TW426801B - Absorption tester for optical components - Google Patents

Description

經濟部中央榡隼局貝工消費合作社印製 A7 ________B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關光學組件，特别是有關利用透光光學組 件偵測光吸收的一項技術。 透光光學組件如稜鏡、金屬干擾帶以及透鏡，常被用 於雷射或其他光源之光學系統。透光光學组件對於出射波 月_j之功效代表光學組件的一項重要設計，光學組件吸收的 光會產生内部溫度梯度，而呈現出波前畸變。波前畸變係 出射波前從其預定形狀朝傳播方向之整個峰間變形。波前 畸變會導致球面透鏡效應或其他畸變而降低光學系統的整 體性能。 因此，通常希望測量光學組件之光吸收作用，於安裝 在光學系統内之前評估其性能。利用像光電二極管或光電 倍增管這種光學探測器直接測量光吸收係一項非常著名的 光學組件吸收測量方法。尤其是，此方法比較了進入光學 組件之光束強度與離開光學組件之光束強度之間的差異（ 且反射耗損亦須加以測量），以計算出光學組件之吸收。 很不幸地，隨著光學組件之吸收的絕對值減小，利用 上述方法測量變的越來越困難，舉例來說，吸收可以是入 射光的1%左右或更少。當百分之一的差異很重要時，由 於光源中的漂移及雜訊與光學探測器限制了吸收量測之精 確度，因此上述方法會特別困難《再者，此方法必須藉由 測量兩個可能非常大數目之間的差異（亦即進入光學組件 之光束強度與離開光學組件之光束強度）來推測吸收作用 。此外，此方法需要數個昂貴的光學感測器，每個欲測試 之光學組件必須以展開方式配置光學感測器》 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) 訂 42680 1 Α7 Β7五、發明説明（2 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝

所需要的是較佳的光學吸收測量結構及技術，使其有 效而精確地選擇用於一特定光學系統之透光光學組件。 本發明提供了一項藉由測量光學組件吸收光所增加之 溫度以偵測光學組件之光吸收的技術。有一項實施例提供 了一種複合式光學組件吸收檢測器，其包括有一個與各光 學組件接觸之溫度感測器，以及一個配置在各光學組件周 圍之參考溫度感測器，用以抵銷於複合式光學组件測試期 間所發生的周圍溫度改變》此實施例提供了 一種同步測試 複合式光學組件用之較廉價且更小型之吸收檢測器。 由於本發明技術係測量光學組件之溫度增加，其係直 接與光學組件吸收的能量有關，而非測量兩個大數目（亦 即進入光學組件之光束強度與離開光學組件之光束強度) 之間的量差，因此利用本發明判定光之吸收是非常精確的 。本發明在選擇其中光學吸收之微小差異可使性能產生極 大差異時特別有到，例如紫外線準分子雷射。 第1圖係用於本發明一項實施例之複合式稜鏡的一個 光學吸收檢測器之上下視圖，其蓋子已被移除且有些部 分是透明的。 第2圖為第1圖之光學吸收檢測器的一個分解圖。 第3圖為第1圖之檢測器的_個部分截面圖，其繪示了 將溫度感測器安裝至母板上的諸細節。 第4圖為根據本發明一項實施例檢測光學組件之光吸 收的一個圖形。 所有材料吸收電磁光譜某些部分中的輻射，吸收的 本紙張尺度速用中固國家 ---------V-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁}

、1T

* I I I I II

1— > - I

.I I II I I · 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装

Zl 2 B 8 Ο ' A7 _______B7 五、發明説明（3 ) 視輻射之波長、輻射路徑中的吸收材料量、以及材料於該 波長之吸收比而定。光學組件，例如用於一雷射中的透光 光學組件，因吸收光產生内部溫度梯度而導致波前畸變。 本發明之較佳實施例藉由測量直接由光學組件吸收光所造 成的溫度增加判定一光學組件之吸收。 雖然可以改成任何單一的光學組件或任何複合式光學 組件作檢測，第1圖例示了根據本發明一項實施例檢測複 合式稜鏡的一個光學吸收檢測器1 〇。吾人將舉一個測量用 於一波長為248 mm之氟化氪（KrF)準分子雷射中的熔融石 英稜鏡14之光學吸收的吸收檢測器1〇例子，如第1圖中所 示’檢測器10容納高達十個熔融石英稜鏡丨4，以同時檢測 他們。因此，檢測器10很有利地減少測試複合式稜鏡或其 他光學組件之光學吸收所需的時間。 有一個溫度感測器16與各稜鏡14接觸著，於特殊範例 中，檢測器10包括有十個溫度感測器16，每個受檢測之稜 鏡14均配置了一個。在一項實施例中，溫度感測器為電阻 溫度檢波器型式（RTD)的感測器。 這種溫度感測器利用具有已知熱電阻係數的一個電阻 元件之電阻變化來反射溫度，此電阻變化利用傳統技術轉 換成電壓，任何溫度感測器均可用來代替rTD型式的感測 器。 檢測器10亦包括有一個配置在各稜鏡14周圍之參考溫 度感測器18(與感測器16相同）。檢測器1 〇包括有十個參考 溫度感測器18，每個受測稜鏡14均配置了一個。參考溫产 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } Α4規格（210Χ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -?τ 6 426801 A7 B7 五、發明説明（4 ) 檢測器18測量稜鏡附近周圍溫度之局部變化，將感測器16 產生的信號減去參考溫度感測器18產生的信號，而使各感 測器16產生的信號完全由稜鏡14之溫度變化而得到。 檢測器10包括有一塊用以支撐感測器16及】8之母板22 ，將參看第3圖作更詳細之敘述。母板22亦提供了 一個具 有諸條接至感測器16及18之導線的電氣接頭23，有一個合 適的檢測裝置24接於接頭23上，以提供任何供電電壓給感 測器，並測量感測器信號。 母板22被包在一個具有一鋁製蓋子25(第2圖）與一鋁 製底座26(第2圖）的外殼内，外殼降低了進行檢測之室内 所產生的對流冷卻效應。 有一個開口 30(第1圖）配置在底座26中，讓來自一光 源33之光束能夠進出外殼。同時配置有一面反射鏡34供光 束二次通過，藉以增加檢測較低程度光學吸收用之檢測器 10靈敏度，並使所有稜鏡14上的入射功率約略相等。 經濟部中央椋準局員工消費合作社印笨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 下文將詳述光學吸收檢測器1 〇之運作。利用檢測器五〇 作光學吸收檢測係從一光束來源3 3、例如雷射，使一道光 束32穿過各稜鏡14。在一項實施例中，光束來源係波長為 248 nm的一個KrF準分子雷射，稜鏡14内部或稜鏡14表面 處吸收之光束32會導致稜鏡14之溫度上升’較佳之技術僅 而測量表面與體積之相關吸收的總和，並不需測量表面反 射。 檢測器10利用溫度感測器16測量檢測各稜鏡14於受測 期間所增加之溫度’於較佳實施例中，各感測器16直接與 本紙張从適用中_家揉^CNS >鐵^21()><297公^ 7 d 268 0 經濟部中央標率局員工消费合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（5 ) 各自的梭鏡14接觸β檢測器10利用參考溫度感測器18計算 各複鏡14於受測期間，附近周圍溫度之局部變化。稜鏡14 之溫度增加大小直接與稜鏡之整體吸收成比例。 光束32強度之些微變化於此溫度量測技術中並非決定 性的因素，由於各棱鏡14之光學吸收相當小，因此可以同 時檢測多個串聯之稜鏡14，而不會嚴重地耗損光束32沿著 光徑之功率。舉例來說，根據較佳實施例之光學吸收檢測 係於一熔融石英稜鏡上進行。利用與棱鏡接觸的一個溫度 感測器作測量，有一道由UV準分子雷射產生之光束通過 稜鏡大約十分鐘而導致稜鏡溫度升高2.9DC，稜鏡上升 2.9°C的一個溫度需要大約157焦耳，其很容易測量。稜鏡 於十分鐘的檢測期間，暴露在大約12,〇〇〇焦耳的一個劑量 之下。假設無表面吸收，則每個表面大約丨❶的—個反射 耗損會使棱鏡吸收的功率改變一個極小的量。因此，複鏡 之光學吸收大約為157焦耳除以12,000焦耳，其等於作用 於稜鏡之能量的1.313% < 一如所見，稜鏡於1%入射光周圍之極少吸收量被轉 換成攝氏好幾度之極高溫度上升。所配置之檢測器10能夠 測里小至0.05°C之上升溫度，確保精確偵測稜鏡之吸收β 光學組件之溫度偵測可以利用各種方式進行，其可以 是電氣方式、機械方式、光學方式或化學方式。在一項實 施例中，溫度感測器為熱電偶感測器。任何測量光學组件 吸收光束後之溫度的技術均可用於第1圖之光學吸收檢測 器10。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >Α4規格（210X297公釐） t請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 4¾ A7 426801 五、發明説明（6 ) 雖然繪示了用於特殊光學組件（亦即稜鏡）之光學吸收 檢測的一個特殊結構，但是其他適當的實施例可以用於不 同幾何形狀之光學組件，例如光學窗口、反射鏡或透鏡。 第2圖係第1圖之光學吸收檢測器10的一個分解圖，第 1及2圖中的元件係相同的，並標示相同的號碼。如第2圖 中所示，檢測器10包括有一個鋁製底座26及一個鋁製蓋子 25，兩者形成外殼，於檢測器10檢測稜鏡期間圍著棱鏡14 〇 檢測器10亦包括有一個鐵氟龍隔板40和一個鐵氟龍水 槽42(部分透明），用以安裝稜鏡μ並使稜鏡14與熱隔絕， 而使光束32(第1圖）能夠產生最大的溫度上升這增加了 檢測器10測量非常低程度之光學吸收的能力。彈簧單高嬌 板46及有肩螺釘48用以將感測器16支樓在受測棱鏡上，詳 示於第3圖中。 第3圖為其中一塊彈簧單高嬌板46的一個橫載面圖， 所示之溫度感測器16具有三條導線，接於彈簧單高嬌板46 上面的相對應接觸墊圈50上。接觸墊圈5〇係以電氣方式接 至彈簧單高矯插銷52，其係彈簧加載式且可以壓縮（類似 —彈簣單高橋）*有肩螺釘48可以滑動方式穿過彈簧單高 嬌板46，並鎖入母板22内，彈簧單高嬌插銷52因而促使彈 簧單高嬌板46遠離母板22。彈簧單高碡插銷52以電氣方式 和母板22上面的墊圈54接觸，其係透過傳導線接至電氣接 頭23(第2圖）。母板22接著覆蓋在稜鏡丨4上面，而使感測 器16與稜鏡14接觸。彈簧單高嬌插銷52提供了一個彈力 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公楚） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 _ 4β 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

-1-g - I I -I 9 經濟部中央椟準局員工消費合作社印装 42680 1 . Λ7 Β7 五、發明説明（7 ) 確保感測器16與稜鏡14之間可靠的直接接觸。 所示之鐵氟龍隔板40被定位在母板22和稜鏡14之間， 而使稜鏡14與熱隔絕。 第4圖為利用較佳實施例之技術測量由於熔融石英稜 鏡之光學吸收而使溫度上升的一個圖形，尤其是，第4圖 繪示了利用第1圖之光學吸收檢測器10測試十個稜鏡，其 溫度變化對時間之關係圖。第4圖亦顯示出八個溫度上升 最高的稜鏡並不符合可接受之檢測器標準，而其餘兩個稜 界可以接受。不合格的稜鏡若用在雷射上的話可能會產生 問題，例如用於一步進器。利用本發明在那些稜鏡被安裝 使用之前就排除不適合的稜鏡遠較那些稜鏡被用於一昂貴 的完整雷射系統檢測時發現其不適用性更加經濟、便利及 方便。 雖然已經繪示並敘述本發明之特定實施例，那些熟習 技藝的人將很容易理解到，本發明可加以變更及修正，並 不會偏離本發明之廣泛性。舉例來說第1圖中的檢測器 尺寸可以減少，並用以同時判定一光學組件之光學吸收。 因此，依附項申請專利範圍於其範圍内會包含所有這種變 更及修正，完全符合本發明之精神及範圍。 本紙張财國國家梯準（cGs ) Α4驗（加乂297公潑） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-*1T 10 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 4 268 0 1 五、發明説明（8 ) 元件標號對照 10· •光學吸收檢測器 14- •稜鏡 16. •溫度感測器 18. •參考溫度感測器 22· •母板 23· •接頭 24· •檢測裝置 25· •蓋子 26·. •底座 30-- -開口 32·· •光束 33- *光源 34·. •反射鏡 40·· •隔板 46" •彈簧單高踏板 48·. +肩螺釘 50·· •接觸墊圈 52·· •彈簧單高踏插銷 54· ‘ *塾圈 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0 X 297公釐） 11

Claims (1)

1. A2S80 1 as BS C8 _ '中請專利範圍 L 一種測量光學組件之光學吸收的方法，其包括有： 提供至少一個光學組件； 堤供光給該至少一個光學組件；以及 測量該至少一個光學組件由於該光束被該至少一 個光學組件吸收而造成的一個溫度增加，以判定該至 少一個光學組件之光吸收。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其更包括有激發—雷射 ，其中該光束係由該雷射產生，該雷射產生與希望使 用該至少一個光學組件之雷射系統的波長大約相同之 光束。 3·如申請專利範圍第〗項之方法，其中該測量步驟包括利 用至少一個溫度感測器測量該至少一個光學組件之溫 度增加。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中該溫度感測器係一 電阻式溫度感測器。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中該測量步驟包括有： 輕濟部中央操準局員工消費合作社印11 m I -- ff—^ --- - - «I I -1 - n 一 * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用一參考溫度感測器測量該至少一個光學組件 附近之周圍溫度變化。 6,如申請專利範圍第！項之方法，其中該提供光束之步驟 包括： 使至少一部份的光束通過串聯之複合式透光光學 組件。 如申句專利範圍第6項之方法其中該測量步驟包括有： 同時測量該複合式透光光學組件由於光束通過該 (210x297公釐' 12 426801 A8 Β8 C8 _ D8 _______ '申請專利範圍 複合式透光光學组件而造成的溫度增加，其中溫度之 增加係與該複合式透光光學組件之光吸收有關。 8.如申請專利範圍第6項之方法，其更包括有： 使至少一部份的光束二次通過該複合式透光光學 組件。 9·如申請專利範圍第丨項之方法其更包括有： 根據該溫度增加判定該至少一個光學組件的一個 特性。 W‘一種光學吸收檢測系統包括有： 一個支撐至少一個光學組件之支撐結構；以及 至少一個與該至少一個利用光學吸收檢測系統測 試之光學組件接觸的溫度感測器。 11. 如申請專利範圍第1〇項之系統，其更包括有： 至少一個參考溫度感測器，配置在利用光學吸收 檢測系統測試之該至少一個光學組件周圍。 12. 如申請專利範圍第1〇項之系統其更包括有： 於檢測期間圍住該支撐結構的一個外殼。 經濟部中央#準局薦工消費合作社印製 H— m In m^i ^^^1 ^ J. 、T (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13. 如申請專利範圍第10項之系統其中該支撐結構係支 撐多個該光學組件。 14. 如申請專利範圍第1〇項之系統其更包括有： 一面供至少一部份的光束二次通過由該支撐結構 支撐的複合式透光光學組件之反射鏡。 15. 如申請專利範圍第10項之系統，其更包括有一個雷射 ，該雷射產生一道雷射光束，作用於該至少一個光學 本紙張从適用目家料（CNS > ( 210X_297^i·' 13 426B0 1 as BS C8 --------- 六、申請專利範圍 組件上β 16. —種同時測量複合式透光光學組件之光學吸收的裝置 ，其包括有： 一個用以支撐複合式透光光學組件之支撐結構； 複合式溫度感測器，每個該溫度感測器均與至少 其中一個該光學組件接觸； 複合式參考溫度感測器，每個該參考溫度感測器 均配置在至少其中一個該光學组件之周園；以及 於同時測量該光學組件之光學吸收期間，圍住該 光學組件的一個外殼。 17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其更包括有： 一個供至少一部份的光束二次通過每個該光學组 件之反射鏡。 18. 如申請專利範圍第16項之裝置，其更包括有： 使該光學組件與絕熱之裝置。 19. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該複合式溫度感 測器之數目等於該光學組件之數目。 ^^1 ^^^1 ^^^1 ^^^1 ^^1 1^1 an h 1 τ« - 噹 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 14 本紙張尺及適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（2tOX Μ?公嫠ί