TWI240807B - Methods of generating and transporting short wavelength radiation and apparati used therein - Google Patents

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Ϊ240807 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發鴨關於短波長輻射線，以及特別是關於短波長 輻射線之產生及傳送。 【先前技#f】 ，短波長輻射線發現可廣泛應用於不同系列技術中。例 ^半導體J1業界朗料版印鹏理過程中以界 定出集體祕巾導電雜。外形尺寸較低關雜地與輕 射波長相關，因而形成較小外形，有需要使用較短波長輕射 線。同樣，，在量計應用中需要儘可能地使用較短波長使 解析度為最大。》紐鋪線亦發财胁醫藥及工業應 用。 、然而短波長輻射線極為有用，其存在極少可運作之方 法將Ϊ輻射線由一處(例如光源)傳送至另外一個地方(例 如儀器或工作物件）。能夠使用透鏡及反射鏡以反射及聚 焦輻射線^些裝―崎準，雌鱗常錄，以及會促 使工作人員暴露於該輻射線。傳統光纖通常並不適合作為 傳运紫外線(即波長小於4G〇nm之輕射線)，由於傳送波長小 於370nm之光線通常十分受到限制。例如傳統換雜錯之石夕 石波導傾向對舰nm鋪縣不透_。解分子光源發 ，248= 在傳統光纖(摻雜錯石夕石心蕊二 :/摻雜驗石包層）只能在非常短的距離(例如Q 5恤)内作 傳送。脈衝化248nm輻射線之傳送促使這些光纖發展出色 彩中〜，其更進一步限制其用途。聚合物波導亦不適合 送紫外線，其气於高損耗及材料受損所致。短波長輻射線 通常使用作為高功率，傳統光纖在傳送高功率短波 線易受到相害或產生負面效應。 中空，導藉由_金屬或金屬/聚合物反射層塗覆imn 開孔毛細官之内側表面。這些已使用來傳送短至157咖波 第5頁 1240807 長之紐波長輪射線，在直線情況時損耗為小於ldB/m，然而 當波導彎曲半徑為3Gon喃耗增加至MdB/m n步， 這些中空喊波導只能些微地彎曲，其導引短波長輻射線 於幫角時將產生問題。因而存在更有效，安全，以及彈性之 方法以傳送短波長輻射線由一處至另外一處。 一在紅版印刷及量測應用中，有需要儘^能地使用最 域波長，其具於人滿t的觀性，賴統以及光束 品質之規格。目前，準分子雷射叙地使驗這些應用中 j而相#密集之準分子雷射具有相#不良絲品質以及 在後度波動方面具有雜訊。更進_步，準分子雷射非常不 J易被操作員調整。諧波產生技術目前被認為具有潛力以 獨，目前存在紫外線 光源在寬廣細内具有波長調整性，可接受以 學品質之需求。 【發明内容】 本發明-項實施例係關於一種傳送短波長輻射線之方 法，該方法包含下歹涉驟:提供好頻帶間隙之光纖，光子 ，間隙之光纖包含喊區_及絲娜_結構圍繞 者心蕊區域，絲頻帶間隙之光纖具有輸入端部以及輸出 ，部;耦合短波長輕射線至光子頻帶間隙之光纖的輸入端 部;以及麵合短縣輕射線離縣子頻帶間隙之光纖的輸 出端部。 本f明另外一項實施例侧於一種傳送短波長輻射線 之ί法，該方法包含下列步驟··提供一束包含一組多根光子 頻帶間隙之光纖，每一光子頻帶間隙之光纖包含心蕊區域 以及光子頻帶舰結姻縣〇蕊區域，每—光子頻帶間 %之光纖H輸入卿以讀㈣部㉚合敏長輕射線 進入光子頻帶離先纖之輸人端部;卩縣好頻帶間 光纖之輸出端部接收短波長輻射線。 、 第 6 頁 以0807

視窗。 匕纖在壓力槽内側，光子頻帶間 端部可運作地麵合到至少一個 士發％之裝置及綠赴—些優點優於先前技術之裝 嗎、例如，本發明提供一種方法適合於由紫外線光 者寫鱗徑傳送紫外線至裝置或工作物件。本發明亦 提供-種紋適合於自料縣轉絲裤料線至工 ，物件。本發曰月方法可使聽輸岭有所需要形狀，波長， 巧衝寬度，不同調度之紫外線。本發明亦能夠產生可調整， 鬲品質紫外線，儘可能地具有較高強度而優於先前技術。 【實施方式】 本發明其他特性及優點詳細地揭示於下列說明中，其 部份為熟知此技術者由說明立即地了解，或實施詳細說明， 申請專利範圍及附圖之說明而明瞭。 人們了解先前一般說明及下列詳細說明只是本發明之 範例，以及在於提供概要或架構以了解申請專利範圍界定 出本發明原理及特性。 所包含附圖在於提供更進一步了解本發明，以及構成 部份說明書之一部份。這些附圖並不需要按照比例，各元 l24〇8〇7 ^寸為了酬可能減變。_顯和本 項實施例，以及隨同說明作為解釋本發明之原理&#$。夕 巧明一般係關於使用光子頻帶嶋光纖於傳送以及 统輕射線。光子頻帶間隙之光纖藉由基本上轉 賴制州u絲料猶光j ==光纖具有光子頻帶間隙結構形成於先。、 士:頻㈣隙結構例如為週期性陣列洞孔，其 長大小之間距。光子頻帶_結構具有解及已知的 的;Γ該範圍光線將無法傳播於 層中。例如，缺陷為洞孔，其具有二 大異於光子頻帶間隙結構之洞孔。可加以變化，缺陷 ΐίϊί造埋嵌於光子頻帶間隙結構内。導入心怒内之光 光線將無法鑛於光子頻帶間隙包層中，及將 法限制於心蕊，該光纖具有頻率及傳播 早 i:間f結f的頻帶間隙内。光子頻帶間隙光纖具有一 心，，大於外圍光子頻帶間隙結構之洞孔所 减區域稱為中空之心蕊區域。在該 心 、截中，光線能夠導引於中空心蕊區域内。 工㈣ 斷面=4====^帶_纖2〇的 24。在圖7先纖0包含光子頻帶間隙結構 •干貝材枓28中。圖卜洞孔26在斷面中示意性地 亦包含心子ΐ帶間隱之光纖2〇 圍繞著。為m i ΐ包層域22之光子頻帶間隙結構 28中。界定^心蕊區域30形成為洞孔於基質材料 出^區域30之洞孔遠大於光子頻_隙結構 1240807 於 頻率及心怒έ士接、t A »li L 哥攝㊉數由幸备射 隙結構之光子頻帶間 於光子頻帶間隙結構中’==== 域之包層。在本㈣中所需要 ▼猶雄導射齡心蕊區域内钟 射線V員率在光子頻帶間隙結構之頻帶間隙内。，X田 ίΐϋ有效折射率.包層折射率。如在此ί 使用，&域之有效折射率定義為： neff=(Efi -ni2)0·5 i二1 至2 ί !:ef:i/效折射率，z為光子頻帶間隙結構中不同折射 所!音1 - Γί目’以及f i為折射率m體積部份。例如在圖1中 斤S光子頻帶間隙之光纖中，假如心蕊區域洲填充氣體 線波長下折射率約為1。包層區域22有效 所致。、回〜洛區域3〇之折射率，此由於存在基質材料28 隙所ίϊΐϊ技術者了解，由光子頻帶間隙結構之頻帶間 率強烈地決定於其結構詳細情況。熟知此 技=可糟由審慎設計光子頻帶間隙結構而調整頻 門者所熟悉之計算法可有益地使用於光帶 計^子頻帶職結構計算之免費軟體可由 >；h+t /Τ PhQtome—Package，其網址 ^ http://ab-initio.mit.edu/mpb/) 〇 l24〇8〇7 ΪΪ率分佈之介電質結構可幾何性地界定出。在已知的介 電，=構中電磁模式之電場及磁場及頻率由MaxweU公式 之計算機求解而計算出。試誤求解藉由以隨意(隨機數目） =數表示磁％為平面波之和而建立。Maxweii式子藉由改 、交平面波係數持續到電磁能量為最小而解出。其將藉由預 先條件化共輛梯度最小化之演算法而變為容易。每一模之 強度，分佈，電場及模頻率因而計算出Q該計算技術詳細說 明於 Bla:k-Iterative frequeney-danain methods for MaxwelTs equation in a planewave basis11, Johnson, J. and Joannopoulos, J. D. Optics Express, 8(3) ，173-190 (2001)。熟知此技術者了解頻帶間隙之波長範 圍與气子頻帶間隙結構之尺寸相偁。例如圖2所示，假如洞 ^ 40二角形陣列間距42約為4. 7微米，洞孔尺寸約為4· 6微 米，以及頻帶間隙在14〇〇舰至1800nm波長範圍内，則間距52 約為9· 4微米，洞孔尺寸44約為9· 2微米之三角形陣列洞孔 50具有頻▼間隙在28〇〇nm至3600nm波長範圍内。 在本發明中光子頻帶間隙之光纖可使用類似於製造傳 統光纖所使狀類似方法製造出。具有所需要排列之心蕊 及包層特徵排狀賴件獅成，再細加熱及張力抽拉 為光纖。製絲^子頻帶離光纖之適當綠詳細地顯示於 ，3中斷面中。巾空六邊形毛細管6〇利用加熱及張力抽拉 為光纖六_賴管件62製造$。這些毛細管堆疊在一起 以形成具有週期栅格結構之組合件64。一個或多個毛細管 60由組合件64中央移除以製造出中空心蕊之光纖，薄的管 件66可選擇性插入至洞孔内，該洞孔藉由移除中央毛細管 而形成如圖3所示。為了製造實心心蕊光纖，實心六邊形桿 件可插入洞孔内。堆疊組合件64放置於套管68内使用實心 桿件70以固定組件在適當的地方。加上套管之組件72再藉 由加熱及施加張力進行再抽拉以減小其尺寸，形成單體％。曰 第10 頁 l24〇8〇7 拉過程中在堆疊毛細管間之空間需要施以真空抽除 ==毛細管外織關空隙。物體74再糊驗餘 ^提高週雛陣列洞孔以及心蕊區細孔之尺寸 專=ί?步職明於例如美國第6444133號專利中，該 姑，、月曰在此加入作為參考之用。在侧步驟中，將心 ^域舰76與好鱗娜結構最_洞齡離之壁板 地擴大心蕊區域洞孔之尺寸。再抽拉，_物 體:8使用熟知此技術者之方法抽拉為光子頻帶間隙光纖8〇 二在抽拉為光纖之前，再抽拉之姓刻物體76可加上外 :件賴並未顯示出)以提供光纖具有較大外徑。光子^ 光纖8G可以光纖業界相之方式塗覆主要及辅助光 ‘需要^成預製件使得預製件内側部份之材料具有較高 軟化點而高於預製件外側部份材料，其說明於本公司22〇2 年6月12日申請之美國第·71，337號專利申請案中，該 ^^^Microstructured Optical Fibers And Methals And Preforms For Fabricating Microstructured Optical Fibers’’，該專利之說明在此加入作為參考。例如，軟化胃占 财約為50°C或更大，力為10{rc或更大，力為15(rc或更大 。一種達成該差值之方式為使用石夕石玻璃作為毛細管，以 ^含有摻雜劑之管件(例如摻雜鍺，摻雜氟，摻雜删)作為套 官。可加以變化，具有不同濃度共同摻雜劑之玻璃能夠使 用於預製件内側部份及外側部份。在使用特別形狀心蕊結 構中，$要由較南軟化點之材料(例如摻雜组之梦石)形成 心蕊結構。該軟化點差值能夠使預製件内側部份在抽拉過 程中為些微地較高黏滯性，其將導致結構内側部份較小的 扭曲。 ，了減少抽拉過程中破裂之發生以及在抽拉出光纖中 降低衰減值，f要提供具有較少污染之預製件(例如顆粒污 第11 頁 1240807 染物，有機污染物，無機污染物)以及減少OH含量(即表面吸 收f份）。因而在各個製造階段需要利用含氯氣體(例如氯 及氦氣混合物)清理預製件。如熟知此技術者了解，氯氣有 效地去除許多種類之污染物。例如，氯氣能夠與許多水份（ 例如表面0H形式）以及許多無機污染物反應以產生揮發性 種類，其將在後續清除過程中去除。氯氣可作為氧化各種 有機種類。在清理過程中需要暴露於氧氣以更完全地去除 有機污染物。清理處理過程詳細說明於2〇〇2年u月18曰申 凊之美國第10/298374號專利中，該專利名稱為” Methods For Manufacturing Microstructured Optical Fibers With Controlled Core Size"，該專利之說明在此加入作 本發明製造光纖所使用之預製件能夠使用業界所熟知 之=法製造出。例如，再抽拉技;術能夠使用來減小預製件 直徑。能夠使用SF6,肌或水溶性 · HF蝕刻以擴大洞 孔之尺寸。再抽拉及蝕刻處理過程說明於例如美國第6444 133號專利中，該專利之說明在此加入作為參考。 、預製件能夠使用業界所熟知之方法抽拉為微結構之光 纖。除此，在抽拉過程中能夠施加壓力於預製件洞孔以避 免^於表面張力所導致之閉合。可加以變化，在相對於抽 拉^卩之預製件端部上，洞孔可加以閉合以在預製件洞孔 保持JL值壓力，目而防止纟於表面張力所導致之閉合 j要使預製件不同組洞孔上保持不同的壓力，其說明於 丨司2202年6月12日申請之美國第wi7i，335 申明案中，该專利名稱為’’Methods And Preforms or Drawing Microstructured Optical Fibers", 之，在此加入作為參考。例如光子頻帶間隙光纖之較大 mLif接ΐ第一壓力系統，以及光子頻帶間隙結構 /5 ^、妾至第二壓力系統。第一壓力系統設定為較低 第12 頁 1240807 / Jti：月冰項貫轭例為提供傳送短波長輻射線之方法。 从链n^長輪射線波長為小於600nm。該方法示意性 帶二勹：。其提供光子頻帶間隙之光纖90。光子頻 域92,光子頻帶間隙結構94圍繞著

9°’以及耦合出光子頻帶間隙先纖9〇 ί^ΐΐ 本發日撕需要實施僧，短波長輻射線 0nm之紫外線。短波長姉線例如社yag以及 =:yv〇4雷射產生波長為532nm輻射線;例如Q 一切換犯·傭

生波長為355nm或266nm輻射線;氬離子雷射產生波 =3=™輻射線;KrF準分子雜產生波長為248咖輻身^ 丄頻風離子雷射產生波長為244nm輻射線;ArF準分子雷射 1波長為193nm輻射線;邮準分子魏產生波長為: nm輻射線。本發明方法特別需要使用於傳送波長小於獅 nm之紫外線。本發明方法特別地適用於傳送平均功率大於 2W之短波長輻射線。使用本發明方法有益於傳送具有高尖 峰功率(例如大於M，或甚至於1腑)之短波長輻射線。 在本發明所需要實施例中，光子頻帶間隙光纖具有中 空心蕊區域。為了將短波長輻射線與光纖實心材料相互作 用減為最低，需要將短波長輻射線導引於光子頻帶間隙光 之中空心蕊區域内。例如，在本發明特定實施例中，9〇% 模能量包含於中空心蕊區域内。 ，〇 在本發明所使用光子頻帶間隙光纖之光子頻帶間隙結 構可具有超過一個頻帶間隙。例如光子頻帶間隙結構之理 論頻帶間隙圖顯示於圖5中。該圖光子頻帶間隙姓槿且右 1 ； mi 第13 頁 1240807 至中心間隔)之比值為〇.45。 。^卩^具歧長如標聯，奴有效模折 ί頻=粗線表示心蕊之細，粗虛線』:= ί 轉懈巾仏勒岭併錄心蕊模 % θ^υΐ長ϊ光子頻帶_吉構之頻帶間隙内。例如 導^?n酿稍長在257喊272域之紫外線可 之基模。因而圖5之頻帶間隙圖所說明之光子 先，十分適合導5瞧—之料線。由於 間距相稱，如上述參考圖2之說明，熟知此技術者了 39(bm改變喊生料所需要之波長。在特 其太：f Λ施例中’紐波長輻射線由光子頻帶間隙結構之 ^ ；： 即苴最低頻率，以及最高波長，頻帶間隙)導引 ΐϋΐ 基本鱗難軸具錢廣_譜，維持 早杈刼作，以及相信具有所需要之衰減特性。 月特定實施例中，需要使用光子頻帶間隙光纖 ’門阵ΐίί線藉由光子頻_隙結構之較高階頻帶 乍=細偷基本__航;娜懷傳; ΐίΪ，^並非主要關切的事項。較高階頻帶間隙在較高 基本頻帶間隙情況。因而，對已知的短 ίίϊΐΐ之波長，較高階頻帶職之使用能夠使光纖間 R …將間化光子頻帶嶋光纖之對準及構造。圖 為如_結麵，其顯示出在較高階頻帶嶋 比明之光子頻帶間隙光纖Γ/Λ比值為M5;Rd/A 及Λ為1125nm。在該光子頻帶間隙光 之短波長練線可導引於一個較高階之頻帶 姐，同日被長為266nm之短波長輕觀能夠導引於較高階 第 14 頁 1240807 之頻帶間隙中。基本頻帶間隙並不顯示於圖6中。 為了提供具有最有益特性之光子頻帶間隙光纖在本 發明中所使用光子頻帶間隙光纖之光子頻帶間隙結構 要的以避免具有填充大空隙部份。例如，大於6〇%光子^ 間隙結構體積需要填充氣體或為真空。更需要地，大於川 光=頻帶間隙結構體積需要填充氣體或為真空。在本發明° 特定:斤需要實施例中，大於_光子頻帶間隙結構體積‘要 填充氣體或為真空。 高階頻帶間隙傾向比低階頻帶間隙狹窄。為了 =貝帶間隙光纖具有細的導引特性以及對製造變因較不 靈敏，具有提高寬度之細鱗_為需要的。= 需要光子頻帶間隙結構示意性地顯示於圖7中。光子并 Ζΐ構110 _彡化六邊糊孔111軸，其_為1^ <二、1=111並非真實之六邊形，因為至少些微地圓形 ϋ衣每處理過程形成。圓形化六邊形洞孔能夠以 式=為六個_ m及三個長方形113之組合，如圖8所示 之鲜直徑為® 112之直徑114,以及簡在0 · λ 六λ邊f之料情況)至接近1 · λ(完美圓形 )之，圍内，其中八為三角形栅格之間距。需要地 洞孔之曲率直徑為小於〇. 5 · Λ。更需要地α圓形化 孔之曲率直徑為小於〇·25 · Λ。我們已測定出由 二iii率直徑之圓形化六邊形所形成之光子頻帶： 結構傾向具有較高階頻帶間隙。 1隙 μ 之圓形化六邊糊孔之指向亦對高階頻 曰，、見度產生影響。圖9顯示出兩種可 、 之 __所:= 二、：土構115中，圓形化六邊形洞孔出 〇/。在該結構中，玻璃基質形成為3-:ί 度之玻璃線條116。在另外—個情況中，更需要光子頻ίί 第15 頁 30 Ϊ240807 形洞孔對三角形柵格指向角列mi六邊 形化角形柵格指向角度“ 土，固 氣中相於本發明光子頻帶間隙光纖之空 用間隙光纖。熟知此技術者能夠湖使 声理ir*外線拉版印刷之材料及處理過程。珊料及 Γ54=Γ細綱於例如細第 5616159, 5735921，62_ 8, 5403508, ^ 6541168 09/967398 «fj t :案中’廷些專利之說明在此加入作為參考。特別適合之 :米斗具有非系低含1之鹼金屬驗土合屬以芬通浪人鹿 (圖l’t:里lifii如高達_傳播經過光纖基質材料 之牡H 由對所需要紫外線波長為高度透明 用於製4外 从细Θ二 牡此加入作為翏考。特別適合< λ、、有非常低含量之鹼金屬，鹼土金屬，以及過渡。 i93nm5 纖之基貝材料能夠為高純度熔融矽石材料，例如為扭平8,其 可由本公司供應。對於紫外線低至160nm，0H濃度低至 ρρι高純度熔融砍石材料為需要的。更需要地，材料具有〇H 濃度小於300ppm以使用於紫外線低至16〇nm。對於紫外線 低至160nm(例如167nm)，高純度熔融石夕石材料具有〇H濃度 小於80ppm，以及氟濃度在〇· 1%及4%重量比之間。更需要^ ，曰材料具有OH濃度小於50ppm，以及氟濃度在〇· 7%及2· 5%重 量比之間以使用於紫外線波長低於160nm。使用於本發明 材料需要相當低含量氯(例如低於〇· 1%或甚至於低於〇. _ 重量比）。在本發明特定實施例中，基質材料具有分子氧濃 度為低於3x1016分子/立方公分，低於ΐχΐ 〇16分子/立方公 分，或甚至於低於5x1 〇17分子/立方公分。 對於一些應用，單一光子頻帶間隙光纖並不提供充份 功率或大的足夠照明面積。需要使用一組多個光子頻帶間 第16 頁 1240807 =以傳送短波長韓射線。如底下所 ^間隙光纖*夠提供-些優點。本_ j用先子頻 頻帶間隙光纖以傳送短波長輻射線^ 、及夕個光子 。其提供光子頻帶間隙光細束12: 一光子頻帶_錢包知蕊❺細及光明’母 蕊區域，以及具有輸入端部輪出冓 =之輸入端部，以及姆開光子頻頻 如圖11側視圖所示，透鏡陣列13〇 «;]ί 術者了解。透鏡陣列設計作知此技 射出短波長輻射線。透鏡陣光源發 頻帶間隙光纖之輸出=使咖合離開光子 輸出S3間?ί纖束可再成形於光纖輸入端部及光纖 ==二端部處光纖束之排列能夠成形以與 招故作?:或先學糸統相匹配，或符合儀器或處理過程之 帶實施例中，光纖束140包含四條光子頻 :種排列。第__為二== 錄规148發狀細_射線進人光 =H42之輸入端部。在光纖束輸出端部150處 將日'排列。第二種排列為4x1柱形，其構造 ί ΐ工作物件152。在本發明該實施例n 種排列貝貝上鄕二獅列不同。例如，如圖12所示，第一 第Π 頁 1240807 種排列整體外形與第二種排列不同。 私準v引可見光輻射線光纖使用於光纖束中以提供更 進二步功能。例如，如圖13所示，光纖束16〇能夠包含使用 來導引可見光觀線之光纖162以及一組多條光子頻帶間 隙光纖164。光纖162可為例如傳統玻璃光纖;可加以變化 其可為光子頻帶間隙光纖或光子晶體光纖。先纖162且有’ 168。可見光輕射線由可見光光源 耦a進人先義162之輸入端部166，以及轉 162 166 先子頻π間隙先纖之輸出端部，使得由其中 射線能夠使聘似鱗趣絲束。x ^見尤羊田 &纖束端部處雜㈣部細提供更 步功能。例如，在圖14中，光纖束17〇包含一組 鮮輸纖172具有輸入端部 174耦口至弟-短波長光源176，同時第二 光纖178具有輸入端部18〇耦合至第二短源^ 纖f可同樣地分又於輸出端部處以提供短波細=一先 組多個儀器，處理過程，或。 ίί二或$光:頻帶間隙光纖使其輸出端部耦合貝之 1 _ 188,其提供第一 源182之反饋控制。 心、弟短波長先 要均列中，光子頻帶間隙光纖束並不需 侧間隙光纖將作為提高 出 線之整體同雛。傳送輻射唆之鬥=，波長輻射 纖而減小。 博動触乡條絲鮮間隙光 第18 頁; 1240807 本發明另外一項實施例係關於使用光子頻帶間隙光纖 產生短波長輻射線。高諧波產生使用來產生同調紫外線及 頻譜之極紫外線區域。在高諧波產生中，具有極短持續時 間之短波長輻射線的航、衝能夠藉由聚焦高強度千萬億之一 秒果運雷射至氣體。氣體中原子發射入射頻率諧波與強烈 超短脈衝雷射交互作用。游離化處理過程之高度非線性特 性使其有可能產生高達299階諧波及更高，其波長低於3nm 。傳統高諧波產生之技術說明於Durfee等人之”〇pt Lett.

22(20)，1565 (1997); Rundquist 等人之’’Phase-Matched Generation of Coherent Soft X-rays' Science ， 250， 1412 (1998);Durfee III 等人之’’Phase Matching of

High-Order Harmonics in Hollow Wave-guides:, Phys.

Rev· Lett·，83(11)，2187 (1999);Misoguti 等人之n

Generation of Broadband VUV Light Using Third-Order

Cascaded Processes' Phys· Rev· Lett·， 87 (1)， 013601-1 (2001);以及Bartels 等人之’’Generation of

Spatially Coherent Light at Extreme Ultraviolet

Wavelengths' Science，297，376 (2002)，該每一文獻 在此加入作為參考之用。

產生紫外線方法以及適合使用於該方法之裝置示意性 地顯示於圖15中。依據本發明一項實施例，產生紫外線之 方法包含提供具有中空心蕊區域隙以及光子頻帶間隙結構 圍繞者中空心蕊區域之光子頻帶間光纖2〇2。中空心蕊區 域包含為一壓力之氣體。在本發明所需要實施例中，氣體 為惰性氣體。氣體能夠為彳氏壓(即，低於大氣壓力）或高壓（ ，高於大氣壓力）。在本發明該實施例之方法中，脈衝化同 调泵運輪射線麵合進入光子頻帶間隙光纖之中空心蕊。光 子頻帶間隙光纖需要地被使用來導引泵運輻射線。如在此 所使用，紫外線為波長低於400nm之輻射線，同時泵運輻射 第19 頁 1240807 線，波長低於4〇〇nm之輻射線。特別地適當泵運輻射線光 源提供波長在㈣聊至丨咖咖間之輻射線。在光子頻帶間 ，光纖之中空心蕊中，泵運輻射線被氮氧化物，以及與氣體 相互作用而產生紫外線，其由光子頻帶間隙光纖隨著未轉 換之泵運輻射線發射出。 壯圖15之裝置200為適當裝置以使用於本發明方法中。 衣置200包含具有至少一個視窗2〇6之塵力槽2〇4。視窗2⑻ 對使用作為激發之泵運輻射線以及傳輸之紫外線兩者為透 f 。壓力槽204需要能夠承受低壓(例如低至1毫托)以及 ^壓(例如高達10大氣壓力）。在圖15所顯示裝置中壓 J由^璃管220形成，其固定於不鏽鋼翼緣222之間。在I 毛明特定實施例中，壓力槽亦包含與壓力槽内部連通流體 3如，圖15壓力槽204具有真空端璋224及氣體沖 ^頻帶間隙光纖202具有輸入端部210及輸出端部 =2,其母一端部可操作_合到至少一個視窗施。在圖 5所顯不實施例中，裝置具有兩個視窗206,以及光子頻帶 f之輸入端部210可操作軸合到-個視窗2〇6， 端部212可操作地耦合到另外一觀窗簾。光子 光纖202被使用來導引使用作為激發之栗運韓射 ^在本發明特定實施例中，光子頻帶間隙光纖2〇2亦導引 線與包含於光子頻帶間隙光纖之中空心蕊内氣 羊相册附赶之料線。修，紐鋪線可藉由光 續之基本鮮職料，同時紫外線藉由光 子頻㈣隙結構斯皆頻帶間隙導引。在本發明且 ，射線《外線之光子解_麵的實^中光子 戴為加倍支撐於其上面，光子頻帶間隙先_ 入及輸出端部耦合經過共同之視窗。 需要地，裝置包含脈衝化同調泵運輕射線之光源。如 第20 頁 1240807 圖16^斤示，裝置230 &含壓力槽232及光子頻帶間隙光纖234 如先丽所說明。裝置230亦包含操作波長約為8〇〇nm千萬億 之-秒雷射光源236。使用於本發明之適當雷射光源的範

Hurricane模式雷身于，其可由如出呢Ligj^提供。千 萬億之一秒雷射光源236可操作地經由透鏡238耦合至光子 頻π間隙光纖234之輸入端部。底下更加完全地說明，熟知 此技術者能夠調整壓力槽中之惰性氣體之壓力。因而装置 可+包含耦合至壓力槽内部區域之壓力控制器。如圖16所示 ，瓜置230包含麵合至壓力槽232端璋242之壓力控制裝置 2胃40。壓力控制裝置被使用來提供壓力槽内部具有所需要 壓力之惰性氣體。在使用時，目16裝置能夠使用來將千萬 億之一秒雷射光源發射出泵運輕射線25〇轉變為紫外線252 。一濾波器(並未顯示出）能夠使用來去除任何未轉變之果運 幸昌射線。 >使用於本發明中諧波產生處理過程中所產生特定之高 谐波(及因而為紫外線波長)決定於相對於特定諧波之轉變 效率。當基本波(即泵運輻射線)以及諧波(即紫外線)之傳 播係數相匹配時，將達成最大效率。傳播係數相匹配能夠 使波以相同的速度運行通過氣體，因而使基本波及譜波間 之相互作用，到最大。為了達成所需要相位匹配條件，波 V色政肖b夠藉由光子頻帶間隙光纖之中空心蕊内側之氣體 材料散佈加以平衡。熟知此技術者可藉由調整其壓力而調 整氣，之整體材料分別。圖17為基本波及諧波傳播係數間 所计异差值(△々）與系列惰性氣體壓力之曲線圖。基本波 長為800nm，以及所使用諧波為267nm之第三諧波。光子頻 間隙光纖计异模擬為完美反射直徑為微米之中空 體。熟知此猶者了解婦△料下壓力錄個 氖氣)變化至數百大1^壓（氦氣）。圖17曲線圖建議孰知此 技術者可調健力射氣碰力_縣雜麟與紫外 第21 頁 1240807 線間相位相匹配，因而使所需要諧波產生達到最大。在本 發明使用於咼諧波產生之方法及裝置中，壓力槽中氣體壓 力需要大於0· 1大氣壓，以及更需要地大於〇· 5大氣壓。在 ，力槽中惰性氣體壓力乘以惰性氣體原子量需要大於2〇大 氣Μ。 、

傳統導引咼諧波產生之技術例如說明於认时沈hi等 人之文獻使用中空100-150微米直徑毛細管使用入射導引 以引導泵運輕射線。使用光子頻帶間隙光纖導引泵運輕射 線提供不同的優點優於傳統使用之中空毛細管。第一，使 用高諧波產生之非線性處理過程的效率強烈地靠運 射線之賊。紐巾社崎雜 低強度之泵運輻射線。簡單地使用較小毛細管並不實際，田 由於入射導引之損耗與毛細管直徑立方成比例。使用光子 頻帶間隙巧戴能夠使中空心蕊小至1〇微米（或甚至於更小） 被使用，提南泵運輪射線強度至少十倍。對已知氣體 相匹配壓力亦藉由使用較小波導大大地增加;例如在15〇微 米直徑毛細管巾她匹_力_ 2九碰，然而在1〇微米 中空心蕊光子頻帶間隙波導中，其約為九氣壓。提高氣 體壓力導致非線性高諧波產生處理過程效率 :除此，光子頻帶間隙光纖可導引泵運輕二革 相耗而傭使狀賴歡巾找崎，其麟高基本波 與諧波助互侧之長触朗岐進—步縣產生效率 。有魏，效率提將使熟知此技術者利用已知的領域輻射 熟知此技術者能夠使用本發明高諧波產生方法來產生 各種波長細之料線。例如關絲波方法以產生 長波紫外線(即UYA)，中間紫外線(即麵)，短波紫外線 UVC)，極紫外線，真空紫外線，或軟性七光線。 熟知此技術者了解本發明能夠作各種變化及改變，其 第22 頁 1240807 f不會脫離本發日月之精神及範圍。本發曰月含蓋這些變化及 ，變，其均在下列申請專利範圍及其同等物 【圖式簡單說明】 第二圖為本俩光預帶_:之賴崎面示意圖。 結構不同間距及洞孔尺寸兩種光子頻帶間隙 之方不意性地赫出本發賴造光子鮮間隙光纖 輻射線之方法 帶間^及六圖為本發日月光子頻帶間隙光纖範例之光子 ，四圖不意性地顯示出本發a月一項實施例傳送短波長 頻 結構依據本個—項實施靖需梅頻帶間隙 ，八圖為_化讀_孔解半徑之示意圖。 結構據本發明—項實施輯要光子頻帶間隙 線之=用一束光子頻帶間隙光纖傳送短波纖 光纖ίί=w犧峨梅頻帶間隙 見光頻帶間隙之光纖以及導引可 ί:Ξ=ΐ子頻帶間隙光纖分又束之示意圖。 結構縣㈣—項細_光子頻帶間 第十六圖為爾本發明—項魏规生料線襄置之 頁 第23 1240807 不意圖。 第十七圖為△冷與各種惰性氣體氣壓之關係曲線圖。 附圖元件符號說明： ^子頻帶間隙光纖2〇;;包層區域22光子頻帶間隙結 ρ26;基質材料28;心蕊區域30;洞孔40;陣列 & 士 2;洞孔尺寸44;洞孔50;陣列間距52;洞孔尺寸 ^ Λ六邊形毛細管6〇;玻璃管件62;組合件64;管件 •射j 68,桿件扣；套管組件72;物體74;洞孔76 纖Jo·、體二8;+光子頻帶間隙光纖80;光子頻帶間隙之光 域92;光子頻帶間隙結構94;輸入端部96; 圓ΐϊΐΓ海波長輕射線100，·光子頻帶間隙結構110; 光ΐ頻ί^Π12;長方形113;直徑114; m.怎才ίΛ璃線條116;光子頻帶間隙結構 透鏡126;敏_線观 部144.^1’43^^頻帶_光纖142;輸入端 光纖束.现功物件吸 1郎;輪出端部i68·光纖束隙光纖164;輸入端部 輪入端部子頻帶間隙光纖172; | 1，86;_請;裝置 2 I力槽204·滿盘9rtR ·女、 卞4f間无、截202，

璃管^細部2此玻 力槽232;光子頻帶間隙；^除=颂裝置230;S 240；^ 236；€^ 線252, 254。 42，粟運輕射線250;紫外 第24 頁

Claims (1)

1240807 十、申請專利範圍： 1· 一種傳送短波長輻射線之方法，該方法包含下列步驟： 提供光子頻帶間隙光纖，光子頻帶間隙光纖包含心蕊區 域及光子頻帶間隙結構圍繞著心蕊區域，光子頻帶間隙光 纖具有輸入及輸出端部； 耦合短波長輻射線進入光子頻帶間隙光纖之輸入端部· 以及 ’ 耦合短波長輻射線離開光子頻帶間隙光纖之輸出端部。 2·依據申請專利範圍第i項之方法，其中短波長輻射線由波 長 157nm，193nm, 244nm，248nm，266nm，351nm，及 532nm 選取 出。 專利範圍第1項之方法，其中短波長幸畐射線為波 長小於400nm之紫外線。 4依!f工利細第1項之方法，其中光子頻帶間隙光纖 之心：區域為中空心蕊區域。 請專利範圍第4項之方法，其中輻射線導引於中空 心凝區域内。 6.依據申請專利範圍第！項之方法其 構之基本頻帶間隙限制於光子頻 ==光 心淡區域中。 ^依據中料繼圍第丨項之方法 賴彻酬_繼細帶ΤΙ ==：2心之職她纏射線具有 圍第1項之方法，其中光子頻帶間隙結 籌滅為排列成二角形柵格之κ形化六邊形洞孔。 第25頁 1240807 古專利細第10項之方法，其中圓形化六邊形洞 孔/、有曲率直徑為小於0. 5 · Λ。 升Π 睛專利細第1〇項之方法，其中圓形化六邊形洞 3 Jit對於三_冊格角度為至少2〇度。 構由^^細鹏1G奴妹針紐貞帶間， 連結玻璃三角形島狀物形成。 法,其中光子頻軸光 範圍第1項之方法，其中基質材料具有〇H 專利範項之方法，其中基質材料具有〇H 間Γ ;鹏’以及氟濃度在〇. 1〇/°重量比以及4%重量比之 長嫌線之方法，該方法包含下列嫌 光纖?人且，光子頻帶間隙先纖束，每一光子頻帶間隙 每—===及光子頻帶間隙結構眺著心蕊區域， 鉍人ίΐ間隙光纖具有輸入端部及輸出端部； 以及口幻長輪射線進入光子頻帶間隙光纖之輸入端部； .依據申明專利範圍第1項之方法，JL中光子頻帶門隙# 輪出端部排列為第，，第—排列4怎=、截之 纖之輸出軸合至反饋感測器。去”、中先子制隙先 21.依據申請專利範圍第17項之方法，其中光纖束更進一步 第26 頁 1240807 ϊΐϊ纖使絲導討見絲射線，光纖包含輸入端部及 輸出端部，以及其中方法包含下列步驟： _合可見光輕射線進入光纖之輸入端部;以及 I馬合可見光輻射線進入光纖之輸出端部’。 22·依據申請專利範圍第i 7項之方 頻帶間隙光纖包含第一組光子噸帶門险、丄^、、且夕餘先子 光子頻帶嶋 輪入铖長統，以及第二 隙光纖搞合至第二短波長光源。 八曰 23. 依據申請專利細第17項之方 帶間隙光_不-樣^〇 。、中、、且夕i卞先子頻 24. 依據申請專利細第17項之方法，其 =下列步驟:移動至少—條光子頻冑乂 份，同時短波長輕射線導引於其中。域之円側邛 25. -種敍紫外線之方法，該方法包含下 纖，其具有*空心蕊區_光子頻 者中空心鎚域，中空心蕊區域包含一壓 子頻帶間隙綠中 :二先子頻，_、先纖使用來導引果 26·依_綱範_ 25奴妓，財趟娜生氣體 據申請專利範圍第25項之方法，其中更進一 調整^體壓姐達成泵運輻射線與紫 28.依據申請專利範圍第25項之方 ^ : 纖使用來導引紫外線。 〃 U子頻f間隙先 綱細第25項之方法，其中氣體壓力為大於 步包含下 1240807 申!青專利範圍第25項之方法，其中情性氣體壓力乘 ^乳體原子量為至少2〇大氣壓。 象古申^專利範圍第25項之方法，其中光子頻帶間隙光 、哉权场直徑為小於2〇微米以泵運輻射線。 法，其中泵運謝與惰 3夕3卜=2=範圍第25，方法，其中紫外線為長波紫 二Μ B把圍氣外線，短波备、外線，極紫外線，真空紫外線 ，或柔軟性X-光學。 第25項之蛾嫩運峨波長 35· —種產生紫外線之裝置，裝置包含： 明=力槽，其具有至少一個視窗，視窗至少對紫外線部份透 光子頻帶f猶域，其财μ心蕊區域及 隙光、纖芦力 ''、戈’ 輸入端部出端部，光子頻 Ξί=:至先:頻一帶：纖之輸入端部及 36.依據帽專利細第35項之裝置， 衝化同調泵運輻射線，光源經由至少一;=二:脈 頻帶間隙光纖之輸入端部。〆個視由耦合至先子 35項之裝置，其中應力槽包含一個 ί壓恤更進-步包 所需要壓力 惰性氣體填充壓力槽内部為 38·依據申請專利範圍第昶項 窗，以及嫩個視 個視窗，以及光子轉耦合至一 外一個視窗。輸出可操作地輕合至另 第28 頁