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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------B7_ 五、發明説明（1 ) 發明背景 1 ·發明範圍 本發明大致上關于雷射系統，且特別關于使用不穩定諧 振器之excimer雷射系統。 2.有關技藝敘述 雷射器通常使用一諧振腔俾用來產生一雷射束。一 excimer雷射器之典型諧振腔係例示于圈1中。諧振器包括 一對相互面向定置在具有一對沿諧振器之至少一部份長度 縱向定置之電極14及16之諧挺器之對端上之反射鏡10及 12。電極係用來激發一種通常爲氣或氟汽體以產生一雷射 束1 8。就一典型excimer雷射器言，將射束予以脈動，即 提供一控制系統（未示出）俾循環地起動來產生一連續個別 雷射脈衝。 囷1之諧振器係稱爲一穩定諧振器因反射鏡10及12係予 以弩曲以便將雷射束18聚焦進入一限定路徑内。更明確者 •’每一反射鏡10及12係一具有一徑向對稱構形之大致上 凹面之反射鏡。藉使用一對凹面反射鏡，一在諧振腔内之 反射鏡間來回跳動之雷射脈衝係予以限定在一狭窄射束以 内。 原來，所有exeimer雷射器皆包括穩定諧振腔。更最近者 ’具有「非穩定」諧振腔之諧振器構形業已成功地發展出 來。圖2例示一供excimer雷射器用之非穩定猶振腔。如同 圖1之諧振器情形一樣，圖2之諧振器包括一對定置在一諧 振腔之對端上之反射鏡18及20。一對電極22及24係沿腔 -4 - 本紙張尺度適用中國國冢標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝.

、1T '線 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 A7 -— _B7 五、發明説明（2 ) 予以縱向地配置以激發一盛裝在腔内之雷射氣體。然而， 不像使用凹面反射鏡之穩定諧振腔，圖2之非穩定諧振器 包括至少一凸面反射鏡。在圖2中凸面反射鏡係用參考號 瑪18予以標示。藉使用一凸面反射鏡而非一凹面反射鏡， —發散雷射束在腔内得以產生。換言之，因一雷射脈衝在 反射鏡18及20之間來回跳動，故雷射脈衝之寬度或射束 收斂部份乃激發或擴展。因此，諧振器係稱爲非穩定。 在圖2之實例中，反射鏡20係一凸面反射鏡。然而在其 他構形中，兩反射鏡皆爲凸面发仍在其他構形中，一反射 鏡可爲凸面而另一個則爲一平面反射鏡。不管非穩定諧振 腔之特定構形，至少一非凹面形組件之提供乃使腔内跳動 之一雷射脈衝發散。 使用一非穩定諧振器一主要優點係獲得高幅射強度發射 (其中幅射強度係每單位立體角之每單位面積輸出所幅射 之電功率）。一項關于非穩定諳振器之工作及優點之概論 係在參考由Ρ. Ε· Dyer所著之「非穩定諧振器」第二章，由

Adam Hilger，Bristol and New York所出版，而由 D. R· Hall 及P, E，Jackson所编之「雷射諧振器之物理學及技術」中 提出。 許多實用excimer雷射器構形皆使用一具有一大致矩形截 面之腔。可提供與此腔一起使用之非穗定諧振器反射鏡。 所使用之每對諧振器反射鏡係本身大致上成矩形/應注意 每個反射鏡之反射表面係成徑向對稱。然而，將反射鏡之 表面截取致使反射鏡之整個形狀爲矩形。在其他安裝步驟 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 公沒）-------- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. •1Τ :線 3018X7 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（3 ) 中，實際上囷形諧振器反射鏡係與具有一矩形截面之腔本 身一起使用，致使自每個反射鏡之一矩形中心部份反射之 一雷射束之唯一此等部份係在腔内反射。 雖然一具有矩形截面之腔之使用提供某些實際應用之優 點’但腔或諧振器反射鏡之矩形截面則導致某些缺點《具 艘s之’因爲讀振器之非對稱構造，故沿一垂直方向之適 量射束發散乃與沿一水平方向之逋量射束發散不同。就某 些應用言，垂直及水平方向發散間之任何重大不同係不能 接受的。因此，最妤提供一減少沿水及垂直方向之發散上 之不同之諧振器以便在一非對稱諧振腔内產生一大致上對 稱射束》 發明概要 根據本發明之至少一特徵，提供一方法及装置用以自使 用非軸向對稱非穩定諧振器反射鏡之一雷射諧振腔產生一 軸向對稱雷射束。上述可藉使用一對筒狀截面反射鏡及一 對筒狀截面透鏡來取代一習用對之非軸向對稱諧振器反射 鏡予以達成，透鏡係定置在反射鏡之間但朝向以反射鏡爲 準之90度。因對于反射鏡及透鏡之曲率半徑有了適當選擇 ，故一輸出射束可產生具有一大致軸向對稱之發散。 在一較佳具體實例中，非穩定諧振腔係使用在一脈衝式 excimer雷射器内。筒狀截面反射鏡對係沿_軸相互面向定 置。反射鏡對之至少一個具有一凸面反射表面。筒狀截面 透鏡對係沿軸定置在反射鏡對之間。透鏡係朝向離反射鏡 對約9 0度。一增益裝置係配置在透鏡對之間及限定在一具 -6- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 表紙張尺度適用家縣（CNS ) ( 2HJX297公楚"" 五、發明説明（4 有矩形截面之室内。選擇反射叙透鏡之曲率半徑以便在 反射鏡對之間之經已選出來的幾個雷射脈衝跳動以後提供 一大致軸向對稱發散圈形。 靠設計及製造包括具有適當曲率半徑之表面之反射鏡及 透鏡，excimer,射器之脈衝諧振腔乃產生具有一最小適量 抵向非對稱射束發散之雷射腺衝。因此乃獲得上述之物鏡 本發明之其他目的及優點將自接績之本發明之詳細敘述 予以明瞭’其中則詳述本發明之方法及裝置具體實例。 頁 圈不商述 圖I例示一穩定諧振腔。 圖2例示一非穗定諧振腔。 訂 圈3係一以概略方式部份地例示一具有根據本發明之一 較佳具體實例所構成之一非穩定諧振腔之excimer,射系統 之方塊圖。 圖4A及4B提供圈3中所例示之一部份非穩定諧振腔之垂 直及水平截面圈。 圈5係一例示垂直及水平發散當作圈3之雷射系統内一脈 衝雷射束乏跳動數目之一函數。 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 發明詳述 圖3係一例示使用一種根據本發明所構成之影像失眞共 焦非穩定請振腔之excimer雷射系統i 〇〇之方塊圈。雷射系 統100包括一具有沿一包括矩形截面之諧振腔1〇8縱向定位 之兩個以上電極104及106之諧振器102。腔1〇8係裝塡有例 如可包括氪與氟之化合之雷射氣體。室1〇8之對端包括透 —張尺歧用巾晒 ( CNS ) Γ2Γ0Χ 791) 第84113401號專利申請案 中文説明書修正頁(85年12月） A7 B7 五、發明説明（8 Θ nv ΊΚ Μ n-l ^lh

M n-l 習用非穩定諧振器具有Rlv=Rlh及R2v=R2h。如果Dv辛Dh那 θ 1ν* β lh及θην* θη1ι以及上述之對稱發散即發生。 爲使發散對稱，θ ην必須等于一經已選出之數値η之0 nh 因此： θ ην= θ nh A μ：- lh

Mr1 ;及 (請先閏讀背面之注意事項再填窍本頁 -裝 D',

R2vM r R2hMrl 下式方程式導致M h及M v間之下列關係：

D'. R 2h 爲設計一獲得 nv= nh 之一理想値之諧振器，首先下列方 訂 程式係解答Rlv及R2、

R lv 2L ;及 涑

R 2v

R n-l 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 lv

2DV 其次，下列方程式係解答R丨h及R2 h :

Rlh + R2h=2L ;及 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 體電路之製造上）上之輸出射束予以發射。控制器13〇可連 接于，或可包括用來控制雷射系统之整個操作之一個以上 之電腦或人工輸入裝置》 此詳述之其餘部份將主要集中在構成減少由于室之姐形 截面之結果而發生在室108内之任何軸向非對稱發散之透 鏡114及116與反射鏡118及120之構形及工作上。 參照圈4八及48，透鏡11〇及112與反射鏡118及120以及 一増益装置140之例示係與® 3之雷射系统之所有其他組件 無關。圈4 A提供透鏡，反射鏡发增益裝置之一垂直剖面圖 ，而圖4B則提供一水平剖面圈β如就圖4a及4B之一項比 較可瞭解’.每個組件係圓筒狀，即每一組件具有一沿著— 内私保持怪定之截面。例如，反射鏡12〇及us具有一沿著 「hj方向之恆定截面，而透鏡11〇及112則各具有一沿著 「v」方向之恆定截面。例示在圈4八及48中之所有组件具 有一水平寬度Dh及一垂直高度Dv。增益裝置14〇具有一長 度L及一縱向轴z。 透鏡110及112與反射鏡118及120皆係沿著水平及垂直方 向產生或真有不同放大率之影像失眞光學組件。因此，每 一组件係徑向非對稱。例如透鏡11〇除了具有一個以垂直 方式所取之平坦截面外尚具有一個以水平方式所取之凹截 面。因此，透鏡110僅沿著水平方向放大同時沿著垂直方 向有效地僅提供一透明窗。透鏡112除了具有一個沿著垂 直方向之平坦截面外尚具有一個沿著水平方向之凸截面。 因而，像透鏡110—樣，透鏡112僅沿著水平方向放大e -S- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装· 訂 _良尺度通财關家縣（CNS) 公董- 3018^7 A7 B7 五、發明説明（7 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 反射鏡118及120亦係非對稱，但朝向離透鏡110及112 90度。換言之，繞著縱向軸z之反射鏡之方位角係離透鏡 之方位軸90度。更明確者，反射鏡118除了具有一個以水 平方式所取之平坦截面外尚具有一個以垂直方式所取之凸 凹截面。反射鏡120除了具有一個以水平方式所取之平坦 截面外尚具有一個以垂直方式所取之凹截面。反射鏡118 及120僅沿著垂直方向聚焦或發散光同時沿著水平方向則 無聚焦或發散效果。照以上圓3所示，兩反射鏡118及120 最好係部份塗銀形成俾使反射餐之間反射之至少一部份光 透射通過用來偵測射束内之能量或用來產生一輸出射束之 反射鏡。反射鏡118及120間反射之一雷射束最好由一連續 個別雷射脈衝組成。每個脈衝易于發散因每個脈衝在反射 鏡間來回跳動爲此發散量則随跳動數之一函數變動。如圈 4A及4B中所例示，藉提供一對與一對非對稱反射鏡相組 合之非對稱透鏡及藉使反射鏡朝向離透鏡90度，反射鏡間 反射之射束之發散量乃可予以控制及最好用一適當選擇之 透鏡及反射鏡之表面之不同曲率來予以減少。 下文提供一種方法用以決定具有給定Dv，Dh及L與具有 給定數目之脈衝跳動之反射鏡118及120與透鏡110及112之 表面之曲率之逋當半徑以獲得一對稱發散。 首先應注意下列關係係適于圖4 A及4 B之構形：

Riv + R2V = 2L Μ,

Rlh -R

R f ^2h = 2L 2h- = Mh lh -10- 衣紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、-=a A7 B7 i '發明説明（8 ) θ lv=

R θ 2D. 2ν 1ν·

R 2h θ 主 ΜΓ1 ΜΓ1 習用非穩疋請振器具有Rlv=Rlh及R2v=R2h。如果Dv * Dh 那麼Θ lv# 0化及«9nh以及上述之對稱發散即發生。 爲使發散對稱，θην必須等于一經已選出之數値^之θ — 因此： 0 nv~~ C7 nh ;及 D. D, 下式方程式導致Mh及Μv間之下列關係

IDV R lh (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 爲設計一獲得θ nv= Θ nh之一理想値之諧振器，首先下列 方程式係解答Rlv及R2v : R!v + R_2V = 2L ;及 _^l = M = Rlv v VR2 人 其次，下列方程式係解答R i h及R 2 h : R1 h + R 2 h = 2 L ’ & 2D. 11 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規播（2!〇><297公釐） A7

Riv ’ R2v ’ Rih及R2h之適當數値係藉用L，Dv&Dh之特 別數値解答以上方程式予以決定。一旦決定，透鏡1丨〇及 112與反射鏡11 8及120係在分差容許極限内製成具有曲率 計算半徑。關于透鏡110及112，透鏡可製成以提供 4=|〜及& = ^^之焦距。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 作爲實例，則考慮一具有長度L=l，200毫米（mm)之諧振 器，其中Dv係等于2Dh。如果在四個跳動以後0.2毫弧度之 發散對垂直及水平方向係可接受時，則需要下列曲率半徑 及放大： Rlv=-800 mm R2v=3200 mm Mv=4 Rih=_l 153 mm R2h=3 5 53 mm Mh=3.07 Mv 就其他應用而論，較多或較少量之發散可在較少或多跳 動η以内接受。應予注意，就上述例中dv等于Dh之兩倍而 言’則無需實際數値。亦應注意者，可能有某些參數規定 ，其中上述方程式乃無法解答以獲致實際値。因此，在一 實用雷射系統之任意少的幾個跳動内未必可能獲得任意少 量發散。精于技藝之人員將瞭解其他實用限制可適用于以 上概述之方法。 就以根據上述方法構成之透鏡及反射鏡所構形之譜振器 而論，水平及垂直發散量則随每個跳動雷射脈動而減少。 對于上述實例參數之此項效果係例示在圖5中。圖5例示沿 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·

,tT '旅 A7 發明説明（10 ) 軸200之跳動N之數目及沿軸202之毫弧度發散。每一增加 跳動數上之垂直發教量係用一圓點來例示而每一增加跳動 數上之水平發散量則用一 Γ +」符號來例示。如自圖5可瞭 解，垂直及水平發散量係随每一跳動而減少，因垂直及水 平發散間之差係在跳動數目4時實際上即予以消除掉。應 注意發散本身在跳動數目4時不會完全消除掉。更確地言 之，此乃實際上被消除掉之垂直及水平發散間之差。 因而，圖5例示一如圖4A及4B中所例示構成一讚振腔之 主要優點。其他優點將係精于杈藝人員所明瞭者。再者， 雖然本發明業已就一具有各包括囷筒形反射表面之透鏡及 偏置90度之反射鏡之諧振器予以首先敘述，但本發明亦可 以與本發明之一般原理相一致之其他構形來實施。因此， 乃首先提供上述較佳及典型具體實例以例示本發明，及本 發明之範圍不應由此等實例加以限制。更確切言之，本發 明之原理可在範圍廣泛應用之種種不同系統及構形内具體 化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 -13- 本贰张A度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 l 了種改良式脈衝雷射系統，具有一包括配置在具有—軸 疋諧振腔之對端上之—單對非軸向對稱諧振器反射鏡之 非穩定讀振||，及提供—具有—祕㈣稱發散之輸出 連續脈衝包括： 用—對具有朝以該軸爲準之第—方位角之筒狀反射表 面之，射鏡及-對定置在#反射鏡之間及朝向以該轴爲 準I第二方位角之筒狀透鏡來取代該對非軸向 器反射鏡。 ^振 2. ，據中請專利範圍第1項之改良式脈衝雷射系.统，其中該 第一角係離該第二角約9 0度。 3. 根據申請專利範園第！項之i良式脈衝雷射系統，其中該 反射鏡及該透鏡之曲率丰徑係在於該等反射鏡間之經已 預先選出來的幾個雷射脈衝跳動以後予以選擇以供给該 雷射脈衝之大致軸向對稱發散。 4. 根據申請專利範圍第丨項之改良式脈衝雷射系統，其中一 第一對反射鏡具有Rlv之曲率半徑，—第二對反射鏡具有 之曲率半徑，一第一對透鏡具有fih之焦距及一第二對 透鏡具有Gh之焦距，該增益裝置具有Dv之垂直寬度，Dh 之水平寬度及L之長度，及其tRlv，R2v，fih，^ Dv及Dh具有大致上滿足下列條件之數値： R2v ,. i~2D'κ=Μν=ι Unv R1H+R2H=2L ; M,.;及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） Γ靖先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. IT

   經濟部中央標芈局員工消費合作.社印製 flh=!Uk4R2h。 5’ ~種供脈衝雷射用之非穩定諧振器，該.諧振器包括： —對具有沿一軸定置及朝向以軸爲準之第一方位角之 筒狀反射表面之反射鏡，該對反射鏡相互面對，同時第 ~孩對反射鏡具有一凸面反射表面；及 —對沿該對反射鏡間之軸定置及朝向.以軸爲準之第二 方位角之筒狀透鏡。 6 .根據申請專利範圍第5項之裝置，其中第一角係離第二角 約9〇度。 7 .根據申請專利範圍第5項之杲置，其中第二該對反射鏡具 有 凹面反射表面。 8. 根據申請專利範圍第7項之裝置，其中第一該對透鏡係— 凹面透鏡及其中第二該對透鏡係一凸面透鏡。 9. 根據申請專利範圍第8項之裝置，其中該凸面透鏡係鄰接 該第一反射鏡而配置及該凹面透鏡係鄰接該第二反射鏡 而配置。 根據申請專利範圍第5項之裝置，其中該等反射鏡具有矩 形反射表面。 H·根據申請專利範圍第5項之裝置，其中該等反射鏡及該等 透鏡之曲率半徑係在于該等反射鏡間之經已選出來幾個 跳動以後予以選擇以供給雷射脈衝之大致軸向對稱發散 〇 12_根據申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該 士· 7人册鏡具 有Rlv之曲率半徑，—第二該對反射鏡具有尺^之曲率半 -2-

   (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝· 訂 線 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 徑，—第一該對透鏡具有flh之焦距及一第二該對透鏡具 有hh之焦距，該增益裝置具有Dv之垂直寬度，Dh之水 平寬度及[之長度，及其中Rlv，lJ2v，flh，f2h，L’ Dv& Dh具有大致上滿足下列條件之數値：R, ' Μ..= R丨. R1H+R2H: I 2DVr2av :2L ； R ：h R lh

   没Mv ;及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 經濟部中央榡準局員工消費合作·社印製 fih =去 Rlh 及 f2h =^R2h。 一 13. —種雷射系統，包括： 一具有非對稱截面之諧振腔； 一配置在該對透鏡之間之諧振腔内之雷射裝置； 用以在該諧振腔内產生雷射束脈衝之裝置；及 用以提供一對稱發散圖型至該雷射脈衝之裝置。 14. 根據申請專利範圍第丨3項之雷射系統，其中用以提供一 對稱發散圖型之裝置包括： —對具有定置在沿該請振腔之一縱向軸之該諧振腔之 對端上之筒狀反射表面之反射鏡，該對反射鏡係朝向一 以軸爲準之第一方位角，該等反射鏡則相互面向，同時 第—該對反射鏡具有一凸面反射表面；及 —對沿著該對反射鏡間之軸定置朝向以軸爲準之第二 方位角之筒狀透鏡。 1X根據申請專利範圍第1 4項之裝置，其t第一角係離第二 3-

   訂 A8 B8 C8 D8 3〇18^7 ------ 〜、申請專利範圍 角約9 0度a 16. 根據申請專利範圍第1 4項之裝置，其中一第二該對反射 鏡具有一凹面反射鏡表面。 17. 根據申請專利範圍第1 6項之裝置，其中一第一該雷射器 係一凹面透鏡及其中—第二該對透鏡係一凸面透鏡。 18. 根據申請專利範圍第丨7項之装置’其中該凸面透鏡係鄰 接于該第一反射鏡而配置及該凹面透鏡係鄰接于該第二 反射鏡而配置。 19. 根據申請專利範圍第丨4項之装置’其中該等反射鏡具有 矩形反射表面。 2〇·根據申請專利範圍第14項£装置，其中該等反射鏡及透 鏡之曲率半徑係在于該等反射鏡間之經已選出之幾個跳 動以後予以選出以供給該雷射脈衝之大致軸向對稱發散 J 裝 訂 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 21.根據申請專利範圍第20項之装置，其中該第一反射鏡具 有Rlv之曲率半徑，一第二該對反射鏡具有r2v之曲率半 役’ 一第一該對透鏡具有f丨h焦距及一第二該對透鏡具有 f 2 h之焦距，該增益裝置具有Dv之垂直寬度，Dh之水平 寬度及L之長度，及其*Rlv，R2v，flh，f2h，L，Dv& 具有滿足下列條件之數値： hR, 2D. ^-2ν ^πν RlH+R2H=2L ; R 2h Ih ;及 -4 本紙伕尺度逋用中國國家標準（CN'S ) Α4規格（210X297公釐）

   7?、 ABCD 申請專利範圍 Mh 22·—種用以自—具有包括寬度Dh及高度dv之非對稱諧振腔 之非穩足雷射諧振器提供—大致軸向對稱發散至一雷射 脈衝之方法，該方法包括下列步驟： 建構一對具有筒狀反射表面之反射鏡； 建構一對筒狀透鏡； 將孩對反射鏡及該對透鏡定置在諧振腔内，同時使該 等反射表面及該等反射鏡相互面向，同時該等透鏡則定 置在該等反射鏡之間，及同時該等反射鏡係朝向以該諧 振腔之一縱抽爲準之第_方_位角及同時該等透鏡係朝向 以該軸爲準之第二方位角。 .根據申請專利範圍第2 2項之方法，其中建構該對反射鏡 及該對透鏡之步驟包括下列步驟： 決定滿足下列條件之flh，f2h，尺仏及之數値： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 、1T •-rR, 2D. 丨 R R1H+R2H=2L ; 線 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 R_ R lh Dh R

   &M,,;及 2h D', R L =;Rlh 及 Q ; 其中Π係在該諧振器内之經已選出來之幾個跳動，其後該 發散係大致上對稱： 分別建構具有Rlh及Ru半徑之該等反射鏡之反射表面； 及 -5- 本紙承尺度通用中國國家榡準（CNS ) a4規.格（2i〇X297公釐） ----- ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 分別構成具有flh，f2h焦距之該等透鏡 -6 - —0 訂 線( - { (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規路（210X297公釐）