩個頻率求和級。DUV頻率轉換級可使用BBO (β硼酸鋇)或CLBO (硼酸銫鋰)晶體。兩種材料在用於此應用中時皆有缺點。當暴露於高強度DUV輻射時，BBO之損壞臨限值相對較低。CLBO可具有高於BBO之一損壞臨限值，但具吸濕性，在處置、處理及操作期間需要極其小心。
因此，需要一種克服如上文所描述的先前方法之限制之雷射。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種特性化系統。在實施例中，該特性化系統包括經組態以產生具有在180 nm與200 nm之間之一範圍內的一波長之光之一光源。在實施例中，該特性化系統包括經組態以將該光引導至一樣本上之一光學系統。在實施例中，該光源包括：一第一基本雷射，其經組態以產生具有一對應基頻之一基本雷射射束；一或多個中頻轉換級，其共同經組態以使用該基本雷射射束產生一中頻光，該中頻光具有一相關聯中頻及在360 nm與400 nm之間的一對應中間波長；及一最終倍頻級，其經組態以使該中頻光穿過一非線性晶體。在實施例中，該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板，使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二SBO晶體平板。在實施例中，該複數個SBO晶體平板協作地經組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有一輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。該特性化系統可經組態為一檢測系統、一度量衡系統或一微影術系統。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種用於產生雷射輸出光之雷射總成。在實施例中，該雷射總成包括經組態以產生具有一對應基頻之一基本雷射射束之一第一基本雷射。在實施例中，該雷射總成包括共同經組態以使用該基本雷射射束產生一中頻光之一或多個中頻轉換級，該中頻光具有一相關聯中頻及在近似360 nm與近似400 nm之間的一對應中間波長。在實施例中，該雷射總成包括經組態以使該中頻光穿過一非線性晶體之一最終倍頻級。在實施例中，該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板，使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二晶體平板。在實施例中，該複數個SBO晶體平板協作地經組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有該輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。
根據本發明之一或多項實施例，揭示一種用於產生雷射輸出光之方法。在實施例中，該方法包含產生具有一相關聯中頻及在約360 nm與400 nm之間的一對應中間波長之中頻光。在實施例中，該方法包含利用一最終倍頻級來使該中頻光穿過一非線性晶體。在實施例中，該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板，使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二SBO晶體平板。在實施例中，該複數個SBO晶體平板協作地組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有一輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。
應理解，前述一般描述及以下詳細描述兩者僅係實例性及解釋性的且不一定限制本發明。併入說明書中且構成其一部分之隨附圖式繪示本發明之標的物。該等描述及圖式一起用來解釋本發明之原理。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2021年12月11日申請之美國臨時申請案第63/288,560號之權益，該案之全文以引用的方式併入本文中。
現在將詳細地參考所揭示標的物，該標的物在隨附圖式中進行繪示。已關於某些實施例及其等特定特徵特定地展示及描述本發明。本文中所闡述之實施例應被理解為係繪示性的而非限制性的。對於一般技術者而言應容易顯而易見的是，在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，可在形式及細節上進行各種改變及修改。
本發明之實施例針對一種CW、鎖模或短脈衝雷射，其產生接近193 nm之一波長之輻射並避免先前技術193 nm雷射之諸多或所有缺點，且適用於經組態用於檢測基板、將一圖案暴露至一基板上之光阻劑中或對包含生物組織之材料進行鑽孔、切割或燒蝕之系統中。本發明之實施例針對利用兩個至四個頻率轉換級且經組態以在高功率下產生具有接近193 nm之一波長(例如，在約180 nm與約200 nm之間的一波長)之雷射輸出光同時避免與先前技術方法相關聯之上述問題及缺點之雷射。應注意，在以下描述中，在無條件地提到一波長之情況下，彼波長可被假定為真空中之波長。
該等頻率轉換級產生具有在約360 nm與400 nm之間的一波長(諸如接近386 nm之一波長)之中頻光，且包含併入一非線性晶體之一最終倍頻級，該非線性晶體包括形成一週期性結構之堆疊式四硼酸鍶SrB 4O 7(SBO)晶體平板，該等晶體平板協作地經組態以實現適於該中頻光之倍頻之準相位匹配(QPM)以產生具有在約180 nm與200 nm之間的一波長(例如，接近193 nm之一波長)之雷射輸出光。
在一項實施例中，該協作組態包含實體地堆疊單獨SBO晶體平板使得循序配置的晶體平板之c軸交替地倒置(例如，一給定SBO晶體平板之晶軸相對於(若干)鄰近SBO晶體平板之晶軸旋轉180°)，由此形成類似於一週期性極化晶體材料之一週期性結構(例如，其中各SBO晶體平板形成週期性結構中之一實體極點)。各非線性晶體藉由以下步驟而進一步經組態以在一給定光學系統中使用：定向SBO晶體平板使得在輸入光穿過光學系統內之SBO晶體堆疊時經倒置晶軸實質上平行於輸入光之一極化方向對準；及形成SBO晶體平板使得至少一個SBO晶體平板之厚度在極點之間產生實質上等於一臨界長度之奇數倍之一間距(即，光在各平板之相對表面之間沿光傳播方向行進之距離)，以實現輸入光頻率及輸出頻率(輸入頻率之二次諧波)之準相位匹配。藉由以此方式協作地組態兩個或更多個SBO晶體平板，根據本發明產生之非線性晶體促進倍頻以產生具有接近193 nm之一波長之光同時避免與先前技術方法相關聯之上述問題及缺點。
在下文所描述之具體所揭示實施例中，本發明針對半導體製造工業中利用之檢測及度量衡系統之改良，且特定而言針對用於此等檢測及度量衡系統之雷射總成，該等雷射總成能夠產生雷射光，該雷射光具有約1 W或更高之一光源功率位準且具有在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一輸出波長，諸如接近193 nm之一波長。在一實際實施例中，在亦包含至少一個基本雷射及一個至三個中頻轉換級之一相關聯雷射總成之一最終倍頻級中利用一非線性晶體，其中各基本雷射分別產生具有一對應基頻之一基本雷射射束，且該等中頻轉換級共同經組態以將該(等)基本雷射射束轉換成具有對應於約360 nm與400 nm之間的一波長之一相關中頻之一中頻光。該最終倍頻級經組態以引導該中頻光通過形成非線性晶體之經倒置SBO晶體平板，使得該光之一極化方向(電場方向)實質上平行於各平板之晶軸之c軸，藉此堆疊式SBO晶體平板之週期性結構達成該中頻光及該雷射輸出光之QPM。
根據本文中參考一第一特定實施例所描述之雷射總成及相關聯方法，藉由以下步驟產生帶有一輸出頻率、具有近似193 nm之一波長之雷射輸出光：產生具有一基頻與在近似720 nm至近似800 nm之範圍內的一對應基本波長之基本光；利用基本光來產生基本光之一二次諧波；利用二次諧波作為中頻光，接著將該中頻光傳遞至最終倍頻級。根據第一實施例之一態樣，該最終倍頻級經組態以藉由將該級組態為包含一非線性晶體來對二次諧波光進行頻率加倍，該非線性晶體經組態以產生具有等於基頻之四倍的一頻率之四次諧波光。為了在近似193 nm下產生四次諧波輸出光，該線性晶體包含具有實質上平行於二次諧波輸入光之一極化方向定向的經倒置c晶軸之兩個或更多個堆疊式SBO晶體平板，其中各平板沿光傳播方向之厚度(即，週期性結構之極點之間的間距)實質上等於一準相位匹配臨界長度(其近似等於0.85 µm (例如，在0.80 µm與0.90 µm之間的範圍內))之奇數倍，以達成二次諧波頻率及四次諧波頻率之QPM，由此產生具有近似193 nm之一輸出波長之雷射輸出光。
根據本文中參考一第二特定實施例所描述之雷射總成及相關聯方法，藉由以下步驟產生帶有一輸出頻率、具有近似193 nm之一對應波長之雷射輸出光：產生具有一第一基頻與在近似1000 nm至近似1100 nm之範圍內的一對應第一基本波長之基本光；利用第一基本光來產生第一基本光之一二次諧波；使用一光學參數振盪器(OPO)來產生具有一第三頻率之光；對二次諧波光與具有第三頻率之光一起進行求和；及利用二次諧波光及第三頻率光之和作為中頻光，接著將該中頻光傳遞至最終倍頻級。根據第二實施例之一態樣，該最終倍頻級經組態以藉由將該級組態為包含一非線性晶體來對中間光進行頻率加倍，該非線性晶體經組態以產生具有等於第一基頻之四倍加上第三頻率之兩倍的一頻率之中間光的一二次諧波。為了在近似193 nm下產生雷射輸出光，該線性晶體包含具有實質上平行於二次諧波輸入光之一極化方向定向的經倒置c晶軸之兩個或更多個堆疊式SBO晶體平板，其中各平板沿光傳播方向之厚度(即，週期性結構之極點之間的間距)實質上等於一準相位匹配臨界長度(其近似等於0.85 µm (例如，在0.80 µm與0.90 µm之間的範圍內))之奇數倍，以達成中間頻率及其二次諧波頻率之QPM，由此產生具有近似193 nm之一輸出波長之雷射輸出光。
在一項實施例中，經組態以檢測一樣本(諸如一晶圓、主光罩或光罩)之一檢測系統包含本文中所描述之雷射之一者，該雷射產生具有在近似180 nm與200 nm之間的一波長之輸出光。在一替代實施例中，經組態以將圖案暴露至塗佈於諸如一半導體晶圓之一基板上之光阻劑上之一微影術系統包含本文中所描述之雷射之一者，該雷射產生具有近似193 nm之一波長之輸出光。在又一實施例中，經組態以對諸如生物組織之材料進行切割、鑽孔或燒蝕之一系統包含本文中所描述之雷射之一者，該雷射產生具有在近似180 nm與200 nm之間的一波長之輸出光。
四硼酸鍶作為一光學塗層之用途在2021年2月16日發佈之美國專利第10,921,261號及2022年6月14日發佈之美國專利第11,360,032號中進行論述，該等專利之全文以引用的方式併入本文中。本申請案亦係關於以下美國專利文獻，該等所有專利文獻以引用的方式併入本文中：授予Vaez-Iravani等人之美國專利6,201,601；授予Marxer等人之美國專利6,271,916；授予Leong等人之美國專利7,525,649；授予Chuang等人之美國專利7,817,260；授予Armstrong之美國專利8,298,335及8,824,514；授予Genis之美國專利8,976,343；授予Dribinski之美國專利9,023,152；授予Dribinski等人之美國專利9,461,435及9,059,560；授予Chuang之美國專利9,293,882及9,660,409；授予Chuang等人之美國專利9,250,178、9,459,215、9,509,112、10,044,166及10,283,366；及授予Chuang等人之美國專利11,180,866。
圖1繪示根據本發明之一或多項實施例的一特性化系統100。特性化系統100可經組態以檢測或量測一樣本108。特性化系統100可包括一檢測系統或一度量衡系統。特性化系統100亦可經組態以自樣本108對材料進行切割、鑽孔或燒蝕，或將一圖案暴露至樣本108上之光阻劑上。
樣本108可包含此項技術中已知之任何樣本，諸如但不限於一晶圓、主光罩、光罩或類似者。在一項實施例中，樣本108安置於一載物台總成112上以促進樣本108之移動。載物台總成112可包含此項技術中已知之任何載物台總成，包含但不限於一X-Y載物台、一R-θ載物台及類似者。在另一實施例中，載物台總成112能夠在檢測期間調整樣本108之高度以維持聚焦於樣本108上。在又一實施例中，諸如物鏡150之一透鏡可在檢測期間向上及向下移動以維持聚焦於樣本108上。
特性化系統100包含併入一雷射200-0之一照明源102，該雷射產生具有一輸出頻率ω OUT與在近似180 nm與近似200 nm之間的一範圍內之一對應波長之輸出光L OUT。雷射200-0之細節可在圖2A至圖7之描述中找到。照明源102可包含額外光源，諸如在一更長或更短波長下操作之一雷射或一寬頻光源。特性化系統100包含一或多個光學組件。例如，特性化系統100之一或多個光學元件可包含但不限於經組態以將光L OUT調節及引導至樣本108之射束分裂器、鏡、透鏡、孔徑及波片。該等光學組件可經組態以照明樣本108上之一區域、一線或一點。在一項實施例中，射束分裂器或鏡134、鏡137及138以及透鏡152經組態以自下方照明樣本108以實現藉由使光L INT透射通過樣本108來檢測或量測該樣本。在另一實施例中，射束分裂器或鏡134及135、鏡136以及透鏡151經組態以用成一傾斜入射角(例如，相對於樣本表面之一法線成大於60°之一入射角)之光L Obl照明樣本108。在此實施例中，鏡面反射光L Spec可被阻擋或捨棄，而非被收集。在又一實施例中，光學器件103共同經組態以將照明光L IN引導至樣本108之頂表面。
當在上述模式之一或多者下照明樣本108時，光學器件103亦經組態以收集自樣本108反射、散射、繞射、透射及/或發射之光L R/S/T且將光L R/S/T引導及聚焦至一偵測器總成104之感測器106。本文中應注意，感測器106及偵測器總成104可包含此項技術中已知之任何感測器106。該感測器可包含但不限於一電荷耦合裝置(CCD)偵測器、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器、一時間延遲積分(TDI)偵測器、一光電倍增管(PMT)、一雪崩光電二極體(APD)、一線感測器、一電子轟擊線感測器或類似者。偵測器總成104通信地耦合至一控制器114。
控制器114經組態以在儲存於載體媒體116上之程式指令118之控制下儲存及/或分析來自偵測器總成104之資料。控制器114可進一步經組態以控制特性化系統100之其他元件，諸如載物台112、照明源102及光學器件103。
在一項實施例中，光學器件103包含一照明管透鏡132。照明管透鏡132可經組態以將一照明光瞳孔徑131成像至一物鏡150內之一光瞳上。例如，照明管透鏡132可經組態使得照明光瞳孔徑131及在物鏡150內之光瞳彼此共軛。在一項實施例中，照明光瞳孔徑131可藉由將不同孔徑切換至照明光瞳孔徑131之位置中來組態。在另一實施例中，照明光瞳孔徑131可藉由調整照明光瞳孔徑131之開口之一直徑或形狀來組態。在此點上，取決於在控制器114之控制下執行之特性化(例如，量測或檢測)，樣本108可被不同範圍之角度照明。照明光瞳孔徑131亦可包含用以控制照明光L IN之極化狀態之一極化元件。
在一項實施例中，一或多個光學元件103包含一收集管透鏡122。例如，收集管透鏡122可經組態以將物鏡150內之光瞳成像至一收集光瞳孔徑121。例如，收集管透鏡122可經組態使得收集光瞳孔徑121及在物鏡150內之光瞳彼此共軛。在一項實施例中，收集光瞳孔徑121可藉由將不同孔徑切換至收集光瞳孔徑121之位置中來組態。在另一實施例中，收集光瞳孔徑121可藉由調整收集光瞳孔徑121之開口之一直徑或形狀來組態。在此點上，自樣本108反射或散射之不同範圍之角度的照明可在控制器114之控制下引導至偵測器總成104。收集光瞳孔徑121亦可包含一極化元件使得可選擇一特定極化之光 LR/S/T以用於傳輸至感測器106。
在另一實施例中，照明光瞳孔徑131及/或收集光瞳孔徑121可包含一可程式化孔徑。可程式化孔徑在以下專利中進行大致論述：在2016年2月9日發佈、授予Brunner、標題為「2D programmable aperture mechanism」之美國專利第9,255,887號；及2017年5月9日發佈、授予Brunner、標題為「Flexible optical aperture mechanisms」之美國專利第9,645,287號，該兩個專利之全文以引用的方式併入本文中。選擇用於檢測之一孔徑組態之方法在以下專利中進行大致論述：在2017年7月18日發佈、授予Kolchin等人、標題為「Determining a configuration for an optical element positioned in a collection aperture during wafer inspection」之美國專利第9,709,510號；及2017年8月8日發佈、授予Kolchin等人、標題為「Apparatus and methods for finding a best aperture and mode to enhance defect detection」之美國專利第9,726,617號，該兩個專利之全文以引用的方式併入本文中。
圖1中所描繪之各種光學元件及操作模式僅用以繪示雷射200-0可如何用於特性化系統100中且並不意欲於限制本發明之範疇。一實際特性化系統100可實施圖1中所描繪之模式及光學器件之一子集或一超集。根據一特定應用之需要，可併入額外光學元件及子系統。
圖2A係展示根據本發明之一第一特定實例性實施例的經組態以產生在近似180 nm至近似200 nm (例如，近似193 nm)之範圍內之一波長的一雷射總成200A之一簡化方塊圖。雷射總成200A包括一第一基本雷射210A及兩個倍頻(轉換)級(例如，一個中間倍頻級220A及一最終倍頻級230A)，該等倍頻級協作地經組態以產生具有在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一波長之雷射輸出光239A。第一基本雷射210A經組態以產生具有在近似720 nm至近似800 nm之範圍內的一第一基本波長及一對應第一基頻ω 1A之基本光211A。第一倍頻級220A接收第一基本光211A且產生具有等於第一基頻ω 1A之兩倍的一二次諧波頻率2ω 1A之二次諧波光212A。最終(第二)倍頻級230A接收二次諧波光(中頻光) 212A且產生具有等於第一基頻ω 1A之四倍的一輸出頻率ω OUTA之雷射輸出光239A。
參考圖2A，使用已知技術組態第一基本雷射210A以在第一基頻ω 1A下產生第一基本光211A (簡稱為「基本」)。在一項實施例中，第一基本雷射210A經組態使得在對應於近似720 nm與近似800 nm之間的一波長(諸如近似774 nm之一波長)之一第一基頻ω 1A下產生第一基本光211A。在一項實施例中，使用一鈦藍寶石(Ti藍寶石)雷射媒體實施第一基本雷射210A。在接近800 nm之波長下操作之合適基本雷射係可商購的。為了以近似193 nm之一波長產生足夠光以用於檢測半導體晶圓、主光罩或光罩，第一基本雷射210A應產生數十或數百瓦之基本光211A。其他應用可能不需要如此多功率或可能需要更多功率。取決於對雷射200A之脈衝寬度及重複率需求，第一基本雷射可經組態為一Q開關雷射、一鎖模雷射或一CW雷射。
第一倍頻級220A經組態以自第一基本光211A產生二次諧波光212A。在一項實施例中，第一倍頻級220A併入經組態用於第一基頻及二次諧波頻率之臨界相位匹配之三硼酸鋰(LBO)非線性晶體。在必要時，第一倍頻級220A可包含其他組件，諸如用於將二次諧波光212A與未消耗基本光分離之一稜鏡。第一倍頻級220A可包含在第一基頻下諧振以增加轉換效率之一空腔。
最終倍頻級230A經組態以自二次諧波光212A產生雷射輸出光239A。最終倍頻級230A併入經組態以使二次諧波光212A之頻率加倍且輸出光303之非線性晶體300，該光303包含處於雷射輸出光239A之頻率之光及未消耗二次諧波光。非線性晶體300包括一SBO平板堆疊。出於繪示之目的，圖2A描繪一個堆疊於另一個上之四個此平板335-1、335-2、335-3及335-4。應注意，在實施例中，可存在數十個、數百個或數千個堆疊式平板。圖2A描繪該等平板彼此接觸。該等平板可彼此接觸(例如，該等平板可彼此光學地接觸)或在該等平板之間可存在小氣隙，該等氣隙具有類似於或小於一個平板之一厚度之寬度。選擇各平板之厚度以實現準相位匹配以用於使二次諧波光212A之頻率加倍。鄰近平板(諸如平板335-1及335-2)具有相對於彼此沿相反方向定向之c晶軸。非線性晶體之此等及其他重要態樣將在下文關於圖3進行詳細描述。
最終倍頻級230A可在必要時包含其他光學組件，諸如用於將雷射輸出光239A與未消耗基本二次諧波光分離之一稜鏡。最終倍頻級230A可包含用以使二次諧波頻率再循環以增加轉換效率之一空腔。
在一替代實施例中，單個空腔可包含第一倍頻級220A及最終倍頻級230A兩者。此實施例之此等及其他重要態樣將在下文關於圖4進行詳細描述。
圖2B係展示根據本發明之一或多項實施例的經組態以產生在近似180 nm至近似200 nm (例如，近似193 nm)之一範圍內的一波長之一雷射總成200B之一簡化方塊圖。雷射總成200B包括一第一基本雷射210B-1及四個頻率轉換級(例如，一第一倍頻級220B-1、一光學參數系統221B、一頻率求和級222B及一最終倍頻級230B)，該等頻率轉換級協作地經組態以產生具有在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一波長之雷射輸出光。第一基本雷射210B-1經組態以產生具有在近似1.0 µm至近似1.1 µm之一範圍內的一第一基本波長及一對應第一基頻ω 1B之基本光211B-1。第一倍頻級220B-1接收第一基本光211B-1且產生具有等於第一基頻ω 1B之兩倍的一二次諧波頻率2ω 1B之二次諧波光212B-1。OPS 221B經組態以產生具有ω 3之一頻率及在近似1.2 µm至近似2.0 µm之一範圍內的一對應波長之一第三頻率光213B。頻率求和級222B經組態以接收來自OPS 221B及來自第一倍頻級220B-1之光且產生具有等於其輸入之頻率之和(即，等於2ω 1B+ω 3=ω 4)的一中頻之中頻光214B。最終(第二)倍頻級230B接收中頻光214B且產生具有等於中頻之兩倍之一輸出頻率ω OUTA=4ω 1B+2ω 3=2ω 4與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光239A。
參考圖2B，使用已知技術組態第一基本雷射210B-1以在第一基頻ω 1下產生第一基本光211B-1。在一項實施例中，第一基本雷射210B-1經組態使得在對應於近似1.0 µm與近似1.1 µm之間的一範圍內之一波長(諸如近似1064 nm之一波長)之一第一基頻ω 1下產生第一基本光211B-1。在一項實施例中，第一基本雷射210B-1使用一摻Nd釔鋁石榴石(YAG)雷射媒體、一摻Nd釩酸釔雷射媒體及一摻鐿光纖雷射媒體之一者來實施。在接近1064 nm之波長下操作之合適基本雷射係可商購的。為了以近似193 nm之一波長產生足夠光以用於檢測半導體晶圓或主光罩，第一基本雷射210B-1應產生數十或數百瓦之基本光211B-1。其他應用可能不需要如此多功率或可能需要更多功率。取決於對雷射200B之脈衝寬度及重複率需求，第一基本雷射210B-1可經組態為一Q開關雷射、一鎖模雷射或一CW雷射。
第一倍頻級220B-1經組態以自第一基本光211B-1產生二次諧波光212B-1。在一項實施例中，第一倍頻級220B-1併入經組態用於臨界相位匹配以自第一基頻產生二次諧波頻率之三硼酸鋰(LBO)非線性晶體。第一倍頻級220B-1可在必要時包含其他組件，諸如用於將二次諧波光212B-1與未消耗第一基本光分離之一稜鏡。第一倍頻級220B-1可包含經組態以使第一基頻再循環以增加轉換效率之一空腔。
OPS 221B經組態以產生第三頻率光213B，該第三頻率光213B具有一頻率ω 3及在近似1.2 μm至近似2.0 μm之一範圍內的一對應波長，諸如近似1.4 μm之一波長。OPS 221B可使用適於第三頻率光213B之脈衝寬度、脈衝重複率、功率及波長之任何已知OPO組態及/或光學參數產生器(OPG)組態及/或放大級(例如一光纖放大器、薄盤放大器、空腔放大器、棒放大器、光學參數放大器(OPA)或多通放大器)。OPS 221B可使用任何合適的非線性晶體進行頻率轉換，包含週期性極化材料。合適的非線性晶體包含鈮酸鋰及化學度量之鉭酸鍶。圖2B使用虛線描繪用於泵浦OPS 221B之三種替代組態。
在一項實施例中，第一基本光211B-1係藉由一射束分裂器224B-1 (其僅需要包含於此實施例中)分成兩個部分。第一基本光之一第一部分引導至第一倍頻級220B-1以產生二次諧波光212B-1。第一基本光之一第二部分作為泵浦光引導至OPS 221B。此實例性實施例之一優點在於，OPS 221B可經組態為一光學參數振盪器(OPO)以高效地將泵浦光(第一基本光211B-1之第二部分)之能量轉換成第三頻率光，因為頻率ω 1B及ω 3可能相當接近。然而，由於在組態為一OPO之OPS 221B中產生之一閒頻信號(idler)(例如，具有等於ω 1B-ω 3之一頻率之光)具有一相對較低頻率及因此一相對較長波長，適於在經組態為一OPO之OPS 221B中使用的一非線性晶體之材料可能係昂貴的或難以獲得的，因為較佳地，彼晶體在閒頻信號之頻率下應係合理透明的以便最小化諸如熱相移(dephasing)或熱透鏡之熱效應。例如，若第一基本光具有近似1064 nm之一波長且第三頻率光具有近似1400 nm之一波長，則閒頻信號將具有近似4.4 µm之一波長。
在一第二實施例中，二次諧波光212B-1係藉由射束分裂器224B-2分成兩個部分。二次諧波光之一第一部分引導至頻率求和級222B。二次諧波光之一第二部分作為泵浦光引導至OPS 221B。此實施例之一優點在於，由於在經組態為一OPO之OPS 221B中產生之一閒頻信號(例如，具有等於2ω 1B-ω 3之一頻率之不需要的光)具有一相對較高頻率及因此一相對較短波長，適於在經組態為一OPO之OPS 221B中使用的一非線性晶體之材料可為廉價的且容易獲得的。例如，若第一基本光211B-1具有近似1064 nm之一波長(及因此二次諧波光212B-1具有近似532 nm之一波長)且第三頻率光具有近似1400 nm之一波長，則閒頻信號將具有近似860 nm之一波長。然而，此第二實施例在將泵浦光之能量(第一基本光211B-1之第二部分)轉換成第三頻率光方面將比第一實例性實施例更低效，因為頻率2ω 1B及ω 3比ω 1B及ω 3相距更遠，從而導致更多能量進入閒頻信號。
在一第三實施例中，雷射200B包含經組態以產生具有ω 2之一頻率的第二基本光211B-2之一第二基本雷射210B-2。第二基本光211B-2作為泵浦光引導至OPS 221B。第二基本雷射210B-2可使用能夠產生用於泵浦OPS 221B之一合適波長之任何便利雷射媒體，包含上文關於第一基本雷射210B-1所列出之實例性雷射材料。第二基本雷射210B-2可經組態以藉由例如對產生接近1064 nm之一波長的一雷射之輸出進行頻率加倍來產生接近1064 nm或接近532 nm之一波長。儘管第三實施例可能看起來比前兩項實施例之任一者更複雜，但其在雷射輸出光239B需要多瓦功率時可能係較佳的，因為具有足夠功率之一第一基本雷射210B-1可能不容易獲得或可能非常昂貴。
頻率求和級222B經組態以接收來自OPS 221B及第一倍頻級220B-1之光，且產生具有等於其輸入之頻率之和(即，等於2ω 1B+ω 3=ω 4)的一中頻之中頻光214B。中頻光214B應具有在近似360 nm與400 nm之間的一波長。在一項實施例中，頻率求和級222B併入經組態用於臨界相位匹配以自二次諧波頻率及第三頻率之求和產生中頻之三硼酸鋰(LBO)非線性晶體。頻率求和級222B可在必要時包含其他光學組件，諸如用於將中間光214B與未消耗二次諧波光及未消耗第三頻率光分離之一稜鏡。頻率求和級222B可包含經組態以使第三頻率或二次諧波頻率再循環以增加轉換效率之一空腔。
最終倍頻級230B經組態以自中頻光214B產生雷射輸出光239B。最終倍頻級230B可類似於上文參考圖2A所描述之最終倍頻級230A來組態。最終倍頻級230B併入經組態以使中頻光214B之頻率加倍且輸出光303之非線性晶體300，該光303包含處於雷射輸出光239B之頻率之光及未消耗中頻光。非線性晶體300包括一SBO平板堆疊。出於繪示之目的，圖2B描繪一個堆疊於另一個上之四個此平板335-1、335-2、335-3及335-4。應注意，在一實際實施例中，可存在數十個、數百個或數千個堆疊式平板。圖2B描繪該等平板彼此接觸。該等平板可接觸或在該等平板之間可存在小氣隙，該等氣隙具有類似於或小於一個平板之一厚度的寬度。選擇各平板之厚度以實現準相位匹配以用於使二次諧波光214B之頻率加倍。鄰近平板(諸如平板335-1及335-2)具有彼此沿相反方向定向之c晶軸。非線性晶體之此等及其他重要態樣將在下文關於圖3進行詳細描述。
最終倍頻級230B可在必要時包含其他光學組件，諸如用於將雷射輸出光239B與未消耗中頻光分離之一稜鏡。最終倍頻級230B可包含經組態以使中頻再循環以增加轉換效率之一空腔。
頻率求和級222B及最終倍頻級230B可包含於單個空腔中，該單個空腔經組態以使處於來自OPS 221B之光之頻率ω 3及/或處於來自第一倍頻級220B-1之頻率2ω 1B及/或處於具有等於2ω 1B+ω 3=ω 4之一中頻之中頻光214B的光再循環，以增加轉換效率。該空腔之此等及其他重要態樣將在下文關於圖5進行詳細描述。
圖3繪示包含經組態以使具有一頻率ω x之輸入光301之頻率加倍的四個堆疊式SBO平板335-1至335-4之一非線性晶體300之細節。輸入光301可對應於圖2A之雷射200A中之二次諧波光212A，或可對應於圖2B之雷射200B中之中頻光214B。儘管圖3繪示具有包含四個堆疊式SBO晶體平板335-1至335-4之一週期性結構之非線性晶體300，但SBO平板之總數可少至兩個、可多於十個或可多於100個。可存在奇數或偶數數目個平板。SBO平板335-1至335-4之各者之厚度可為數百奈米至數百微米。確切而言，一晶體平板內部之光301A之一傳播方向上的SBO平板厚度Λ係由以下方程式給出： ，                                       (方程式1) 其中m係一奇整數(例如，1、3、5、7…)且 L c 係一準相位匹配(QPM)臨界長度 ，                                   (方程式2) 其中Δ k係由以下方程式定義 Δ k= k(2 ω x )–2 k( ω x )，                   (方程式3) 其中k(ω)係由以下方程式給出之非線性晶體300中的頻率為ω之光之波矢量， ，                                 (方程式4) 且其中n(ω)係在頻率ω下適當極化之非線性晶體之折射率且c係真空中之光速。
為使具有386.8 nm之一波長的輸入光301之頻率加倍，準相位匹配臨界長度 L c 係約0.85 µm (例如，諸如在0.8 µm與0.9 µm之間的一厚度)。一合理 m可在自1至約999之一範圍內以達成便於處置及處理之一板厚度。使用由P. Trabs、F. Noack、A. S. Aleksandrovsky、A. I. Zaitsev、N. V. Radionov及V. Petrov在Opt. Express 23, 10091 (2015)之「Spectral fringes in non-phase-matched SHG and refinement of dispersion relations in the VUV」中發表之Sellmeier模型，自SBO之相關折射率計算用於藉由對具有386.8 nm之一波長之光進行頻率加倍來產生具有193.4 nm之一波長的光之此實例性QPM臨界長度，該文獻全文以引用的方式併入本文中。此外，一SBO晶體中之雜質之變化位準或一晶體內之缺陷之存在可能略微改變彼晶體之折射率之值。相關領域技術者將理解如何在給定晶體之準確折射率之情況下，針對特定輸入及輸出頻率使用以上方程式來計算QPM臨界長度。
參考圖3，頻率為ω x之輸入光301入射於非線性晶體300之輸入表面335-IN上。輸入光301之極化方向由虛線箭頭302來繪示。SBO平板335-1至335-4堆疊於彼此之頂部上，使得輸入表面335-IN及輸出表面335-OUT相對於頻率為ω x之輸入光301大致成布如士特(Brewster)角θ定向，以便在不使用一抗反射塗層之情況下最小化反射損耗。對於平行於一SBO晶體之c軸極化的接近386 nm之波長，布如士特角相對於表面法線N近似等於60.3°，且對於具有相同極化方向之接近193 nm之波長，布如士特角相對於表面法線N近似等於61.9°。在布如士特角之幾度範圍內(例如，諸如在±2°範圍內)之任何角度，反射損耗皆係低的，因此對於接近61°之任何入射角，輸入光及輸出光兩者之反射損耗將非常低。此外，由於精確角度對於反射損耗並不重要，可對非線性晶體300之定向進行小調整(例如，對入射角θ進行小調整)以調整光 在SBO平板中之路徑長度，以便在該等平板之厚度歸因於製造可變性而並非恰好係所欲厚度時更精確地達成QPM。離開SBO平板堆疊之光303包括處於2ω x之一頻率的輸入光之二次諧波及處於ω x之一頻率的未消耗輸入光。在一項實施例中，藉由將SBO平板光學地接觸在一起來最小化在各介面處之反射損耗。在另一實施例中，在該等平板之間可存在小氣隙。藉由將輸入及輸出表面定向為相對於輸入光301接近於布如士特角，空氣與一SBO平板之間的各介面處之反射損耗可非常低。然而，歸因於在各SBO處至空氣介面處之折射，輸入光及輸入光之二次諧波可在任何氣隙中沿稍微不同的方向行進。在諸多平板上，此位移可累積為一顯著偏移且可能降低轉換效率。為了最小化此效應，平板之間的氣隙較佳地應保持為幾百奈米或更窄，且輸入光之射束直徑應儘可能大(諸如約100 μm或幾百微米)，符合對高功率密度之期望以實現高轉換效率。
為了產生用於QPM之一週期性結構，放置SBO平板335-1至335-4，其中一個SBO平板相對於另一個SBO平板旋轉使得其等對應c晶軸相對於彼此倒置，如圖3之兩個插圖中所展示。在兩個插圖中展示厚度為 之SBO平板之表面法線N (其中 係晶體中之極點之間的間距)及SBO平板內部之光301A之傳播方向。晶體平板之此實體配置允許QPM。此可被視為類似於對QPM使用PPLN (週期性極化鈮酸鋰)，不同之處在於鈮酸鋰係一鐵電晶體且可被週期性極化。相比之下，SBO係非鐵電的，因此吾人需要實體地配置晶體平板以產生用於QPM之一週期性結構。此外，週期性極化需要施加平行於一鐵電晶體之一晶軸之一電場，因此極化方向必須與一晶軸對準。相比之下，本文中所揭示之SBO晶體平板可相對於晶軸以任何定向切割及拋光，因此允許該等晶體平板相對於入射於該等晶體平板上之光以布如士特角切割及定向。
在一項實施例中，SBO平板335-1至335-4之晶軸經定向使得在SBO平板內部傳播之光301A大致垂直於c軸傳播，其中光301A之一極化方向(電場方向)實質上平行於c軸以利用d 33作為SBO之最大非線性光學係數且因此最大化轉換效率。例如，如圖3中所描繪，SBO平板335-2之晶軸可經定向使得光301A實質上平行於SBO晶體之a軸傳播。替代地，晶軸可經定向使得光301A平行於b軸傳播，或在晶體之一a-b平面內以某一角度傳播。換言之，圖3中之兩個插圖中所描繪之晶軸可繞c軸旋轉。若SBO平板335-4之輸入表面335-IN相對於輸入光301成布如士特角定向，則光301A在平板335-4內之傳播方向相對於表面法線N將係近似29.7°。
存在用以製造及組裝非線性晶體300之諸多方式。當一雷射僅需要幾個平板時(諸如當不需要高轉換效率時)，將該等平板拋光至一所期望厚度且接著以一適當定向堆疊其等可能係方便的。當需要數百個(或更多)平板來實現所需轉換效率時，其他製造方法可能更方便。例如，標題為「Frequency Conversion Using Interdigitated Nonlinear Crystal Gratings」且在2021年12月18日申請之美國專利申請案第17/555,404號揭示交叉指形非線性晶體光柵及其製造方法，該案之全文以引用的方式併入本文中。
圖4係展示根據本發明之一實施例的一第一倍頻級及一最終倍頻級空腔400 (包含圖2A之第一倍頻級220A及最終倍頻級230A)之一簡化圖。輸入光211A (ω 1A)透過輸入耦合器432C-1進入蝴蝶結型環形空腔，該蝴蝶結型環形空腔包括輸入耦合器432C-1、曲面鏡432C-2、432C-3、432C-4及第一倍頻級非線性晶體441 (例如，LBO)、SBO非線性晶體300。輸入光211A (具有頻率ω 1A)進入蝴蝶結型環形空腔，靠近或穿過鏡432C-1傳遞且穿過第一倍頻晶體441傳遞。頻率為ω 1A之未消耗輸入光438C在靠近或穿過鏡432C-2傳遞之後離開該空腔。來自第一倍頻晶體441之輸出包含經產生二次諧波光(具有頻率2ω 1A) 433C。二次諧波光433C自鏡432C-2及鏡432C-3反射，且穿過SBO非線性晶體300傳遞 (圖3中所描述)。SBO非線性晶體300之輸出表面444處之光係436C (具有頻率2ω 1A及4ω 1A)。436C之具有頻率2ω 1A之部分係未消耗光442C (具有頻率2ω 1A)，其穿過射束分裂器(BS) 437C傳遞並自鏡432C-4及輸入耦合器432C-1反射且在該空腔中再循環。436C之具有頻率4ω 1A之部分自射束分裂器(BS) 437C之表面反射且作為輸出光439C被引導出該空腔。
在實施例中，第一倍頻晶體441經組態使得輸入表面445及輸出表面446包括抗反射塗層，該抗反射塗層經組態以透射頻率為ω 1A之輸入光221A及未消耗輸入光438C及/或頻率為2ω 1A之循環光433C及442C。
在實施例中，SBO平板300經組態使得輸入表面443及輸出表面444相對於頻率為2ω 1A之循環光433C及442C大致成布如士特角定向。光433C及442C之極化方向由箭頭402來繪示。此外，BS 437C可經組態以將在該空腔中循環之光442C橫向移位一量，該量實質上抵消由兩個或更多個SBO平板300造成之光433C之橫向位移，以便維持一實質上對稱的蝴蝶結型空腔且簡化該空腔之光學對準。
在一項實施例中，SBO平板300經組態使得輸入表面443包括經組態以透射循環光433C及442C(兩者之頻率為2ω 1A)之一抗反射塗層，且輸出表面444包括經組態以透射頻率為4ω 1A之輸出光439C且透射循環光433C及442C(兩者之頻率為2ω 1A)之一抗反射塗層。輸入表面443及輸出表面444不一定相對於頻率為2ω 1A之循環光433C及442C成布如士特角定向。
在一項實施例中，BS 437C可包括一SBO晶體、SBO玻璃或一CaF 2晶體。由於SBO具有良好的深UV透射率且具有一高損壞臨限值，SBO可有利地用作BS 437C之一基板材料以確保長壽命，而不管在該空腔中循環之未消耗輸入光442C之高功率位準。若437C包括一SBO晶體，其厚度及/或其c晶軸之定向可經組態以便最小化穿過其之未消耗循環光442C之任何倍頻。BS 437C可包括用以分離波長之一二向色射束分裂器、稜鏡或其他組件。
在一替代實施例中，可用一適當抗反射塗層塗佈第一倍頻晶體441之輸入表面及/或兩個或更多個SBO晶體平板300，而不是以布如士特角定向輸入表面445、443及輸出表面446、444。
在一替代實施例中，倍頻晶體441在該空腔外部，且輸入光211A在透過輸入耦合器432C-1進入該空腔之前首先穿過倍頻晶體441。在此實施例中，具有頻率2ω 1A之循環光433C及442C將在該空腔外產生且透過輸入耦合器432C-1光學地耦合至該空腔中。
儘管圖4將第一倍頻級及最終倍頻級空腔400描繪為包括四個曲面鏡，但可使用鏡及/或透鏡之其他組合來重新聚焦在該空腔中循環之光。在一替代實施例中，第一倍頻級及最終倍頻級空腔400可包括一三角形空腔、一駐波空腔或其他形狀的空腔，而不是一蝴蝶結型空腔。在一替代實施例中，可循環所涉及頻率之任何組合。此等空腔之任一者可利用標準PDH (Pound-Drever-Hall)或HC (Hänsch-Couillaud)鎖定技術來穩定。藉由透過連接至一壓電換能器(PZT)、音圈或其他致動器之一控制信號(未展示)調整該等鏡之一者(諸如圖4中之鏡432C-4)之位置或一稜鏡之位置，可調整一諧振空腔之長度以維持諧振。
圖5係展示根據本發明之實施例的在圖2B之頻率求和級222B及最終倍頻級230B中利用之一頻率求和級及最終倍頻級空腔500之一簡化圖。輸入光511A (來自圖2B之光213B (ω 3)及光212B-1 (2ω 1B))透過輸入耦合器532C-1進入蝴蝶結型環形空腔，該蝴蝶結型環形空腔包括輸入耦合器532C-1、曲面鏡532C-2、532C-3、532C-4、頻率求和級非線性晶體541 (例如，LBO)及SBO非線性晶體300。輸入光511A (包括頻率ω 3及2ω 1B)進入蝴蝶結型環形空腔，靠近或穿過鏡532C-1傳遞且穿過頻率求和晶體541傳遞。頻率為ω 3及2ω 1B之未消耗輸入光538C在靠近或穿過鏡532C-2傳遞之後離開該空腔。來自頻率求和晶體541之輸出包含經產生輸出光(具有頻率ω 4=2ω 3+4ω 1B) 533C。輸出光533C自鏡532C-2及鏡532C-3反射，且穿過SBO非線性晶體300傳遞(如圖3中所描述)。SBO非線性晶體300之輸出表面544處之光係536C (具有頻率2ω 4及ω 4)。536C之具有頻率ω 4之部分係未消耗光542C (具有頻率ω 4)，其穿過射束分裂器(BS) 537C傳遞且自鏡532C-4及輸入耦合器532C-1反射，在該空腔中再循環。光536C之具有頻率2ω 4之部分自射束分裂器(BS) 537C之表面反射且作為輸出光539C被引導出該空腔。
在實施例中，第一頻率求和晶體541經組態使得輸入表面545及輸出表面546包括抗反射塗層，該等抗反射塗層經組態以透射頻率為ω 3及2ω 1B之輸入光511A及未消耗輸入光538C及/或頻率為ω 4之循環光533C及542C。
在實施例中，SBO平板300經組態使得輸入表面543及輸出表面544相對於頻率為ω 4之循環光533C及542C大致成布如士特角定向。光533C及542C之極化方向由箭頭502來繪示。此外，BS 537C可經組態以將在該空腔中循環之光542C橫向移位一量，該量實質上抵消由兩個或更多個SBO平板300造成之光533C之橫向位移，以便維持一實質上對稱的蝴蝶結型空腔且簡化該空腔之光學對準。
在一項實施例中，SBO平板300經組態使得輸入表面543及輸出表面544包括抗反射塗層，該等抗反射塗層經組態成以輸入表面543及輸出表面544相對於循環光533C及542C定向所成之角度透射循環光533C及542C (兩者之頻率為ω 4)，該角度不一定係相對於頻率為ω 4之循環光533C及542C之布如士特角。
在一項實施例中，BS 537C可包括一SBO晶體、SBO玻璃或一CaF 2晶體。由於SBO具有良好的深UV透射率且具有一高損壞臨限值，SBO可有利地用作BS 537C之一基板材料以確保長壽命，而不管在該空腔中循環之未消耗輸入光542C之高功率位準。若537C包括一SBO晶體，則其厚度及/或其c晶軸之定向可經組態以便最小化穿過其之未消耗輸入光542C之任何倍頻。BS 537C可包括用以分離波長之一二向色射束分裂器、稜鏡或其他組件。
在一替代實施例中，可用一適當抗反射塗層塗佈第一倍頻晶體541之輸入表面及/或兩個或更多個SBO晶體平板300，而不是以布如士特角定向輸入表面545、543及輸出表面546、544。
在一替代實施例中，頻率求和晶體541在該空腔外部，且輸入光511A在透過輸入耦合器532C-1進入該空腔之前首先穿過頻率求和晶體541傳遞。在此實施例中，具有頻率ω 4之循環光533C及542C將在該空腔外部產生且透過輸入耦合器532C-1光學地耦合至該空腔中。
儘管圖5將頻率求和級及最終倍頻級空腔500描繪為包括四個曲面鏡，但可使用鏡及/或透鏡之其他組合來重新聚焦在該空腔中循環之光。在一替代實施例中，頻率求和級及最終倍頻級空腔500可包括一三角形空腔、一駐波空腔或其他形狀的空腔，而不是一蝴蝶結型空腔。在一替代實施例中，可循環所涉及頻率之任何組合。此等空腔之任一者可利用標準PDH或HC鎖定技術來穩定。藉由透過連接至一壓電換能器(PZT)、音圈或其他致動器之一控制信號(未展示)調整該等鏡之一者(諸如圖5中之鏡532C-4)之位置或一稜鏡之位置，可調整一諧振空腔之長度以維持諧振。
圖6係展示根據本發明之實施例的在圖2B之OPS 221B中利用之一放大級600之一簡化圖。輸入光213B (ω 3)由一OPO或OPG來產生。輸入光213B (ω 3)及CW泵浦光611透過輸入耦合器632C-1進入蝴蝶結型環形空腔，該蝴蝶結型環形空腔包括輸入耦合器632C-1、曲面鏡632C-2、平面鏡632C-3、632C-4及增益媒體643。輸入光213B (包括頻率ω 3)進入蝴蝶結型環形空腔，靠近或穿過鏡632C-1傳遞且穿過增益媒體643 (例如，一摻Nd YAG棒)傳遞。CW泵浦光611係適於泵浦增益媒體643以實現包括輸入光213B之頻率為ω 3的光之受激發射之一頻率及功率。CW泵浦光611可對應於圖2B之211B-1 (ω 1B)、211B-2 (ω 2)或212B-1 (2ω 1B)之任一者。來自增益媒體643之輸出包含經放大輸入光(具有頻率ω 3) 633C。輸出光633C自輸出耦合器632C-2、鏡632C-3、鏡632C-4及輸入耦合器632C-1部分地反射，且因此在該空腔內再循環。循環光633C之一部分透過輸出耦合器632C-2作為輸出光213C (具有頻率ω 3)光學地耦合出該空腔。
在實施例中，增益媒體643經組態使得輸入表面645及輸出表面646含有用於輸入光213B及CW泵浦光611之抗反射塗層。在一替代實施例中，增益媒體643相對於循環光633C (ω 3)大致成布如士特角定向。
在實施例中，發射泵浦光611之二極體經組態為側泵浦增益媒體643。此等二極體平行於輸入光213B定位於增益媒體643之一或多側上，以便垂直於輸入光213B將泵浦光611發射至增益媒體643中。在此實施例中，泵浦光611可為相干的、非相干的、準CW、CW或脈衝式。
儘管圖6將放大級600描繪為包括兩個曲面鏡及兩個平面鏡，但可使用鏡及/或透鏡之其他組合來重新聚焦在該空腔中循環之光。在一替代實施例中，放大級600可包括一三角形空腔、一駐波空腔或其他形狀的空腔，而不是一蝴蝶結型空腔。此等空腔之任一者可利用標準PDH或HC鎖定技術來穩定。藉由透過連接至一壓電換能器(PZT)、音圈或其他致動器之一控制信號(未展示)調整該等鏡之一者(諸如圖6中之鏡632C-4)之位置或一稜鏡之位置，可調整一諧振空腔之長度以維持諧振。
圖7係展示根據本發明之實施例的用作圖2B之OPS 221B的一實例性OPS 700之一簡化圖。輸入光713 (ω y，包括來自圖2B之211B-1 (ω 1B)、212B-1 (2ω 1B)或211B-2 (ω 2)之一者)透過輸入耦合器732C-1進入蝴蝶結型環形空腔，蝴蝶結型環形空腔包括輸入耦合器732C-1、曲面鏡732C-2及732C-3、輸出耦合器732C-4、OPO晶體744 (例如，PPLN)、增益媒體743以及頻率選擇裝置747之。輸入光713 (包括頻率ω y)進入蝴蝶結型環形空腔，靠近或穿過鏡732C-1傳遞且穿過OPO晶體744傳遞。頻率為ω y之未消耗輸入光748在靠近或穿過鏡732C-2傳遞之後離開該空腔。來自OPO晶體744之輸出包含經產生循環光(具有頻率ω 3) 733C。循環光733C自鏡732C-2反射且穿過頻率選擇裝置747(例如，一透射體積布拉格光柵)傳遞，自鏡732C-3反射，且穿過增益媒體743傳遞。該增益媒體之輸出表面742處之經放大循環光736C (具有頻率ω 3)自輸出耦合器732C-4部分地反射。透射通過輸出耦合器732C-4之輸出光213B具有頻率ω 3。自輸出耦合器732C-4部分地反射之經放大循環光736C自輸入耦合器732C-1反射且由此在該空腔內再循環。CW泵浦光711透過鏡732C-3光學地耦合至該空腔中且穿過增益媒體743傳遞。未使用之CW泵浦光712透過輸出耦合器732C-4離開該空腔。CW泵浦光711具有適於增益媒體743以實現包括循環光733C之頻率為ω 3的光之受激發射之一頻率及功率。
在實施例中，OPO晶體744及增益媒體743經組態使得輸入表面745、741及輸出表面746、742含有用於循環光733C及736C以及輸入光713 (針對OPO晶體744)或CW泵浦光711 (針對增益媒體743)之抗反射塗層。在一替代實施例中，增益媒體743相對於循環光733C、736C (ω 3)及CW泵浦光711大致以布如士特角定向。在一替代實施例中，OPO晶體744相對於循環光733C、736C (ω 3)及輸入光713 (ω 3)大致以布如士特角定向。
在實施例中，發射泵浦光711之二極體經組態為側泵浦增益媒體743。此等二極體平行於輸入光713定位於增益媒體743之一或多側上，以便垂直於輸入光713將泵浦光711發射至增益媒體743中。在此實施例中，泵浦光711可為相干的、非相干的、準CW、CW或脈衝式。
在實施例中，頻率選擇裝置747可包括用以控制循環光733C、經放大循環光736C及輸出光213B之波長或頻寬之一透射性或反射性光柵或其他頻率選擇方法。在一項實施例中，頻率選擇裝置747經組態為一空腔(例如，一線性空腔)中之一反射性頻率選擇裝置(例如，一反射性體積布拉格光柵)以代替一空腔鏡反射循環光733C或經放大循環光736C。
儘管圖7將OPS 700描繪為包括四個曲面鏡，但可使用鏡及/或透鏡之其他組合來重新聚焦在該空腔中循環之光。在一替代實施例中，頻率求和級及OPS 700可包括一三角空腔、一駐波空腔或其他形狀的空腔，而不是一蝴蝶結型空腔。此等空腔之任一者可利用標準PDH或HC鎖定技術來穩定。藉由透過連接至一壓電換能器(PZT)、音圈或其他致動器之一控制信號(未展示)調整該等鏡之一者(諸如圖7中之鏡732C-4)之位置或一稜鏡之位置，調整空腔長度以維持諧振。
上述圖不意謂著表示組件之實際實體佈局。上述圖展示程序中所涉及之主要光學模組，但未展示每一光學元件。相關領域技術者將自上述圖及其等相關聯描述理解如何建置產生接近193 nm之一波長之一雷射。應理解，可使用更多或更少光學組件來將光引導至所需之處。可在適當情況下使用透鏡及/或曲面鏡以將射束腰聚焦至非線性晶體內部或附近之實質上圓形或橢圓形橫截面之焦點。當需要時，可使用稜鏡、射束分裂器、光柵或繞射光學元件以在各頻率轉換級之輸出處操控或分離不同波長。可在適當時使用稜鏡、塗佈鏡或其他元件以於頻率轉換級之輸入處組合不同波長。可在適當時使用射束分裂器或塗佈鏡來將一個波長分成兩個射束。可使用濾光器以在任何級之輸出處阻擋或分離非期望波長。可根據需要使用波片來旋轉極化。可在適當時使用其他光學元件。相關領域技術者將理解，在本文中所揭示之雷射之實施方案中，各種折衷及替代方案係可能的。
儘管本文中描述本發明使用促進在近似193 nm之一所期望波長下產生雷射輸出光之各種基本波長，但可藉由改變第一基本雷射(雷射200A或200B)之波長或改變由OPS (雷射200B)輸出之光之波長，而產生在此所期望波長之幾或幾十奈米內之其他波長。除非所附發明申請專利範圍中另有指定，否則此等雷射及利用此等雷射之系統被視為在本發明之範疇內。
具有在次200 nm中之一波長之雷射不能以足夠功率位準商購或不可靠或操作昂貴。特定而言，除準分子雷射之外，不存在其他先前技術用於在近似180 nm與200 nm之間的一波長範圍內產生1 W或更高之光功率。本發明之實施例產生接近193 nm之一波長，因此與較長波長相比，提供對偵測小粒子及缺陷之更好靈敏度。本發明之雷射不使用有毒或腐蝕性氣體，且因此操作及維護更容易且更便宜。
相關領域技術者將容易明白，本文中所描述之本發明雷射除在半導體檢測及度量衡中使用以外，亦存在諸多可能應用。例如，在接近於193.4 nm之一波長下操作之一雷射可用於經組態以將圖案暴露至塗佈於諸如一半導體晶圓之一基板上的光阻劑中之一微影術系統中。在另一實例中，在約180 nm與200 nm之間的一波長下操作之一雷射可用於經組態以切割或燒蝕生物組織之一系統中。本文中所描述之雷射可經組態以在輸出波長下產生非常短的脈衝，此可實現藉由燒蝕而不是藉由加熱優先移除材料，由此對周圍材料造成較少損壞。例如，此等雷射可用於雷射眼科手術或雷射視力矯正中。儘管已關於某些特定實施例描述本發明，但熟習此項技術者將清楚，本發明之創造性特徵亦適用於其他實施例，該等所有實施例意欲於落入本發明之範疇內。
關於本文中之實質上任何複數及/或單數術語之使用，熟習此項技術者可根據內文及/或應用自複數翻譯為單數及/或自單數翻譯為複數。為清晰起見，本文中未明確地闡述各種單數/複數排列。
呈現本說明書以使一般技術者能夠在一特定應用及其需求之背景下製成及使用本發明。如本文中所使用，方向性術語，諸如「頂部」、「底部」、「在…上面」、「在…下」、「上」、「向上」、「下」、「之下」及「向下」意欲於出於描述之目的而提供相對位置且並不意欲於指定一絕對參考坐標。對較佳實施例之各種修改對於熟習此項技術者而言將係顯而易見的，且本文中所定義之一般原理可應用於其他實施例。因此，本發明並不意欲於限於所展示及描述之特定實施例，而是符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵一致之最寬範疇。
此外，應理解，本發明由所附發明申請專利範圍來界定。熟習此項技術者將理解，一般而言，本文中及尤其是在所附發明申請專利範圍(例如，所附發明申請專利範圍之主體)中所使用之術語通常意欲作為「開放式」術語(例如，術語「包含(including)」應被解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應被解釋為「至少具有」，術語「包含(includes)」應被解釋為「包含但不限於」及類似者)。熟習此項技術者將進一步理解，若意欲有特定數目個所引入請求項敘述，則此一意圖將在發明申請專利範圍中進行明確敘述，且在不存在此敘述之情況下，則不存在此意圖。例如，為了輔助理解，以下所附發明申請專利範圍可含有使用介紹性片語「至少一個」及「一或多個」來介紹請求項敘述。然而，此等片語之使用不應被解釋為暗示由不定冠詞「一」或「一個」對一請求項敘述之引入將含有此所引入請求項敘述之任何特定請求項限於僅含有一個此敘述之發明，即使當同一請求項包含介紹性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一」或「一個」之不定冠詞亦係如此(例如，「一」及/或「一個」通常應被解釋為意謂「至少一個」或「一或多個」)；此同樣適用於使用所使用定冠詞來介紹請求項敘述。另外，即使明確地敘述特定數目個所引入請求項敘述，但熟習此項技術者將認知，此敘述通常應被解釋為意謂至少所敘述數目(例如，沒有其他修飾詞之「兩個敘述」之簡單敘述通常意謂至少兩個敘述，或兩個或更多個敘述)。此外，在其中使用類似於「A、B及C之至少一者，及類似者」之一公約之情況下，一般而言此一構造意欲具熟習此項技術者將理解該公約之意義(例如，「具有A、B及C之至少一者之一系統」將包含但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起，及類似者之系統)。在其中使用類似於「A、B或C之至少一者，及類似者」之一公約之情況下，一般而言此一構造意欲具熟習此項技術者將理解該公約之意義(例如，「具有A、B或C之至少一者之一系統」將包含但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起，及類似者之系統)。熟習此項技術者將進一步理解，無論是在本說明書、發明申請專利範圍還是圖式中，呈現兩個或更多個替代項之實際上任何分離詞及/或片語皆應被理解為考慮包含該等項之一者、該等項之任一者或兩個項之可能性。例如，片語「A或B」將被理解為包含「A」或「B」或「A及B」之可能性。
據信，藉由前述描述，將理解本發明及其諸多附帶優點，且將顯而易見的是，在不偏離所揭示標的物之情況下或在不犧牲其所有實質性優勢之情況下，可對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述形式僅僅係解釋性的，且以下發明申請專利範圍意欲於涵蓋及包含此等改變。此外，應理解，本發明由所附發明申請專利範圍來界定。
100:特性化系統 102:照明源 103:光學器件/光學元件 104:偵測器總成 106:感測器 108:樣本 112:載物台總成/載物台 114:控制器 116:載體媒體 118:程式指令 121:收集光瞳孔徑 122:收集管透鏡 131:照明光瞳孔徑 132:照明管透鏡 134:射束分裂器或鏡 135:射束分裂器或鏡 136:鏡 137:鏡 138:鏡 150:物鏡 151:物鏡 152:透鏡 200-0:雷射 200A:雷射總成/雷射 200B:雷射總成/雷射 210A:第一基本雷射 210B-1:第一基本雷射 210B-2:第二基本雷射 211A:基本光/第一基本光/輸入光 211B-1:基本光/第一基本光 211B-2:第二基本光 212A:二次諧波光 212B-1:二次諧波光 213B:第三頻率光/輸入光/輸出光 213C:輸出光 214B:中頻光/中間光 220A:中間倍頻級/第一倍頻級 220B-1:第一倍頻級 221B:光學參數系統/OPS 222B:頻率求和級 224B-1:射束分裂器 224B-2:射束分裂器 230A:最終倍頻級/最終(第二)倍頻級 230B:最終倍頻級/最終(第二)倍頻級 239A:雷射輸出光 239B:雷射輸出光 300:非線性晶體/四硼酸鍶SrB 4O 7(SBO)平板 301:輸入光 301A:光 302:極化方向 303:光 335-1:SBO平板 335-2:SBO平板 335-3:SBO平板 335-4:SBO平板 335-IN:輸入表面 335-OUT:輸出表面 400:第一倍頻級及最終倍頻級空腔 402:極化方向 432C-1:輸入耦合器/鏡 432C-2:曲面鏡 432C-3:曲面鏡 432C-4:曲面鏡 433C:經產生二次諧波光/循環光 436C:光 437C:射束分裂器(BS) 438C:未消耗輸入光 439C:輸出光 441:第一倍頻級非線性晶體/第一倍頻晶體 442C:未消耗光/循環光 443:輸入表面 444:輸出表面 445:輸入表面 446:輸出表面 500:頻率求和級及最終倍頻級空腔 502:極化方向 511A:輸入光 532C-1:輸入耦合器/鏡 532C-2:曲面鏡 532C-3:曲面鏡 532C-4:曲面鏡 533C:經產生輸出光/循環光 536C:光 537C:射束分裂器(BS) 538C:未消耗輸入光 539C:輸出光 541:頻率求和級非線性晶體 542C:未消耗光/循環光 543:輸入表面 544:輸出表面 545:輸入表面 546:輸出表面 600:放大級 611:連續波(CW)泵浦光 632C-1:輸入耦合器/鏡 632C-2:曲面鏡/輸出耦合器 632C-3:平面鏡 632C-4:平面鏡 633C:經放大輸入光/循環光 643:增益媒體 645:輸入表面 646:輸出表面 700:光學參數系統(OPS) 711:CW泵浦光 712:CW泵浦光 713:輸入光 732C-1:輸入耦合器/鏡 732C-2:曲面鏡 732C-3:曲面鏡 732C-4:輸出耦合器/鏡 733C:經產生循環光 736C:經放大循環光 741:輸入表面 742:輸出表面 743:增益媒體 744:光學參數振盪器(OPO)晶體 745:輸入表面 746:輸出表面 747:頻率選擇裝置 748:未消耗輸入光 L in:照明光 L INT:光 L Obl:成一傾斜入射角之光 L OUT:輸出光 L R/S/T:光 L spec:鏡面反射光
藉由參考附圖，熟習此項技術者可更好地理解本發明之眾多優點。
圖1繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的經組態以檢測或量測一樣本之一特性化系統之一簡化方塊圖。
圖2A及圖2B繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的簡化雷射總成之簡化方塊圖。
圖3繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的在雷射總成中利用之一最終倍頻級之一簡化圖。
圖4繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的在雷射總成中利用之一第一及最終倍頻級之一簡化圖。
圖5繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的在雷射總成中利用之一頻率求和及最終倍頻級之一簡化圖。
圖6繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的在用於雷射總成中之光學參數系統(OPS)中利用的一放大級之一簡化圖。
圖7繪示描繪根據本發明之一或多項實施例的在雷射總成中利用之一OPS之一簡化圖。
210A:第一基本雷射
211A:基本光/第一基本光/輸入光
212A:二次諧波光
220A:中間倍頻級/第一倍頻級
230A:最終倍頻級/最終(第二)倍頻級
239A:雷射輸出光
300:非線性晶體/四硼酸鍶SrB4O7(SBO)平板
303:光
335-1:SBO平板
335-2:SBO平板
335-3:SBO平板
335-4:SBO平板

Claims (53)

  1. 一種用於產生雷射輸出光之方法，其包括： 產生具有一相關聯中頻及在約360 nm與400 nm之間的一對應中間波長之中頻光； 利用一最終倍頻級來使該中頻光穿過一非線性晶體傳遞， 其中該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二SBO晶體平板，且 其中該複數個SBO晶體平板協作地組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有一輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個SBO晶體平板經組態使得該第一SBO晶體平板之一第一晶軸相對於該第二SBO晶體平板之一第二晶軸倒置。
  3. 如請求項1之方法，其中該輸出頻率對應於近似193 nm之一波長。
  4. 如請求項1之方法，其中產生該中頻光包括： 產生具有在近似760 nm與近似800 nm之間的一波長之一第一基本雷射射束；及 將該第一基本雷射射束之頻率加倍以產生該中頻光。
  5. 如請求項4之方法，其中產生該第一基本雷射射束係利用一鈦藍寶石(Ti藍寶石)雷射。
  6. 如請求項1之方法，其中產生該中頻光包括： 產生具有在近似1 µm與近似1.1 µm之間的一波長之一第一基本雷射射束； 將該第一基本雷射射束之至少一第一部分之頻率加倍以產生一二次諧波光； 產生具有在近似1.2 µm與近似2.0 µm之間的一波長之一第三頻率光；及 對該二次諧波光之至少一第一部分與該第三頻率光進行頻率求和以產生該中頻光。
  7. 如請求項6之方法，其中產生該第一基本雷射射束利用一摻Nd釔鋁石榴石(YAG)雷射、一摻Nd釔原釩酸鹽雷射及一摻鐿光纖雷射之一者。
  8. 如請求項6之方法，其中該OPS包括經組態以產生第三頻率光之一光學參數產生器，該OPG光學地耦合至一空腔，該空腔連接至經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  9. 如請求項6之方法，其中該OPS包括經組態以使具有該第三頻率之光再循環之一OPO空腔，其中該空腔包括經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  10. 如請求項6之方法，其中產生該第三頻率光利用一光學參數系統(OPS)，其中該OPS包括一光學參數振盪器(OPO)、一光學參數產生器(OPG)及一放大級之至少一者。
  11. 如請求項10之方法，其中產生該第三頻率光進一步包括：用該第一基本雷射射束之一第二部分泵浦該OPS。
  12. 如請求項10之方法，其中產生該第三頻率光進一步包括：用該二次諧波光之一第二部分泵浦該OPS。
  13. 如請求項10之方法，其中產生該第三頻率光進一步包括： 產生一第二基本雷射射束；及 用該第二基本雷射射束泵浦該OPS。
  14. 如請求項10之方法，該OPS進一步包括經組態以放大該第三頻率光之一放大級，且其中該放大級包括一光纖放大器、一薄盤放大器、一空腔放大器、一棒放大器、一光學參數放大器(OPA)及一多通放大器之至少一者。
  15. 如請求項1之方法，該方法進一步包括： 將該雷射輸出光引導至一基板； 自該雷射輸出光收集由該基板透射、反射及散射之至少一者之光； 將該經收集光引導至一感測器；及 分析該感測器之輸出以判定在該基板中存在或不存在一缺陷。
  16. 如請求項1之方法，該方法進一步包括將該雷射輸出光引導至塗佈於光阻劑中之一基板，由此暴露該光阻劑中之一圖案。
  17. 如請求項1之方法，該方法進一步包括： 將該雷射輸出光引導至一基板，由此自該基板燒蝕材料。
  18. 如請求項1之方法，其中該最終倍頻級進一步包括含有該複數個SBO平板且經組態以使具有該中頻之光再循環之一空腔。
  19. 如請求項1之方法，其中該頻率求和級進一步包括經組態以使具有該中頻之光再循環之一空腔。
  20. 一種檢測系統，其包括： 一光源，其經組態以產生具有在180 nm與200 nm之間的一範圍內之一波長之光；及 一光學系統，其經組態以將該光引導至一樣本上， 其中該光源包括： 一第一基本雷射，其經組態以產生具有一對應基頻之一基本雷射射束； 一或多個中頻轉換級，其共同經組態以使用該基本雷射射束產生一中頻光，該中頻光具有一相關聯中頻及在360 nm與400 nm之間的一對應中間波長； 一最終倍頻級，其經組態以使該中頻光穿過一非線性晶體傳遞， 其中該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二SBO晶體平板，且 其中該複數個SBO晶體平板協作地經組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有一輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。
  21. 如請求項20之檢測系統，其中該複數個SBO晶體平板經組態使得該第一SBO晶體平板之一第一晶軸相對於該第二SBO晶體平板之一第二晶軸倒置。
  22. 如請求項20之檢測系統，其中該輸出頻率對應於近似193 nm之一波長。
  23. 如請求項20之檢測系統，其中該第一基本雷射經組態以產生在近似760 nm與近似800 nm之間的一波長，且其中該一或多個中頻轉換級經組態以使該第一基本雷射射束之頻率加倍以產生該中頻光。
  24. 如請求項23之檢測系統，其中該第一基本雷射包括一鈦藍寶石雷射。
  25. 如請求項20之檢測系統，其中該第一基本雷射經組態以產生具有在近似1 μm與近似1.1 μm之間的一波長之一第一基本雷射射束，且其中該一或多個中頻轉換級包括： 一第一倍頻級，其光學地耦合至該第一基本雷射且經組態以使該第一基本雷射射束之至少一第一部分之頻率加倍以產生二次諧波光； 一光學參數系統(OPS)，其經組態以產生具有在近似1.2 μm與近似2.0 μm之間的一波長之一第三頻率光；及 一頻率求和級，其光學地耦合至該第一倍頻級及該OPS，且經組態以對該二次諧波光之至少一第一部分及該第三頻率光求和以產生該中頻光。
  26. 如請求項25之檢測系統，其中該一或多個中頻轉換級進一步經組態以將該第一基本雷射射束之一第二部分作為一泵浦引導至該OPS。
  27. 如請求項25之檢測系統，其中該一或多個中頻轉換級進一步經組態以將該二次諧波光之一第二部分作為一泵浦引導至該OPS。
  28. 如請求項25之檢測系統，該系統進一步包括一第二基本雷射，該第二基本雷射經組態以產生一第二基本雷射射束且光學地耦合至該OPS以用該第二基本雷射射束光學地泵浦該OPS。
  29. 如請求項20之檢測系統，其中該第一基本雷射射束包括一摻Nd釔鋁石榴石(YAG)雷射、一摻Nd釔原釩酸鹽雷射及一摻Yb光纖雷射之一者。
  30. 如請求項20之檢測系統，該檢測系統進一步包括經組態以將該雷射輸出光引導至該樣本之第一光學器件，及經組態以收集由該基板透射、反射及散射之光之至少一者且將該經收集光引導至一感測器之第二光學器件。
  31. 如請求項30之檢測系統，該檢測系統進一步包括可操作地連接至該感測器且經組態以藉由分析來自該感測器之一信號來判定在該基板上存在或不存在一缺陷之一電腦。
  32. 如請求項20之檢測系統，其中產生該第三頻率光利用一光學參數系統(OPS)，包括一光學參數振盪器(OPO)、一光學參數產生器(OPG)及一放大級之至少一者。
  33. 如請求項32之檢測系統，其中該放大級包括一光纖放大器、一薄盤放大器、一空腔放大器、一棒放大器、一光學參數放大器(OPA)及一多通放大器之至少一者。
  34. 如請求項20之檢測系統，其中該OPS包括經組態以產生第三頻率光之一光學參數產生器，該OPG光學地耦合至一空腔，該空腔連接至經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  35. 如請求項20之檢測系統，其中該OPS包括經組態以使具有該第三頻率之光再循環之一OPO空腔，其中該空腔包括經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  36. 如請求項20之檢測系統，其中該最終倍頻級進一步包括含有該複數個SBO平板且經組態以使具有該中頻之光再循環之一空腔。
  37. 如請求項20之檢測系統，其中該頻率求和級進一步包括經組態以使具有該中頻之光再循環且含有該複數個SBO平板之一空腔。
  38. 一種經組態以產生雷射輸出光之雷射總成，其包括： 一第一基本雷射，其經組態以產生具有一對應基頻之一基本雷射射束； 一或多個中頻轉換級，其共同經組態以使用該基本雷射射束產生一中頻光，該中頻光具有一相關聯中頻及在近似360 nm與近似400 nm之間的一對應中間波長； 一最終倍頻級，其經組態以使該中頻光穿過一非線性晶體傳遞， 其中該非線性晶體包含呈一堆疊式組態安置之複數個四硼酸鍶(SBO)晶體平板使得各第一SBO晶體平板鄰近於至少一個第二SBO晶體平板，且 其中該複數個SBO晶體平板協作地經組態以形成達成該中頻光之準相位匹配(QPM)之一週期性結構，使得離開該非線性晶體之光包含具有該輸出頻率與在近似180 nm至近似200 nm之範圍內的一對應波長之雷射輸出光。
  39. 如請求項38之雷射總成，其中該複數個SBO晶體平板經組態使得該第一SBO晶體平板之一第一晶軸相對於該第二SBO晶體平板之一第二晶軸倒置。
  40. 如請求項38之雷射總成，其中該輸出頻率對應於近似193 nm之一波長。
  41. 如請求項38之雷射總成，其中該第一基本雷射經組態以產生在近似760 nm與近似800 nm之間的一波長，且其中該一或多個中頻轉換級經組態以使該第一基本雷射射束之頻率加倍以產生該中頻光。
  42. 如請求項41之雷射總成，其中該第一基本雷射包括一鈦藍寶石雷射。
  43. 如請求項38之雷射總成，其中該第一基本雷射經組態以產生具有在近似1 μm與近似1.1 μm之間的一波長之一第一基本雷射射束，且其中該一或多個中頻轉換級包括： 一第一倍頻級，其光學地耦合至該第一基本雷射且經組態以使該第一基本雷射射束之至少一第一部分之頻率加倍以產生二次諧波光； 一光學參數系統(OPS)，其經組態以產生具有在近似1.2 μm與近似2.0 μm之間的一波長之一第三頻率光；及 一頻率求和級，其光學地耦合至該第一倍頻級及該OPS，且經組態以對該二次諧波光之至少一第一部分及該第三頻率光求和以產生該中頻光。
  44. 如請求項43之雷射總成，其中該一或多個中頻轉換級進一步經組態以將該第一基本雷射射束之一第二部分作為一光學泵浦引導至該OPS。
  45. 如請求項43之雷射總成，其中該一或多個中頻轉換級進一步經組態以將該二次諧波光之一第二部分作為一光學泵浦引導至該OPS。
  46. 如請求項43之雷射總成，該系統進一步包括一第二基本雷射，該第二基本雷射經組態以產生一第二基本雷射射束且光學地耦合至該OPS以用該第二基本雷射射束光學地泵浦該OPS。
  47. 如請求項43之雷射總成，其中該第一基本雷射射束包括一摻Nd釔鋁石榴石(YAG)雷射、一摻Nd釔原釩酸鹽雷射及一摻Yb光纖雷射之一者。
  48. 如請求項38之雷射總成，其中產生該第三頻率光利用一光學參數系統(OPS)，包括一光學參數振盪器(OPO)、一光學參數產生器(OPG)及一放大級之至少一者。
  49. 如請求項48之雷射總成，其中該放大級包括一光纖放大器、一薄盤放大器、一空腔放大器、一棒放大器、一光學參數放大器(OPA)及一多通放大器之至少一者。
  50. 如請求項38之雷射總成，其中該OPS包括經組態以產生第三頻率光之一光學參數產生器，該OPG光學地耦合至一空腔，該空腔連接至經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  51. 如請求項38之雷射總成，其中該OPS包括經組態以使具有該第三頻率之光再循環之一OPO空腔，其中該空腔包括經組態以放大該第三頻率光之一放大器。
  52. 如請求項38之雷射總成，其中該最終倍頻級進一步包括經組態以使具有該中頻之光再循環且含有該複數個SBO平板之一空腔。
  53. 如請求項38之雷射總成，其中該頻率求和級進一步包括經組態以使具有該中頻之光再循環且含有該複數個SBO平板之一空腔。
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