TWI755822B - 用於光源的端琢面保護以及用於度量衡應用的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於提供一光源之系統及方法。在一個配置中，該光源包含：一氣室，其具有一窗；一光纖，其為中空的且具有一軸向方向，其一端部封閉於該氣室內且經由一光學路徑光學地耦合至該窗；及一表面，其圍繞該光纖之該端部安置，且在該軸向方向上朝向該窗延伸經過該光纖之該端部，以便限制以下中之一或多者：該光學路徑與該氣室之其餘部分之間的氣體之交換；電漿朝向該光纖或至中之進入；及朝向蝕刻敏感表面之自由基通量。

Description

用於光源的端琢面保護以及用於度量衡應用的方法

本發明係關於一種光源及一種用於操作光源之方法，特定言之，用於微影裝置或度量衡工具之寬頻帶光源。

微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如遮罩)處之圖案(通常亦稱為「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。

為了將圖案投影至基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵的最小大小。當前在使用中之典型波長為365nm(i-線)、248nm、193nm及13.5nm。相比於使用例如具有193nm之波長之輻射的微影裝置，使用具有在4至20nm之範圍內之波長(例如6.7nm或13.5nm)之極紫外(EUV)輻射的微影裝置可用於在基板上形成較小特徵。

低k₁微影可用於處理尺寸小於微影裝置之經典解析度極限的特徵。在此製程中，解析度公式可表達為CD=k₁×λ/NA，其中λ為所採用輻射之波長，NA為微影裝置中之投影光學器件之數值孔徑，CD為「臨 界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此狀況下為半間距)且k₁為經驗解析度因數。一般而言，k₁愈小，則愈難以在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於NA之最佳化、自訂照明方案、使用相移圖案化器件、設計佈局之各種最佳化，諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱為「光學及製程校正」)，或通常定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影裝置之穩定性之緊密控制迴路可用於改良在低k₁下之圖案的再生。

度量衡裝置可用於量測基板上之結構之所關注參數。舉例而言，度量衡裝置可用於諸如臨界尺寸之量測參數、基板上之層之間的疊對及基板上之圖案之不對稱性。量測輻射之射線用於照明基板。輻射由基板上之結構繞射。繞射輻射由物鏡收集且由感測器擷取。

量測輻射之射線藉由由光源發射之光提供。此光經由光束分光器及物鏡引導至基板上，該物鏡自基板收集繞射輻射。

提供量測輻射之光源可為寬頻帶光源。寬頻帶光源可使用充氣光纖產生。雷射源可耦合至光源之光纖之輸入，且在光纖中光譜增寬。

此光源之極高的光譜功率密度及產生為光產生之副產品的電漿兩者皆承受損害中空核心光子晶體光纖(HC-PCF)之材料之風險。因此，合乎需要的係例如提供具有經增加可操作壽命之寬頻帶光源。特定言之，合乎需要的係提供包含在操作期間產生更少污染物材料之充氣中空核 心光子晶體光纖之寬頻帶光源。亦合乎需要的係保留原始及所要光譜及功率輸出以及模式內容。

根據一第一態樣，提供一種光源，其包含：一氣室，其具有一窗；一光纖，其為中空的，其一端部封閉於該氣室內且經由一光學路徑光學地耦合至該窗；一表面，其圍繞該光纖之該端部安置，且朝向該窗延伸經過該光纖之該端部，以便限制以下中之一或多者：該光學路徑與該氣室之其餘部分之間的氣體之交換；電漿朝向該光纖或至該光纖中之進入；及朝向蝕刻敏感表面之自由基通量。

根據一第二態樣，提供一種度量衡器件，其包含第一態樣之光源，其中該光源經組態以產生用於投射至一基板上之光。

21:管狀毛細管

100:HC-PCF

101:輸入端

102:輸出端

110:雷射脈衝

120:雷射脈衝

121:寬頻脈衝

130:數值孔徑

200:電漿

201:穩定狀態區

202:電漿

400:輸出元件

401:自對準區段

402:自定心區段

403:保護元件區段

405a:表面

405b:表面

500:光源

501:HC-PCF

502:氣室

503:輸入窗

504:窗

505:輸出光束

506:輸入光束

509:間隙

700:屏蔽物

701:壁材料

702:內空隙

703:徑向間隙

704:軸向間隙

710:內表面

800:屏蔽物

801:壁材料

802:內部空隙

804:軸向間隙

810:表面

903:徑向間隙

910:表面

920:表面

AM:標記

AS:對準感測器

B:輻射光束

BK:烘烤板

C:目標部分

CAP:毛細管

CC:毛細管空腔

CH:冷卻板

CL:電腦系統

d:直徑/箭頭

D _align :直徑

D _center :直徑

DE:顯影器

D _fiber :直徑

HC:中空核心

IB:光束

IE:輸入端

IF:位置量測系統

IL:照明系統

I/O1:輸入/輸出埠

I/O2:輸入/輸出埠

IRD:輸入輻射

LA:微影裝置

LACU:微影控制單元

L_align:長度

LB:裝卸區

LC:微影單元

L_center:長度

L_protect:直徑

L_protect:長度

LS:位準或高度感測器

LSB:輻射光束

LSD:偵測單元

LSO:輻射源

LSP:投影單元

M1:遮罩對準標記

M2:遮罩對準標記

MA:圖案化器件

MT:遮罩支撐件/度量衡裝置/度量衡工具

OE:輸出端

OF:光纖

OL:物鏡

ORD:輸出輻射

P1:基板對準標記

P2:基板對準標記

PD:光偵測器

PEB:後曝光烘烤步驟

PGR:投影光柵

PM:第一定位器

PRS:脈衝式泵浦輻射源

PS:投影系統

PW:第二定位器

RB:輻射光束

RDS:輻射源

RO:機器人

RSO:輻射源

RSV:儲集器

SC:旋塗器

SC1:第一標度

SC2:第二標度

SC3:第三標度

SCS:監督控制系統

SM:光點鏡面

SP:照明光點/支撐部分

SRI:參考干涉計

ST:支撐管

TCU:塗佈顯影系統控制單元

TW1:第一透明窗

TW2:第二透明窗

W:基板

WM:工作媒體

WP:壁部分

WT:基板支撐件

現將參考隨附示意性圖式而僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：- 圖1A描繪微影裝置之示意性概述；- 圖1B描繪微影單元之示意性概述；- 圖2描繪整體微影之示意性表示，其表示最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的協作；- 圖3A描繪對準感測器之示意性方塊圖；- 圖3B描繪位準感測器之示意性方塊圖；- 圖4A為可在橫向平面中(亦即垂直於光纖之軸線)形成根據實施例之輻射源之部分之中空核心光纖的示意性橫截面圖；- 圖4B描繪根據用於提供寬頻帶輸出輻射之實施例之輻射源的示意性表示；及 - 圖4C(a)及(b)示意性地描繪用於超連續光譜產生之中空核心光子晶體光纖(HC-PCF)設計之實例的橫向橫截面，每一設計可形成根據實施例之輻射源之部分；- 圖5描繪具有氣室之基於HC-PCF之光源的示意圖；- 圖6A描繪基於HC-PCF之光源之平均輸出功率相對於總操作時間的實驗結果，- 圖6B描繪具有污染生長之HC-PCF之端部的示意性實例；- 圖6C描繪圖6B中所描繪之污染生長之形成的可能機制；- 圖7描繪光源之實施例；- 圖8描繪光源之第二實施例；- 圖9描繪光源之第三實施例；- 圖10描繪光源之第四實施例；及- 圖11描繪光源之第五實施例。

在本文獻中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有為365、248、193、157或126nm之波長)及極紫外輻射(EUV，例如具有在約5至100nm範圍內之波長)。

如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化器件」可廣泛地解釋為指可用於向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。術語「光閥」亦可用於此上下文中。除經典遮罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。

圖1A示意性地描繪微影裝置LA。微影裝置LA包括：照明系統(亦稱為照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；遮罩支撐件(例如遮罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如遮罩)MA及連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓)W及連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如包含一或多個晶粒)上。

本文中所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸漬液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般術語「投影系統」PS同義。

除了基板支撐件WT以外，微影裝置LA可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之性質或輻射光束B之性質。量測載物台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸漬液體之系統之一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS之下移動。

在操作中，輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖案化器件(例如遮罩)MA上，且藉由呈現於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)進行圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B穿過投影系統 PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦及對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1A中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2稱作切割道對準標記。

如圖1B中所展示，微影裝置LA可形成微影單元LC(有時亦稱為微影單元(lithocell)或(微影單元(litho))叢集)之部分，該微影單元LC通常亦包括對基板W進行前曝光製程及後曝光製程之裝置。習知地，此等包括沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W、在不同處理裝置之間移動基板W，且將基板W傳遞至微影裝置LA之裝卸區(loading bay)LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統之器件通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元TCU自身可由監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU控制微影裝置LA。

為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，合乎需要的係檢測基板以量測經圖案化結構之性質，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，微影單元LC中可包括檢測 工具(未展示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W進行之其他處理步驟例如進行調整，尤其在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前完成檢測的情況下。

亦可稱為度量衡裝置之檢測裝置用於判定基板W之性質，且特定言之，判定不同基板W之性質如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之性質在層與層之間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影單元LC之部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為獨立器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或半潛影(在後曝光烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已經移除)上之性質，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之性質。

通常，微影裝置LA中之圖案製程為處理中之最重要步驟中之一者，其要求基板W上之結構之尺寸及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於如圖2中示意性地描繪之所謂「整體」控制環境中。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT(第二系統)且連接至電腦系統CL(第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的協作以增強總體製程窗且提供緊密控制環路，以確保由微影裝置LA進行之圖案化保持在製程窗內。製程窗界定一系列製程參數(例如劑量、焦點、疊對)，在該等製程參數內，特定製造製程產生經界定結果(例如功能性半導體器件)--通常在該經界定結果內，允許微影製程或圖案化製程中之製程參數變化。

電腦系統CL可使用待經圖案化之設計佈局(之部分)以預測 使用哪種解析度增強技術，且進行計算微影模擬及計算以判定哪種遮罩佈局及微影裝置設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(藉由第一標度SC1中之雙箭頭描繪於圖2中)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影裝置LA當前正在製程窗內之何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測是否可能存在歸因於例如次佳處理的缺陷(藉由第二標度SC2中指向「0」之箭頭描繪於圖2中)。

度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如在微影裝置LA之校準狀態下的可能變動(藉由第三標度SC3中之多個箭頭描繪於圖2中)。

在微影製程中，合乎需要的係頻繁地對所產生結構進行量測，例如用於製程控制及驗證。用於進行此類量測之不同類型的度量衡裝置MT為已知的，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之d度量衡裝置MT。

散射計為多功能儀器，其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影製程之參數，量測通常稱為基於光瞳之量測，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影製程之參數，在此狀況下量測通常稱為基於影像或場之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯之量測技術。上述散射計可使用來此文獻中所論述之光源之實施例的光來量測光柵。

使用特定目標之微影參數之總體量測品質至少部分由用於量測此微影參數之量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案之一或多個參數，或兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為基於繞射之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案的定向等。用以選擇量測配方之準則中之一者可為例如量測參數中之一者對於處理變化的靈敏度。更多實例描述於以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及已公開之美國專利申請案US 2016/0370717A1中。本文獻之光源可經組態以相對於此等基板量測配方之光源要求為可控制的。

微影裝置可包括一或多個(例如複數個)對準感測器，可藉由該一或多個對準感測器準確地量測設置於基板上之對準標記的位置。對準(或位置)感測器可使用光學現象(諸如繞射及干涉)以自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影裝置中之對準感測器之實例基於如在US6961116中所描述之自參考干涉計。已研發出位置感測器之各種增強及修改，例如如US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容以引用之方式併入本文中。

標記或對準標記可包含形成於設置於基板上之層上或層中或(直接)形成於基板中的一系列長條。該等長條可規則地間隔開且充當光柵線，以使得可將標記視為具有熟知空間週期(間距)之繞射光柵。取決於此等光柵線之定向，標記可經設計成允許量測沿著X軸或沿著Y軸(其實質上垂直於X軸定向)之位置。包含相對於X軸及Y軸兩者以+45度及/或-45度配置之長條之標記允許使用如以引用方式併入之US2009/195768A中所描 述之技術的組合之X及Y量測。

對準感測器利用輻射光點光學地掃描每一標記，以獲得週期性變化之訊號，諸如正弦波。分析此訊號之相位以判定標記之位置，且因此判定基板相對於對準感測器之位置，該對準感測器又相對於微影裝置之參考系固定。可提供與不同(粗略及精細)標記尺寸相關之所謂的粗略及精細標記，使得對準感測器可區分週期性訊號之不同循環，以及在一循環內之確切位置(相位)。亦可出於此目的而使用不同間距之標記。

量測標記之位置亦可提供關於在其上設置例如呈晶圓柵格形式之標記的基板之變形的資訊。基板之變形可藉由例如將基板靜電夾持至基板台及/或當基板暴露於輻射時加熱基板而發生。

圖3A為諸如例如在US6961116中所描述之已知對準感測器AS之實施例的示意性方塊圖，且US6961116以引用之方式併入。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB，該輻射光束RB藉由轉向光學器件轉向至標記(諸如定位於基板W上之標記AM)上作為照明點SP。在此實例中，轉向光學器件包含點鏡面SM及物鏡OL。輻射源RSO可藉由此文獻之發明之光源的實施例提供。照明標記AM之照明點SP之直徑可略小於標記自身之寬度。

由標記AM繞射之輻射準直(在此實例中經由物鏡OL)成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零級繞射(其可稱為反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI使光束IB與自身干涉，其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學器件(未展示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之狀況下提供單獨光束。光偵測器可為單個元件，或其視需要可包含數個像素。光偵測器可包含感測 器陣列。

構形量測系統、位準感測器或高度感測器(且其可整合於微影裝置中)經配置以量測基板(或晶圓)之頂部表面的構形。基板之構形之映圖(亦稱為高度映圖)可由指示隨基板上之位置而變之基板之高度的此等量測產生。此高度映圖隨後可用於在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置，以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化器件之空中影像。將理解，「高度」在此上下文中指平面至基板之廣泛尺寸(亦稱作Z軸)。通常，位準或高度感測器在固定方位(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位準或高度感測器之光學系統之間的相對移動引起跨越基板之方位處之高度量測。

圖3B中示意性地展示如此項技術中已知之位準或高度感測器LS之實例，該實例僅說明操作原理。在此實例中，位準感測器包含光學系統，該光學系統包括投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包含提供輻射光束LSB之輻射源LSO，該輻射光束LSB由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可包含此文獻之發明之實施例。

本發明針對改良光源之可操作壽命，特定言之，寬頻帶光源之可操作壽命包含中空核心光子晶體光纖(HC-PCF)。本發明之寬頻帶光源可用於度量衡工具，諸如如上文所描述之散射計對準感測器、高度或位準感測器。

上文所提及之度量衡工具MT(諸如散射計、構形量測系統或位置量測系統)可使用源自輻射源之輻射來進行量測。藉由度量衡工具使用之輻射之性質可影響可進行之量測的類型及品質。對於一些應用，使用多個輻射頻率來量測基板可為有利的，例如可使用寬頻帶輻射。多個不 同頻率可能夠在不干涉其他頻率或最少干涉其他頻率之情況下傳播、輻照及散射開度量衡目標。因此，可例如使用不同頻率以同時獲得更多度量衡資料。不同輻射頻率亦可能夠詢問及發現度量衡目標之不同性質。寬頻帶輻射可用於諸如位準感測器、對準標記量測系統、散射量測工具或檢測工具之度量衡系統MT中。寬頻帶輻射源可為超連續光譜源。

例如超連續光譜輻射之高品質寬頻帶輻射可能難以產生。用於產生寬頻帶輻射之一種方法可例如利用非線性高階效應來增寬高功率窄頻帶或單頻率輸入輻射。輸入輻射(其可使用雷射來產生)可稱為泵浦輻射。替代地，輸入輻射可稱為種子輻射。為獲得用於增寬效應之高功率輻射，可將輻射約束至較小區域中以使得達成很大程度上經局域化之高強度輻射。在彼等區域中，輻射可與增寬結構及/或形成非線性媒體之材料相互作用以便產生寬頻帶輸出輻射。在高強度輻射區域中，不同材料及/或結構可用於藉由提供合適的非線性媒體來實現及/或改良輻射增寬。

在一些實施中，在光子晶體光纖(PCF)中產生寬頻帶輸出輻射。在若干實施例中，此類光子晶體光纖在其光纖核心周圍具有微觀結構，該等微觀結構有助於約束行進通過光纖核心中之光纖之輻射。光纖核心可由具有非線性性質且當高強度泵浦輻射透射通過光纖核心時能夠產生寬頻帶輻射之固體材料製成。儘管在固體核心光子晶體光纖中產生寬頻帶輻射為可實行的，但使用固體材料可幾乎不存在缺點。舉例而言，若在固體核心中產生UV輻射，則此輻射可不存在於光纖之輸出光譜中，此係由於輻射由大多數固體材料吸收。

在一些實施中，如下文參考圖4B進一步論述，用於增寬輸入輻射之方法及裝置可使用光纖用於約束輸入輻射且用於增寬輸入輻射以 輸出寬頻帶輻射。該光纖可為中空核心光纖，且可包含用以達成光纖中之輻射之有效導引及約束的內部結構。該光纖可為中空核心光子晶體光纖(HC-PCF)，其尤其適用於主要在光纖之中空核心內部進行強輻射約束，從而達成高輻射強度。光纖之中空核心可用氣體或氣體混合物填充，該氣體或氣體混合物充當用於增寬輸入輻射之增寬媒體。此光纖及氣體混合物配置可用於產生超連續光譜輻射源。輸入至光纖之輻射可為電磁輻射，例如在紅外光譜、可見光譜、UV光譜及極UV光譜中之一或多者中之輻射。輸出輻射可由寬頻帶輻射組成或包含寬頻帶輻射，該寬頻帶輻射在本文中可稱為白光。輸出輻射可覆蓋UV、可見及近紅外範圍。輸出輻射之確切光譜及功率密度將由複數個參數判定，諸如光纖結構、氣體混合組合物、氣體壓力、輸入輻射之能量、脈衝持續時間及輸入輻射之脈衝形狀。

一些實施例關於包含光纖之此類寬頻帶輻射源之新穎設計。光纖為中空核心光子晶體光纖(HC-PCF)。特定言之，光纖可為包含用於約束輻射之反共振結構之類型的中空核心光子晶體光纖。包含反共振結構之此類光纖在此項技術中已知為反共振光纖、管狀光纖、單環光纖、負曲率光纖或抑制耦合光纖。此類光纖之各種不同設計在此項技術中已知。替代地，該光纖可為光子帶隙光纖(HC-PBF，例如Kagome光纖)。

可工程化數個類型之HC-PCF，每一類型基於不同物理導引機制。兩個此類HC-PCF包括：中空核心光子帶隙光纖(HC-PBF)及中空核心反共振反射光纖(HC-ARF)。HC-PCF之設計及製造上之細節可見於以引用之方式併入本文中之美國專利US2004/015085A1(針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017/032454A1(針對中空核心反共振反射光纖)中。圖4C(a)展示包含Kagome晶格結構之Kagome光纖。

現將參考圖4A描述用於輻射源之光纖之實例，圖4A為橫向平面中光纖OF之示意性橫截面圖。類似於圖4A之光纖之實際實例的另外實施例揭示於WO2017/032454A1中。

光纖OF包含細長主體，該主體在一個尺寸上比光纖OF之其他兩個尺寸長。此更長尺寸可稱為軸向方向，且可界定光纖OF之軸。兩個其他尺寸界定可稱為橫向平面之平面。圖4A展示在標記為x-y平面之此橫向平面(亦即，垂直於軸線)中光纖OF之橫截面。光纖OF之橫向橫截面沿著光纖軸線可為實質上恆定的。

將瞭解，光纖OF具有一定程度之可撓性，且因此，軸線之方向一般而言沿著光纖OF之長度將為非均一的。諸如光軸、橫向橫截面及其類似者之術語應理解為意謂局部光軸、局部橫向橫截面等。此外，在組件經描述為成圓柱形或管狀之情況下，此等術語應理解為涵蓋當光纖OF撓曲時可能已變形的此類形狀。

光纖OF可具有任何長度，且將瞭解光纖OF之長度可取決於應用。光纖OF可具有在1cm與10m或0.1cm與10m之間的長度，例如光纖OF可具有在10cm與100cm之間的長度。

光纖OF包含：中空核心HC；包圍中空核心HC之包覆部分；及包圍且支撐包覆部分之支撐部分SP。可將光纖OF視為包含具有中空核心HC之主體(包含包覆部分及支撐部分SP)。包覆部分包含用於導引輻射通過中空核心HC之複數個反共振元件。特定言之，複數個反共振元件經配置以約束主要在中空核心HC內部傳播通過光纖OF之輻射，且經配置以沿著光纖OF導引輻射。光纖OF之中空核心HC可實質上安置於光纖OF之中心區中，以使得光纖OF之軸線亦可界定光纖OF之中空核心HC之 軸線。

包覆部分包含用於導引傳播通過光纖OF之輻射之複數個反共振元件。特定言之，在此實施例中，包覆部分包含六個管狀毛細管CAP之單環。管狀毛細管CAP中之每一者充當反共振元件。

毛細管CAP亦可稱為管。在橫截面中，毛細管CAP可為圓形的，或可具有另一形狀。每一毛細管CAP包含大體上圓柱形壁部分WP，該大體上圓柱形壁部分WP至少部分地界定光纖OF之中空核心HC且將中空核心HC與毛細管空腔CC分隔開。將瞭解，壁部分WP可充當用於輻射之抗反射法布里-珀羅(Fabry-Perot)共振器，該輻射傳播通過中空核心HC(且該輻射可以一掠入射角入射於壁部分WP上)。壁部分WP之厚度可為合適的，以便確保大體上增強返回至中空核心HC中之反射，而大體上抑制至毛細管空腔CC中之透射。在一些實施例中，毛細管壁部分WP可具有0.01μm至10.0μm之間的厚度。

將瞭解，如本文中所使用，術語包覆部分意欲意謂光纖OF之用於導引傳播通過光纖OF之輻射的部分(亦即，約束中空核心HC內之該輻射之毛細管CAP)。輻射可約束於橫向模式之形式中，從而沿著光纖軸線傳播。

支撐部分通常為管狀的且支撐包覆部分之六個毛細管CAP。六個毛細管CAP均勻地圍繞內支撐部分SP之內表面分佈。六個毛細管CAP可描述為以大體上六方形式安置。

毛細管CAP經配置以使得每一毛細管不與其他毛細管CAP中之任一者接觸。毛細管CAP中之每一者與內支撐部分SP接觸，且與環結構中之相鄰毛細管CAP間隔開。此配置可為有益的，此係由於其可增加 光纖OF之透射頻寬(相對於例如其中毛細管彼此接觸之配置)。替代地，在一些實施例中，毛細管CAP中之每一者可與環結構中之相鄰毛細管CAP接觸。

包覆部分之六個毛細管CAP安置於中空核心HC周圍之環結構中。毛細管CAP之環結構之內表面至少部分地界定光纖OF之中空核心HC。中空核心HC之直徑d(其可界定為相對毛細管之間的最小尺寸，由箭頭d指示)可在10μm與1000μm之間。中空核心HC之直徑d可影響中空核心光纖OF之模場直徑、衝擊損耗、分散度、模態複數及非線性性質。

在此實施例中，包覆部分包含毛細管CAP(其充當反共振元件)之單環配置。因此，自中空核心HC之中心至光纖OF之外部的任何徑向方向上的線通過不超過一個毛細管CAP。

將瞭解，其他實施例可具備反共振元件之不同配置。此等配置可包括具有反共振元件之多個環之配置及具有嵌套式反共振元件之配置。此外，儘管圖4A中所展示之實施例包含六個毛細管之環，但在其他實施例中，包含任何數目個之反共振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12個毛細管)的一或多個環可提供於包覆部分中。

圖4C(b)展示上文所論述之具有管狀毛細管之單環的HC-PCF之經修改實施例。在圖4C(b)之實例中存在管狀毛細管21之兩個同軸環。為了固持管狀毛細管21之內環及外環，支撐管ST可包括在HC-PCF中。該支撐管可由二氧化矽製成。

圖4A及圖4C(a)及(b)之實例之管狀毛細管可具有圓形橫截面形狀。對於管狀毛細管，其他形狀亦有可能，如橢圓或多邊形橫截面。此外，圖4A及圖4C(a)及(b)之實例之管狀毛細管的固體材料可包含塑性 材料(如PMA)、玻璃(如二氧化矽或軟玻璃)。

圖4B描繪用於提供寬頻帶輸出輻射之輻射源RDS。輻射源RDS包含：脈衝式泵浦輻射源PRS或能夠產生所要長度及能量位準之短脈衝之任何其他類型之源；具有中空核心HC之光纖OF(例如圖4A中所展示之類型)；及安置於中空核心HC內之工作媒體WM(例如氣體)。儘管在圖4B中，輻射源RDS包含圖4A中所展示之光纖OF，但在替代實施例中，可使用其他類型之中空核心光纖。

脈衝式泵浦輻射源PRS經組態以提供輸入輻射IRD。光纖OF之中空核心HC經配置以接收來自脈衝式泵浦輻射源PRS之輸入輻射IRD，且增寬輸入輻射IRD以提供輸出輻射ORD。工作媒體WM能夠增寬所接收輸入輻射IRD之頻率範圍，以便提供寬頻帶輸出輻射ORD。

輻射源RDS進一步包含儲集器RSV。光纖OF安置於儲集器RSV內部。儲集器RSV亦可稱為殼體、容器或氣室。儲集器RSV經組態以含有工作媒體WM。儲集器RSV可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測儲集器RSV內部之工作媒體WM(其可為氣體)之組合物的一或多個特徵。儲集器RSV可包含第一透明窗TW1。在使用時，光纖OF安置於儲集器RSV內部，以使得第一透明窗TW1位於接近於光纖OF之輸入端IE處。第一透明窗TW1可形成儲集器RSV之壁的部分。第一透明窗TW1可至少對於所接收輸入輻射頻率為透明的，以使得所接收輸入輻射IRD(或至少其大部分)可耦合至位於儲集器RSV內部之光纖OF中。將瞭解，可提供光學器件(未展示)用於將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中。

儲集器RSV包含形成儲集器RSV之壁之部分的第二透明窗TW2。在使用時，當光纖OF安置於儲集器RSV內部時，第二透明窗TW2 位於接近於光纖OF之輸出端OE處。第二透明窗TW2可至少對於裝置之寬頻帶輸出輻射ORD之頻率為透明的。

替代地，在另一實施例中，光纖OF之兩個相對端部可置放於不同儲集器內部。光纖OF可包含經組態以接收輸入輻射IRD之第一端區段，及用於輸出寬頻帶輸出輻射ORD之第二端區段。第一端區段可置放於包含工作媒體WM之第一儲集器內部。第二端區段可置放於第二儲集器內部，其中第二儲集器亦可包含工作媒體WM。儲集器之運作可如上文關於圖4B所描述。第一儲集器可包含第一透明窗，該第一透明窗經組態以對於輸入輻射IRD為透明的。第二儲集器可包含第二透明窗，該第二透明窗經組態以對於寬頻帶輸出輻射ORD為透明的。第一及第二儲集器亦可包含可密封開口，以允許光纖OF部分地置放於儲集器內部且部分地置放於儲集器外部，以使得氣體可密封在儲集器內部。光纖OF可進一步包含不含於儲集器內部之中間區段。使用兩個單獨氣體儲集器之此配置對於其中光纖OF相對長(例如當長度超過1m時)之實施例可為尤其便利的。將瞭解，對於使用兩個單獨氣體儲集器之此類配置，可將兩個儲集器(其可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測兩個儲集器內部之氣體之組合物的一或多個特徵)視為提供用於提供光纖OF之中空核心HC內之工作媒體WM的裝置。

在此上下文中，若在窗上彼頻率之入射輻射之至少50%、75%、85%、90%、95%或99%透射通過窗，則窗對於彼頻率可為透明的。

第一TW1及第二TW2透明窗兩者可在儲集器RSV之壁內形成氣密密封，以使得可在儲集器RSV內含有工作媒體WM(其可為氣體)。 將瞭解，可在不同於與儲集器RSV之環境壓力的壓力下在儲集器RSV內含有氣體WM。

工作媒體WM可包含：諸如氬、氪及氙之稀有氣體；諸如氫、氘及氮之拉曼(Raman)活性氣體；或諸如氬/氫混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氫混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型，非線性光學製程可包括調變不穩定性(MI)、孤立子自壓縮、孤立子分裂、克爾(Kerr)效應、拉曼效應及色散波產生，其詳細內容描述於WO2018/127266A1及US9160137B1(兩者皆特此以引用之方式併入)中。由於可藉由改變儲集器RSV中之工作媒體WM壓力(亦即氣室壓力)來調諧填充氣體之分散，因此可調整所產生之寬頻帶脈衝動態及相關聯之光譜增寬特性，以便最佳化頻率轉換。

在一個實施中，工作媒體WM可至少在接收用於產生寬頻帶輸出輻射ORD之輸入輻射IRD期間安置於中空核心HC內。將瞭解，當光纖OF不接收用於產生寬頻帶輸出輻射之輸入輻射IRD時，氣體WM可全部或部分自中空核心HC缺失。

為達成頻率增寬，可能需要高強度輻射。具有中空核心光纖OF之優勢為，其可經由傳播通過光纖OF之輻射的強空間約束而達成高強度輻射，從而達成高局域化輻射強度。光纖OF內部之輻射強度可較高，例如歸因於高接收輸入輻射強度及/或歸因於光纖OF內部之輻射的強空間約束。中空核心光纖之優勢為其可導引具有比固體核心光纖更廣波長範圍之輻射，且特定言之，中空核心光纖可導引在紫外及紅外範圍兩者內之輻射。

使用中空核心光纖OF之優勢可為在光纖OF內部導引之輻 射中的大部分受中空核心HC約束。因此，光纖OF內部之輻射之交互作用的大部分係與工作媒體WM進行，該工作媒體WM提供光纖OF之中空核心HC內部。因此，可增加工作媒體WM對輻射之增寬效應。

所接收輸入輻射IRD可為電磁輻射。輸入輻射IRD可作為脈衝式輻射接收。舉例而言，輸入輻射IRD可包含例如由雷射產生之超快脈衝。

輸入輻射IRD可為相干輻射。輸入輻射IRD可為準直輻射，且其優勢可為促進且改良將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之效率。輸入輻射IRD可包含單頻或窄頻率範圍。輸入輻射IRD可由雷射產生。類似地，輸出輻射ORD可為準直的及/或可為相干的。

輸出輻射ORD之寬頻帶範圍可為連續範圍，其包含輻射頻率之連續範圍。輸出輻射ORD可包含超連續光譜輻射。連續輻射可有益於在數個應用中(例如在度量衡應用中)使用。舉例而言，頻率之連續範圍可用於詢問大量性質。頻率之連續範圍可例如用於判定及/或消除所量測性質之頻率依賴性。超連續光譜輸出輻射ORD可包含例如在100nm至4000nm之波長範圍內、或甚至高達10μM之電磁輻射。寬頻帶輸出輻射ORD頻率範圍可為例如400nm至900nm、500nm至900nm或200nm至2000nm。超連續光譜輸出輻射ORD可包含白光。

由脈衝式泵浦輻射源PRS提供之輸入輻射IRD可為脈衝式的。輸入輻射IRD可包含200nm與2μm之間的一或多個頻率之電磁輻射。輸入輻射IRD可例如包含具有1.03μm之波長的電磁輻射。脈衝輻射IRD之重複率可為1kHz至100MHz之數量級。脈衝能量可具有0.1μJ至100μJ之數量級，例如1至10μJ。輸入輻射IRD之脈衝持續時間可在10fs 與10ps之間，例如300fs。輸入輻射IRD之平均功率可在100mW至數個100W之間。輸入輻射IRD之平均功率可例如為20至50W。

脈衝式泵浦輻射源PRS可為雷射。可經由(泵浦)雷射參數、工作組件WM變化及光纖OF參數之調整改變及調諧沿光纖OF透射之此雷射脈衝之時空透射特性(例如其光譜振幅及相位)。該等時空透射特性可包括以下中之一或多者：輸出功率、輸出模式輪廓、輸出時間輪廓、輸出時間輪廓之寬度(或輸出脈衝寬度)、輸出光譜輪廓及輸出光譜輪廓之頻寬(或輸出光譜頻寬)。該等脈衝泵輻射源PRS參數可包括以下中之一或多者：泵浦波長、泵浦脈衝能量、泵浦脈衝寬度、泵浦脈衝重複率。該等光纖OF參數可包括以下中之一或多者：中空核心101之光纖長度、大小及形狀；毛細管之大小及形狀；包圍中空核心之毛細管之壁的厚度。該等工作組件WM(例如填充氣體)參數可包括以下中之一或多者：氣體類型、氣體壓力及氣體溫度。

由輻射源RDS提供之寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少1W之平均輸出功率。平均輸出功率可為至少5W。平均輸出功率可為至少10W。寬頻帶輸出輻射ORD可為脈衝式寬頻帶輸出輻射ORD。寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少0.01mW/nm之輸出輻射的整個波長帶中之功率譜密度。寬頻帶輸出輻射之整個波長帶中之功率譜密度可為至少3mW/nm。

圖5展示包含HC-PCF之寬頻帶光源裝置之實例。光源500可包含其中嵌入HC-PCF 501之氣室502。HC-PCF 501之兩個端部中之每一者可光學地耦合至輸入光束及輸出光束行進通過的窗503/504。

在使用時，氣室502可用氣體(其可為氣體混合)填充，且HC-PCF 501可用相同或實質上類似的氣體填充。可藉由在HC-PCF 501 之輸入端與輸出端之間提供壓力差來建立氣流。氣室中或/及HC-PCF 501中之此壓力可在0.1至100Bar範圍內。氣室可為複合的。

諸如泵浦雷射之輸入源經由輸入窗503進入光源。輸入光506之光束彙聚且進入HC-PCF 501。光束之光譜在其行進通過HC-PCF 501時增寬，從而產生寬頻帶輸出光束505。

在HC-PCF之端琢面與窗之間提供間隙509，以防止窗(尤其輸出窗)之介質擊穿。如圖5中所展示，寬頻帶光束段505在其離開HC-PCF輸出琢面時發散，使得在光束到達輸出窗503時，其強度較低。因此，入射於輸出窗503上之光束的強度低於窗之介質擊穿的強度臨限值。

當操作基於HC-PCF之光源(諸如光源500)時，污染物隨時間推移而在HC-PCF之端琢面上生長。特定言之，本發明者已觀測到，HC-PCF之輸出琢面上的污染生長發展顯著。污染生長似乎在光強度最高處發生，特定言之，HC-PCF之輸出琢面處的污染生長比輸出窗處的污染生長更高。污染生長亦似乎在已光譜地增寬光處發生，特定言之，污染在輸入琢面上之生長不那麼強烈。此外，主要在HC-PCF之輸出琢面上觀測污染，而非在HC-PCF本身內部觀測。

污染物可產生歸因於自氣室之窗或自HC-PCF所削磨之矽石粒子。污染物可經受來自PCF之經增寬輸出光的光誘發製程，且改變其化學結構及/或在輸出琢面上之結晶。在操作一定量之小時之後(例如，在已透射一定劑量(J)之雷射能量之後)，此污染導致光纖的效能劣化；此劣化可稱為玻璃狀生長現象(GGP)：例如，生長於光纖之輸出端處之SiOx結構。

替代地，GGP可係關於經由物理或化學濺鍍之矽(作為原 子或揮發性物質，諸如SiH₄)的移動，且/或關於光纖之輸出端處之電漿誘發或溫度誘發之沈積(例如，經由將SiH₄解離成Si(固體)+2 H₂或經由電漿誘發之聚合)。

此等污染物之累積導致光源之壽命下降。GGP及輸出琢面處之所產生污染生長可能凸入發散光束之光學路徑。此引起輸出光之散射，且因此導致光源之輸出功率的衰減。GGP縮短源之壽命：GGP引起光散射，且因此光纖丟失其效能。此可能導致例如感測器之所需光子預算在約200小時之後無法滿足。另外，GGP引起光源功率/光譜密度及模式輪廓之變動，若未解決，則其將需要頻繁重新校準。因而，光纖之較短壽命意謂在場中頻繁調換光纖，且可能導致機器每年之停機時間極為顯著(約數天)。此對於工業化產品為不可接受的。

為了減少此等污染生長且延長HC-PCF光源之可操作壽命，合乎需要的係防止污染物之形成、降低其在光源裝置中之濃度或抑制污染物誘發之GGP生長。用於降低污染物濃度且防止其形成之可能技術包括在氣體環境及發光單元/燈泡之部分用於光源之前，對其進行嚴密清潔。然而，藉由已知清潔方法達成足夠的清潔係有挑戰性的，且並非可避免所有污染物。

圖6A展示在整個可操作時間內之HC-PCF之平均輸出功率之發明者自身的實驗結果。在約180小時之後，HC-PCF之平均輸出功率開始自大於7.50瓦特衰減至低於7.00瓦特。

圖6B展示在操作之延伸週期之後的HC-PCF之輸出端琢面處之污染生長的示意性實例。

污染物之確切源為未知的，然而，咸信污染物可自氣室環 境中之有機材料，諸如自光纖聚合物塗層之剩餘殘渣，自氣動組件之潤滑劑、自氣室製造製程或自氣室之工作氣體產生。特定言之，假定以下GGP機制：

1)雷射及/或光誘發之崩潰在光纖之端部出現：●白光之UV及可見組分(至少)強烈地經吸收(單或多光子吸收)，且引起每一脈衝內之氣體電離，此解釋了在光纖之輸入處不存在GGP，在該處僅入射IR雷射光，且在光纖之輸出處存在GGP；●不受約束之電漿(由高頻光脈衝饋入)在距光纖之端部一定距離處達到穩定狀態(此處，由於壁附近或壁處缺乏重新組合，故離子及電子之濃度顯著高於光纖內之濃度)；●來自不受約束之電漿的離子/電子(具有相對較高濃度)促進光吸收，且經由雙極擴散朝著光纖以彈道方式傳播該電漿，且其可能傳播至該光纖中；在電漿進入光纖之窄通道時，電漿按指數律成比例衰減，其係數約exp(-x/d)，其中x為自光纖端部所量測之距離，且d為內徑。此允許至光纖中之電漿傳播高達幾個(核心)直徑。

2)光纖材料(大部分為SiO₂)經受此電漿；且經濺鍍及重新沈積：

●表面原子可物理上經濺鍍(已觀測到，GGP傾向於僅發生於用稀有氣體填充之光纖中)歸因於存在稀有氣體之高原子質量離子；

●表面原子可化學上經濺鍍，歸因於反應中存在氫(自由基及離子)之主動形式，諸如：SiO ₂+(H ⁺,H ^＊,

)=>SiH ₄(g)+H ₂O(g)；

●Si原子在高電場區中(諸如光纖之端部，其中介電常數對於傳播光線為非連續的)經重新沈積(且可能立即經重新氧化)；

●生長結構之尖峰充當場/溫度集中器，且可進一步促進沈積。

●替代地，SiH₄在不受約束之電漿的高溫(或高自由基/離子濃度)中分解，因此Si重新沈積於光纖之端部處。

●替代地，SiH₄可易於電漿誘發之聚合(在光纖端部處)，及分支鏈、重分子或自由基Si_xH_y或Si_xH_yO_z，x>>1，y>>1之沈積。

●在檢測之前，當光纖暴露於空氣時可能發生蓬鬆Si結構之某些氧化。

圖6C說明此雷射及或光誘發之崩潰流程。光纖或HC-PCF 100包含輸入端101及輸出端102。雷射脈衝110耦合至HC-PCF 100中，且轉換為共同傳播之寬頻脈衝121及減少能量之雷射脈衝120。藉由吸收電漿之穩定狀態區201中之光的UV/可見組分來激起電漿200。在光源之數值孔徑(NA)130內，電漿202之部分沿著光束之上游傳播，且部分進入光纖之輸出端102。電漿由規則的光脈衝保持。

因而，光纖之輸出端102經受誘發蝕刻及沈積之電漿202。此導致揮發性分子(SiH₄)或經濺鍍原子(Si)自光纖之端琢面及/或自光纖之通道(例如，高達幾個直徑深)產生。因此，GGP結構藉由SiH₄之(溫度及/或電漿誘發之)分解/氧化或藉由(先前經濺鍍之)Si原子之直接沈積生長。已觀測到，此等GGP結構之形成與光纖內之深度按指數律成比例衰減，使得其幾乎在深度L _s ~(0.2...2)＊D _f 處消失，其中D _f 為光纖通道內部直徑。

為了減少HC-PCF之端琢面上之污染生長，可使HC-PCF之毛細管塌陷。毛細管之錐形端部可防止污染生長發生。然而，此解決方案未解決裝置中之污染物的基礎問題，尤其若毛細管中之錐形不完美，則污染生長不可充分地避免。

由發明者識別之HC-PCF/氣室光源中的另一問題為氣室中 之擾流氣流。HC-PCF/氣室光源設計可在尺寸及壓力下操作，從而產生Re>10⁷之雷諾數(Reynolds number)，此意謂系統極易於產生擾流。湍流可能在氣體中引入密度不均勻性，從而導致輸入或輸出光束之光學路徑長度之動態變化。此可能使得輸出光閃爍。光源中之此變化使其不可靠，尤其對於自源輸出之一致光為重要的度量衡應用。

特定言之，在HC-PCF端琢面與其耦合至的窗之間的間隙中之擾流氣流亦可引起額外問題。更多擾流增加了氣體橫穿輸入/輸出光束505/506之路徑處的速率，且亦增加了輸入/輸出光束505/506中之氣體與氣室中之氣體之其餘部分交換的速率。因此，在某一光誘發製程導致污染生長之狀況下，更多擾流將增加污染粒子穿過光束之路徑的速率，且因此增加污染物能夠結晶或以其他方式在裝置中積聚的速率。

本發明者已研發用以防止或延遲寬頻帶光源中之HC-PCF上之污染生長之速率的裝置。本發明提供用於使在光源工作時與光源之光束接觸之氣體容積最小化的表面。

鑒於HC-PCF光源中之上述問題，表面可進行以下結構作用之任何組合：使HC-PCF之琢面端部與其光學地耦合至的窗之間的第一氣體容積最小化；限制此第一容積與氣室之其餘部分之間的氣體交換之速率；通常減小此第一容積或氣室中之擾流。

實施例之光源可包含：一氣室，其具有一窗；一光纖，其為中空的且具有一軸向方向，其一端部封閉於該氣室內且經由一光學路徑光學地耦合至該窗；及一表面，其圍繞該光纖之該端部安置，且在該軸向方向上朝向該窗延伸經過該光纖之該端部，以便限制該光學路徑與該氣室之其餘部分之間的交換。

氣室可具有其軸向端中之一者上的窗。氣室可包含兩個窗，每一窗安置於軸向端上。氣室之壁可包含金屬。

光纖可為HC-PCF。僅光纖之輸出端可含於氣室內。替代地，光纖之全部可含於氣室內。光纖可包含第二端部，第二端部亦光學地耦合至氣室之第二窗。

在實施例中，表面由氣室之內表面提供。表面可由氣室之至少一個壁提供。該至少一個氣室壁之厚度可在軸向方向上變化。

在實施例中，表面由保護元件或屏蔽物提供。換言之，屏蔽物為表面之實施例，該表面使在光源工作時與光源之光束接觸之氣體容積最小化。屏蔽物可材料上與氣室分隔，且/或與氣室分開製造。屏蔽物可貼附至氣室之內部。

該表面可沿著該光纖延伸給定長度，其中該表面自該光纖之圓周偏移，從而形成一間隙。

光纖與表面之間的此間隙可視為「徑向間隙」。徑向間隙可相對於軸向方向旋轉對稱。徑向間隙可經塑形為圓柱體殼層。徑向間隙可具有非均一的形狀。徑向間隙可為主要佈線，氣體可經由該主要佈線自氣室之其餘部分流至光學路徑。徑向間隙可為允許氣體流至光學路徑之多個間隙中之一者。徑向間隙之大小可經組態以達成通過該徑向間隙之氣體交換的某一速率。徑向間隙之大小可將通過該徑向間隙之氣體交換限制為不超過10^-1莫耳/小時、較佳地為不超過10^-4莫耳/小時、較佳地為不超過10^-7莫耳/小時、較佳地為不超過10^-10莫耳/小時。

光源可具有光纖與表面之間的間隙，該間隙具有與軸向方向正交之最小橫截面面積，該最小橫截面面積在100μm²與3mm²之間。 換言之，該表面與光纖之外表面可能不完全符合。

包圍光纖之表面之部分可不在任何點處接觸光纖。替代地，包圍光纖之表面之部分可在一或多個點處接觸光纖。支撐部件可由表面形成，且經組態以支撐光纖或將光纖安裝在特定位置中。光纖之支撐部件可由除表面之外的結構提供。

表面可鄰接或密封至光纖。

表面可藉由焊接、焊合或低除氣膠密封至光纖。

由屏蔽物提供之表面之端部可與窗或含有窗之氣室表面鄰接或密封。

表面可包含矽石。表面可包含氣室之內部表面上之矽石塗層。屏蔽物可包含矽石。由屏蔽物提供之表面之端部可藉由玻璃至玻璃焊接或雷射焊合密封至窗。由屏蔽物提供之表面之端部可使用雷射焊合密封至氣室。屏蔽物及與其密封之窗或氣室可經製造為單件，或以其他方式一體地形成。單件屏蔽物及窗或氣室可使用消減製造，可選地選擇性雷射蝕刻來製造。單片件屏蔽物及窗或氣室可包含矽石。

表面之端部及窗或氣室內部表面可由小間隙分隔開。表面之部及可選地屏蔽物與窗或氣室內表面之間的此間隙可視為「軸向間隙」。軸向間隙可為主要佈線，氣體可經由該主要佈線自氣室之其餘部分流至光學路徑。軸向間隙可為允許氣體流至光學路徑之多個間隙中之一者。間隙之大小可經組態以達成通過該間隙之氣體交換的某一速率。軸向間隙之大小可將通過該軸向間隙之氣體交換限制為不超過10^-1莫耳/小時、較佳地為不超過10^-4莫耳/小時、較佳地為不超過10^-7莫耳/小時、較佳地為不超過10^-10莫耳/小時。

光源可包含安置於光纖之輸出端上之表面。光源可包含安置於光纖之輸出端上之屏蔽物。

光源可包含安置於光纖之輸入端上之表面。光源可包含安置於光纖之輸入及輸出端中之每一者上的表面。此等表面可形成一個連續表面。此等表面可由表面不連續性分開，或以其他方式材料上分開。此等表面可各自由屏蔽物提供。

提供表面之部件(例如屏蔽物)可包含矽石、金屬、矽或其他半導體。形成表面之氣室之內表面上的塗層可包含矽石、金屬、矽或其他半導體。屏蔽物可包含矽石、金屬、矽或其他半導體。此表面可包含不可蝕刻之材料(例如，不受H*或H+影響)，諸如金屬、金屬氧化物、貴金屬(作為塗層或主體)、陶瓷、可能具有低含量或零含量之C及Si。

可來自光源之表面、氣室壁及/或屏蔽物可包含材料之混合物。

光源之氣室可具有不恆定壁厚度。光源之屏蔽物可具有不恆定壁厚度。

氣室或屏蔽物之壁可在包圍光纖之軸向端處較厚。氣室或屏蔽物之壁可在改變氣室之其餘部分中之氣流的點處較厚。氣室或屏蔽物之壁可在支撐部件由表面提供以固持光纖之處較厚。屏蔽物之壁可在外部支撐部件由屏蔽物之外表面提供以結構上支撐氣室內之屏蔽物之處較厚。一或多個外部支撐部件可由與屏蔽物分開之部分提供，以固持或定位氣室中之屏蔽物。

光源可包含相對於軸向方向旋轉對稱之表面。

表面可界定以下形狀中之一者：圓柱體、截頭圓錐形或角 形。

屏蔽物之外表面可界定以下形狀中之一者：圓柱形、截頭錐形或角形。

屏蔽物之內表面可界定以下形狀中之一者：圓柱體、截頭錐形或角形。

替代地，表面可不旋轉對稱。表面及屏蔽物之可選地外表面及/或內表面可描述非旋轉對稱形狀。表面可包含一或多個支撐部件，以將光纖安裝或以其他方式支撐在氣室內之特定位置中。視情況，屏蔽物可包含其內表面或外表面上之一或多個支撐部件，以將光纖或屏蔽物安裝或以其他方式支撐在氣室內之特定位置中。表面、屏蔽物之可選地內表面及/或外表面可包含結構特徵，以重新引導氣流、減小擾流且/或重新引導擾流離開光學路徑。此等結構可包含結構化/紋理化表面、散熱片或流動矯直機。

可提供除表面及屏蔽物以外之結構，以減小或重新引導氣室中之擾流。此等結構可包含結構化/紋理化表面、散熱片或流動矯直機。

表面(例如，光源之屏蔽物)可具有與軸向方向正交之不恆定直徑。換言之，表面可界定與軸向方向正交之直徑，且直徑在軸向方向上變化。

表面(例如屏蔽物)之直徑可在其鄰近窗之端部更大。換言之，與軸向方向正交之表面之橫截面可在其鄰近窗之端部處比包圍光纖之端部處之表面的橫截面更大。

表面(例如屏蔽物)之內徑可自包圍光纖之端部的第一較小 直徑逐漸增加至鄰近窗之較大直徑。

表面(例如屏蔽物)之內徑可大於由以下等式提供之最小直徑：

其中w ₀為光纖之端部處之模場直徑，z為與光纖之端部的距離，且z _R 為瑞立(Rayleigh)長度。

表面(例如屏蔽物)之內徑可為由等式(1)提供之直徑。換言之，屏蔽物之內徑可實質上等於由等式(1)提供之最小直徑。

等式(1)自距光纖之輸出端給定距離處之預期局部光束直徑衍生。評估此光束直徑之其他等式可用於確定表面之尺寸。可通常期望表面緊緊地跟隨但不防礙光纖之輸出光束。用於表面之尺寸之此等原則亦可應用於光纖之輸入端。圍繞光纖之輸入端安置之表面的部分可緊緊地跟隨但不防礙由光纖之輸入端接收到之輸入光束。

光源之屏蔽物可具有與軸向方向正交之恆定橫截面。換言之，屏蔽物可具有稜柱形狀。屏蔽物可具有圓柱形殼層或界定中空內部空間之其他稜柱的形狀。

光源之氣室可包含選自由以下組成之群的至少一個氣體：氦、氖、氬、氪、氙、氫、氧、氮、其他分子氣體及其混合物。

光源可耦合至光學源，該光學源包含泵雷射。光學源可經由窗耦合至HC-PCF之輸入端。

實施例之度量衡裝置包含根據本發明之實施例的光源，其中光源經組態以產生用於投射至基板上之光。

度量衡器件可為散射計。

度量衡器件可用於度量衡應用中，諸如疊對、對準及/或調平。

圖7展示光源之實施例之組態。光源包含具有窗503之氣室502、穿過間隙509光學地耦合至窗503之光纖501及提供表面710之保護元件或屏蔽物700。輸出光束505展示離開光纖501之端部，且在其行進至窗503時發散。屏蔽物700圍繞光纖501之端部安置，且在平行於光纖軸線之兩個軸向方向上延伸。

圖7中之屏蔽物具有圓柱形殼層形狀。已沿著軸向方向獲得屏蔽物之橫截面，從而展示屏蔽物之壁材料701及內空隙702。光纖之端部封閉於屏蔽物內。

圖7中之屏蔽物700相對於光纖501之軸向方向旋轉對稱。屏蔽物700之內表面710始終具有恆定內徑。在屏蔽物之光纖端部處，光纖之端部與屏蔽物700之內表面710之間存在徑向間隙703。在屏蔽物之窗端部處，屏蔽物表面710之內徑大於輸出光束505之最大直徑。較小軸向間隙704存在於屏蔽物700之端部與窗503之間。

屏蔽物700限制包圍輸出光束505之光學路徑之局部氣體容積。屏蔽物700亦軸向限制氣流通過裝置，且實質上限制來自氣室之其餘部分之徑向流無法到達光學路徑。在所展示之實施例中，氣流僅可通過徑向間隙703及軸向間隙704進入光學路徑。穿過光學路徑之污染物之速率因此應相對於若屏蔽物根本不在此處而減小。

屏蔽物700之間隙703及704允許輸出光束505之光學路徑中的氣體以流體方式與氣室之其餘部分連通，同時限制氣流穿過光學路徑。仍期望氣體到達光學路徑，歸因於由光源輸出之寬頻帶之產生取決於氣體 壓力。

如圖7中所展示，徑向間隙703可形成於光纖之外表面與屏蔽物700之內表面710之間。軸向方向上之此間隙之長度可經組態以將氣體交換限制為經選擇之最大速率。徑向方向上之間隙之橫截面大小亦可經組態以將氣體交換限制為經選擇之最大速率。

屏蔽物之端部與窗之間的軸向間隙704之尺寸亦可經組態以將此位置處之氣體交換限制為經選擇的最大速率。

徑向間隙703及/或軸向間隙704之尺寸可經組態以減小至光學路徑區中之擾流。在特定裝置尺寸/壓力下達成層流可能不可行，但減小氣流之擾流特性仍為較佳的。

徑向間隙703及軸向間隙704之尺寸可歸因於其組合使用而經組態以達成特定氣流影響。間隙可經組態以具有類似流入/流出速率，或將流朝向彼此引導以防止氣流穿過光學路徑。

替代地，在此實施例中，軸向間隙704可能不存在，且屏蔽物之端部可鄰接或密封至輸出窗。

在其他實施例中，徑向間隙及軸向間隙之形狀或尺寸可以分離或組合經組態以產生其他所要氣流性質。所要氣流性質可包括防止在光學路徑中或光學路徑周圍產生過多擾流之特定流拓樸。

圖8展示光源之另一實施例之組態。圖8之實施例除具有表面810之屏蔽物800以外，亦包含與圖7相同之組分。光源包含具有窗503之氣室502、穿過間隙509光學地耦合至窗503之光纖501及保護元件或屏蔽物800。輸出光束505展示離開光纖501之端部，且在其行進至窗503時發散。屏蔽物800之表面810圍繞光纖501之端部安置，且在平行於光纖軸 線之兩個軸向方向上延伸。

屏蔽物800不同於屏蔽物700，此係因為表面810鄰接光纖501之端部，從而圍繞光纖501之整個外圓周形成密封部分。因此，在圖8中所展示之實施例中，在表面810與光纖501之間不存在對應於圖7之徑向間隙703之間隙。然而，在此實施例中存在軸向間隙804，使得光學路徑中之氣體可以流體方式與氣室502之其餘部分中之氣體連通。所揭示針對軸向間隙704之任何可選特徵可同樣應用於軸向間隙804。

屏蔽物800相對於光纖501之軸向方向旋轉對稱，且已沿著軸向方向獲得屏蔽物800之橫截面，從而展示壁材料801及內空隙802。

屏蔽物800亦不同於屏蔽物700，此係因為表面810具有相對於軸向方向變化之直徑。表面810描述大體上截頭圓錐形狀，且截頭圓錐形之較大端部在鄰近窗503之屏蔽物的端部。

圖8中藉由壁材料801與內空隙802之間的邊界所展示之屏蔽物之表面810的橫截面遵循輸出光束505之形狀。因此，在此實施例中，光學路徑周圍之氣體容積比圖7中之氣體容積更受限。以此方式減小包圍光學路徑之氣體容積可減小氣體中之污染物可穿過光學路徑且因此積聚的速率。

然而，重要地為，屏蔽物800及表面810不與輸出光束505相交或以其他方式防礙輸出光束505，因為此將影響由光源輸出之光之特性。在光束直徑與屏蔽物之內表面之內徑之間實施最小空間公差可為適當的，在圖8中由輸出光束505與表面810之間的間隙指示。

屏蔽物800亦限制來自氣室之其餘部分之擾流氣流可進入光學路徑的程度。在光纖501與屏蔽物800形成閉合部分時，氣室中之氣 體可以流體方式與光學路徑連通之唯一佈線通過軸向間隙804。當此流動路徑相對於光學路徑為輻射狀時，軸向間隙804之尺寸可經組態以限制流動之速率或流動之擾流特性，從而進入光學路徑。

當已分別揭示兩個上述實施例之屏蔽物700及800時，可能需要自兩個實施例組合特徵。舉例而言，可能需要具有有如屏蔽物700中之軸向間隙703之屏蔽物，以及如屏蔽物800中之截頭圓錐形內表面。兩個實施例之單獨的揭示內容並不意欲限制用於本文獻之本發明之光源的可能的特徵組合。

圖9展示光源之另一實施例之組態。圖9之實施例包含由氣室之內表面而非屏蔽物提供之表面910。光源亦包含具有窗503之氣室502、穿過間隙509光學地耦合至窗503之光纖501以及表面910。

表面910藉由氣室502之內表面在光纖之端部附近的收縮或錐化而形成。氣室502因此在軸向方向上具有可變的壁厚度。此收縮或錐化部分中之最窄的點在表面與光纖之間形成徑向間隙903。表面910自徑向間隙903朝外錐化至窗503，以為光學路徑505提供空間。表面910因此限制包圍輸出光束505之光學路徑之局部氣體容積，且限制來自氣室之其餘部分之流無法通過徑向間隙903到達光學路徑。在所展示之實施例中，氣流僅可通過徑向間隙903進入光學路徑。穿過光學路徑之污染物之速率因此應相對於若表面910之收縮或錐化部分未如此經組態而減少。

徑向間隙903之橫截面大小亦可經組態以將氣體交換限制為經選擇之最大速率。

徑向間隙903之尺寸可經組態以減小至光學路徑區中之擾流。在特定裝置尺寸/壓力下達成層流可能不可行，但減小氣流之擾流特 性仍為較佳的。

替代地，在此實施例中，徑向間隙903可能不存在，且表面910可鄰接或密封至光纖501，可選地圍繞光纖501之端部。換言之，氣室502之內表面可鄰接或密封至光纖501之部分。

圖10展示光源之又一實施例之組態。如圖9，圖10之實施例包含由氣室之內表面而非由屏蔽物提供之表面920。光源亦包含具有窗503之氣室502、穿過間隙509光學地耦合至窗503之光纖501以及表面920。

在光源之此實施例中，氣室502展示僅包封光纖之端部。換言之，光纖501之中間部分未嵌入氣室502中。

表面920鄰接/密封至光纖510之端部，從而圍繞光纖501之整個外圓周形成密封部分。表面920自密封部分朝外錐化至窗503，以為光學路徑505提供空間。氣室502因此在軸向方向上具有可變的壁厚度，以提供表面920。表面920限制包圍輸出光束505之光學路徑之局部氣體容積。如圖7至圖9中之前述實施例，以此方式減小包圍光學路徑之氣體容積可減小氣體中之污染物可穿過光學路徑且因此積聚的速率。

圖11說明根據另一實施例之組態，其旨在減少光纖之端部處腐蝕性/污染性物質的通量，且/或抑制電漿/自由基誘發之沈積及聚合(例如，以便抑制GGP之生長)。配置包含由自對準、自定心輸出元件400之內壁界定之表面405a、405b。界定此表面405a、405b，以免不防礙且/或吸收自光纖輸出之光(例如，經界定為考慮NA，視情況具有額外裕量，例如30至300或50至250μm)。作為此裕量之替代例，或另外，鏡面拋光可提供至表面405a及表面405b中之一或兩者。

輸出元件400可延伸超出光纖之端琢面足夠的距離，以確保光誘發之電漿200(用於活性物質產生之中心)與光纖102之輸出保持得足夠遠，以防止自光纖之顯著蝕刻，由此抑制GGP的源。此距離可為例如輸出元件400在其輸出端處之內徑D _protect 的至少3倍(例如，在此之3×與30×之間)。以此方式，輸出元件400在不受限制之電漿與光纖102之輸出琢面之間提供足夠的距離，使得無(或極少)發生電漿誘發之反應及污染物沈積。

在實施例中，輸出元件400可包含多個區段：(視情況為複合的)；其可包含：

●自對準區段401。自對準區段401之直徑D _align 可定義為例如：D _align

D _fiber +0.1...0.5mm(其中D _fiber 為光纖直徑)；此區段之長度可為例如L _align

2...20mm。

●自定心區段402。自定心區段402之直徑D _center 可定義為例如：D _center

D _fiber +50...250μm；其長度可為例如：L _center

0.3...3mm

1...10＊D _fiber 。

●保護元件區段403，其包含保護元件或屏蔽物。此屏蔽物之長度L _protect 可為例如：L _protect

³＊D _protect ；D _protect

L _protect ＊α _protect +D _fiber +0...3mm；α _protect

NA)。

區段401、402、403中之一或多者可為一側或兩側錐化的。儘管輸出元件400展示為具有軸向對稱性，但不對稱或平面對稱元件(或其一或多個區段401、402、403)亦為可能的。

區段401及402中之一或兩者為可選的，且其功能可由光纖支撐組件提供。

保護元件區段403及光纖之端琢面可經配置以使得端琢面及區段403輸入橫截面在1mm內，或彼此在0.1至0.01mm內，且使得自光纖輸出之光未由保護元件區段403阻擋。

在一實施例中，保護裝置可為複合的；例如，區段401、402、403由共同的棒或螺釘對準。為了促進此，提出藉由使用例如皮秒雷射之雷射鑽孔、藉由反應離子工程或使用聚焦離子束來形成/鑽孔具有足夠小的直徑(例如，小於10μm或小於5μm)之精密通道。

輸出元件400可使用參考氣室或另一輔助支撐件之支撐結構對準且居中於光纖，例如使得光纖端琢面在距保護元件之橫截面1mm內或0.1mm內，且保護元件區段403之內表面角在自光纖輸出之光之NA的0.1 Rad內，較佳地在0.01 Rad內。

在可選實施例中，提出抑制表面、屏蔽物或輸出元件材料之濺鍍，及/或自裝置之材料除去重新沈積誘發的結構(其應出現在裝置之輸出而非GGP處嗎)。此方法可包含選擇在存在活性氫物質下未經受(或具有少量)化學濺鍍之材料表面、屏蔽物或輸出元件。此類材料可包含金屬，例如：Mo、W、不鏽鋼或其他金屬、金屬或合金之混合物。替代地，或另外，可選擇材料以藉由稀有氣體離子(例如，C、Ti、V)具有較低濺鍍良率。表面、屏蔽物或輸出元件材料可由與光纖不同之材料製成或包含與光纖不同之材料的事實可進一步增加光纖壽命，由於電漿比一些其他材料更快地侵蝕且/或沈積矽。

另一方法可包含選擇穩定(在濺鍍及可能之重新沈積之後未氧化)且視情況具有低於光纖(例如玻璃)之熔融溫度之熔融溫度的材料。此材料可包含貴金屬，例如Au或Ag。此方法可包含允許藉由吸收光(自光 纖本身輸出)抑或藉由外部加熱器來對此材料(例如，在重新沈積期間產生)之已形成結構(例如蓬鬆結構)進行(例如週期性)熔融。

替代地，表面材料可包含揮發性氧化物及氫化物，諸如C(片件可由非晶碳、類金剛石碳或金剛石或C₃N₄製成或塗佈)。在此實施例中，由電漿初始化蓬鬆結構，該電漿可例如藉由在光纖環境內注入O₂/H₂O/H₂O₂或其他適合之氧化劑來(例如週期性地)氧化。

此類方法允許形成結構之自清潔或週期性移除，而無停機時間損失。

在此等實施例中所提出之材料可作為塗層沈積至表面；例如，厚度為1至100μm，至少在表面與電漿接觸之處。此塗層可施加至關於圖7至11所描述之表面中之任何一者。

儘管已分別揭示圖7至11中之光源之每一實施例，但可能需要組合其特徵。舉例而言，可能需要使用屏蔽物及氣室之內表面之某一組合來提供表面。所揭示待由屏蔽物提供之表面之組態可替代地由氣室之內表面提供，且反之亦然。另外，舉例而言，圖11之自對準區段及/或自定心區段可與圖7或8之實施例一起使用。

在使用單獨屏蔽物或保護元件之情況下，光纖端部可鄰近於屏蔽物或保護元件或插入至屏蔽物或保護元件中。

在所有實施例中，氣室可包含進氣口及出氣口，其經配置以使得在光纖之進氣口與出氣口之間建立壓力差時建立氣流，從而移除揮發性物質、防止濃縮/聚合物質之重新沈積、減少光學輸出處之壓力及/或抑制由光吸收誘發之電漿。另外，此配置提供引入壓力(及密度)梯度之選擇，使得可額外調諧分散。此外，將存在調諧流動及壓力量變曲線之可能 性，使得低壓容器中之穩定狀態壓力顯著減小，例如<1 Bar，較佳地為<0.1 Bar。此意謂雷射脈衝及由氣體所產生之超連續光譜脈衝吸收將最小化，且光纖之輸出端處的電漿激起受到抑制。舉例而言，在光纖之任一端部可存在兩個加壓的容器，且在兩個容器之間建立壓力差(例如，使用外部裝置進行保持)。

在條項之後續經編號之清單中揭示另外實施例：

1.一種光源，其包含：一氣室，其具有一光學輸出；一光纖，其為中空的且具有一軸向方向，其一端部封閉於該氣室內且經由一光學路徑光學地耦合至該光學輸出；一表面，其圍繞該光纖之該端部安置，且在該軸向方向上朝向該光學輸出延伸經過該光纖之該端部，以便限制以下中之一或多者：該光學路徑與該氣室之其餘部分之間的氣體之交換；電漿朝向該光纖或至該光纖中之進入；及朝向蝕刻敏感表面之自由基通量。

2.如條項1之光源，其中該表面由該氣室之內表面提供。

3.如條項1之光源，其中該表面未由該氣室之該內表面提供，且該表面由一保護元件提供。

4.如條項3之光源，其中該光纖之該端部與該保護元件之一輸出端之間的一長度足以防止或限制至該光纖中之電漿的進入。

5.如條項4之光源，其中該光纖之該端部與該保護元件之該輸出端之間的該長度為該光纖之一外徑的至少三倍。

6.如條項5之光源，其中該保護元件之一最小橫截面在該光纖之該外 徑的0.1至10倍範圍內。

7.如條項5或6之光源，其中該保護元件之一內表面經配置以未防礙自該光纖輸出之光。

8.如條項7之光源，其中該保護元件之該內表面具有在該光纖之0.5至5 NA範圍內之一開口角。

9.如條項3至8中任一項之光源，其中該保護元件包含一輸出元件之部分，進一步包含一自對準區段及自定心區段中之一或兩者。

10.如條項9之光源，其中該自對準區段之一直徑在大於該光纖之一直徑的0.1與0.8mm之間，且/或該自對準區段之一長度為至少1mm。

11.如條項9或10之光源，其中該自定心區段之一直徑在大於該光纖之一直徑的50μm與250μm之間。

12.如條項9至11中任一項之光源，其中在該保護元件及該自對準區段及自定心區段中之一或兩者分別形成之情況下，該輸出元件為一複合輸出元件。

13.如條項12之光源，其中該保護元件及該自對準區段及自定心區段中之一或兩者與共同的棒及/或螺釘對準。

14.如條項3至13中任一項之光源，其中該保護元件之一內表面配置為距自該光纖輸出之一光錐10至1000μm內，以用於該保護元件之至少一部分鄰近於該光學輸出。

15.如前述條項中任一項之光源，其中該表面沿著該光纖延伸一給定長度，且該表面自該光纖之圓周偏移，從而形成一間隙。

16.如前述條項中任一項之光源，其中該光纖與該表面之間的該間隙具有與該軸向方向正交之一最小橫截面面積，該最小橫截面面積在100 μm²與3mm²之間。

17.如條項1至3中任一項之光源，其中該表面鄰接或密封至該光纖。

18.如條項3至14中任一項之光源，其中該保護元件鄰接或密封至該光學輸出或含有該光學輸出之該氣室表面。

19.如前述條項中任一項之光源，其中該光學輸出包含一窗。

20.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含矽石、一金屬、金屬合金、貴金屬、一金屬氧化物、氮化物、碳化物、硼化物或矽化物、矽或其他半導體。

21.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含在存在活性氫物質下限制或未經受化學濺鍍之一材料。

22.如條項21之光源，其中該材料包含鉬或鎢或不鏽鋼。

23.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含具有稀有氣體離子之濺鍍良率比該光纖更低的一材料。

24.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含穩定且在任何濺鍍之後未氧化的一材料。

25.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含具有低於該光纖之該熔融溫度之一熔融溫度的一材料。

26.如條項25之光源，其中該材料包含一貴金屬。

27.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含形成一揮發性氧化物及一揮發性氫化物兩者之一材料。

28.如條項27之光源，其中該材料包含非晶碳、類金剛石碳、金剛石或C₃N₄。

29.如條項21至29中任一項之光源，其中該材料作為一塗層施加至該表面。

30.如前述條項中任一項之光源，其中該表面包含一鏡面塗層。

31.如前述條項中任一項之光源，其中該氣室包含一進氣口及出氣口，其經配置以使得在該光纖之該進氣口與出氣口之間建立一壓力差時建立一氣流，從而移除揮發性物質、防止濃縮/聚合物質之重新沈積、減少該光學輸出處之該壓力及/或抑制由光吸收誘發之電漿。

32.如前述條項中任一項之光源，其中該表面在該軸向方向上界定一旋轉對稱之形狀。

33.如前述條項中任一項之光源，其中該表面界定與該軸向方向正交之非恆定一直徑，視情況地，由該表面界定之該直徑大於：

其中w ₀為該光纖之端部處之模場直徑，z為距該光纖之該端部的距離，且z _R 為瑞立長度。

34.如前述條項中任一項之光源，其中該表面至少沿著其長度之一部分界定一截頭圓錐形狀。

35.如前述條項中任一項之光源，其中該氣室中之該氣體包含選自由以下組成之群的至少一個氣體：氦、氖、氬、氪、氙、氫、氧、氮或其混合物。

36.如前述條項中任一項之光源，其中該光纖耦合至一光學源，該光學源包含一泵浦雷射。

37.一種度量衡器件，其包含如前述條項中任一項之光源，其中該光源經組態以產生用於投射至一基板上之光。

38.如條項37之器件，其中該度量衡器件為一散射計。

儘管可在本文中特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁域記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。熟習此項技術者將瞭解，在此類替代應用之上下文中，可認為本文中之術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在例如塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。在適用的情況下，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。另外，可將基板處理超過一次，例如以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指已含有一或多個經處理層之基板。

儘管上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述不同之其他方式來實踐本發明。本文中所揭示之光源例如可具有度量衡器件或微影器件之外的應用，例如，其可用於醫療及美容診斷學及成像、基於導管之干預(心臟、腎等)、皮膚治療(例如，尤其靶向血管及刺紋移除)及材料成像及材料處理中的應用。

以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡述之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。

501:光纖或HC-PCF

502:氣室

503:輸入窗

505:輸出光束

509:間隙

700:屏蔽物

701:壁材料

702:內部空隙

703:徑向間隙

704:軸向間隙

710:內表面

Claims (15)

1. 一種光源，其包含：一氣室(gas cell)，其具有一窗；一光纖，其為中空的且具有一軸向(axial)方向，其一端部封閉(enclosed)於該氣室內且經由一光學路徑光學地耦合至該窗；一表面，其圍繞該光纖之該端部安置，且在該軸向方向上朝向該窗延伸經過該光纖之該端部，以便限制以下中之一或多者：該光學路徑與該氣室之其餘部分之間的氣體之交換；電漿朝向該光纖或至該光纖中之進入(ingress)；及朝向該光纖之蝕刻敏感表面(etch-susceptible surfaces)之自由基通量(radical flux)。
2. 如請求項1之光源，其中該表面由該氣室之一內表面提供。
3. 如請求項1之光源，其中該表面未由該氣室之一內表面提供，且該表面由一屏蔽物提供。
4. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面沿著該光纖延伸一給定長度，且該表面自該光纖之圓周偏移，從而形成一軸向間隙。
5. 如請求項4之光源，其中該光纖與該表面之間的該軸向間隙具有與該軸向方向正交之一最小橫截面面積，該最小橫截面面積在100μm²與3 mm²之間。
6. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面鄰接或密封至該光纖。
7. 如請求項3之光源，其中該屏蔽物鄰接或密封至該窗或含有該窗之氣室表面。
8. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面包含矽石、一金屬、矽或其他半導體。
9. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面在該軸向方向上界定一旋轉對稱形狀。
10. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面界定與該軸向方向正交之非恆定的一直徑，視情況，由該表面界定之該直徑大於：

    

    其中w ₀為該光纖之該端部處之模場直徑，z為距該光纖之該端部的距離，且z _R 為瑞立(Rayleigh)長度。
11. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該表面界定一截頭圓錐形狀。
12. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該氣室中之氣體包含選自由以下組成之群的至少一種氣體：氦、氖、氬、氪、氙、氫、氧、氮或其混合 物。
13. 如請求項1至3中任一項之光源，其中該光纖耦合至一光學源，該光學源包含一泵浦雷射。
14. 一種度量衡器件，其包含如請求項1至13中任一項之光源及一感測器，其中該光源經組態以產生用於投射至一基板上之光，及其中該感測器係組態以執行基於光瞳(pupil based)之量測。
15. 如請求項14之器件，其中該度量衡器件為一散射計，其中該散射計經組態以量測一微影製程之參數。

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