TWI813007B - 寬帶輻射源裝置、度量衡裝置及用於產生寬帶輻射之方法 - Google Patents
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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-
- G—PHYSICS
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- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
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- G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
- G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
- G02B6/02328—Hollow or gas filled core
Abstract
本發明提供一種寬帶輻射源裝置,其包含一光纖總成,該光纖總成包含複數個光纖,每一光纖皆填充有一氣體介質;其中該寬帶輻射源裝置可操作以使得可獨立地選擇該等光纖之子集以用於接收一輸入輻射光束,使得在任一時間僅自該複數個光纖之一子集產生一寬帶輸出。
Description
本發明係關於一種基於空心光子晶體光纖之寬帶輻射產生器,且特定而言,係關於與積體電路製造中之度量衡應用有關的此寬帶輻射產生器。
微影設備為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如,光罩)處之圖案(常常亦被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如,晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上,微影設備可使用電磁輻射。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設備,使用具有在4至20nm之範圍內的波長(例如,6.7nm或13.5nm)之極紫外線(EUV)輻射的微影設備可用以在基板上形成較小特徵。
低k1微影可用以處理尺寸小於微影設備之經典解析度極限的特徵。在此程序中,可將解析度公式表示為CD=k1×λ/NA,其中λ為所
使用輻射之波長,NA為微影設備中之投影光學件之數值孔徑,CD為「臨界尺寸」(通常為所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,則在基板上再現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變得愈困難。為了克服此等困難,可將複雜的微調步驟應用於微影投影設備及/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、相移圖案化裝置之使用、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,有時亦被稱作「光學及程序校正」),或通常被定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地,用於控制微影設備之穩定性的嚴格控制迴路可用以改善在低k1下之圖案的再現。
度量衡工具用於IC製造程序之許多態樣中,例如作為用於在曝光之前適當定位基板的對準工具、用以量測基板之表面拓樸的位階量測工具、用於例如在程序控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品之基於聚焦控制及散射量測的工具。在每一狀況下,皆需要輻射源。出於包括量測穩固性及準確度之各種原因,寬帶或白光輻射源愈來愈多地用於此類度量衡應用。將需要改善用於寬帶輻射產生之現存裝置。
在本發明之第一態樣中,提供一種寬帶輻射源裝置,其包含光纖總成,該光纖總成包含複數個光纖,每一光纖皆填充有氣體介質;其中寬帶輻射源裝置可操作以使得可獨立地選擇光纖之子集以用於接收輸入輻射光束,使得在任一時間僅自該複數個光纖之子集產生寬帶輸出。例如,可獨立地選擇光纖之適當子集使得僅自複數個光纖之子集產生寬帶輸出。
在本發明之第二態樣中,提供一種用於產生寬帶輻射之方法,其包含:自泵浦源發射輸入輻射;藉由複數個光纖之選定子集接收輸入輻射;及自複數個光纖之選定子集產生寬帶輸出。
本發明之其他態樣包含度量衡裝置,該度量衡裝置包含第一態樣之寬帶光源裝置。
2:輻射投影儀
4:光譜儀偵測器
6:基板
10:光譜
21:管狀毛細管
2000:電腦系統
2002:匯流排
2004:處理器
2005:處理器
2006:主記憶體
2008:唯讀記憶體(ROM)
2010:儲存裝置
2012:顯示器
2014:輸入裝置
2016:游標控制件
2018:通信介面
2020:網路鏈路
2022:區域網路
2024:主機電腦
2026:網際網路服務提供者(ISP)
2028:「網際網路」
2030:伺服器
AM:對準標記
ANG:入射角
AS:對準感測器
AX:軸線
B:輻射光束
B1:基座
B1':基座
B1":基座
B2":第二層級
BCA:光束組合配置
BD:光束遞送系統
BE1:輻射光束/量測光束
BE2:箭頭
BK:烘烤板
BP1:第一光束路徑
BP2:第二光束路徑
BP3:第三光束路徑
BSA:光束分光配置
C:目標部分
CAP:管狀毛細管
CC:毛細管空腔
CF:夾持力
CH:冷卻板
CL:電腦系統/切割器
CP:光纖夾具
CP1:接觸點1
CP2:接觸點2
CP3:接觸點3
CP4:接觸點4
CP5:接觸點5
CP6:接觸點6
CP7:接觸點7
CP8:接觸點8
CP9:接觸點9
CP10:接觸點10
CP11:接觸點11
CP31:接觸點
CP32:接觸點
CP34:接觸點
CP35:接觸點
CS:中心結構
d:標稱光纖直徑
d1:中心距離
d2:中心距離
d3:中心距離
D1:寬度
D2:寬度
DE:顯影器
DET:偵測器
DGR:偵測光柵
ds:內徑
F:夾持力
F1:夾持力
F2:夾持力
F13:力向量
F14:力向量
F34:所得或組合力向量
F34-1:第一力向量
F34-2:第二力向量
F47:力向量
F47h:切向分量
F47v:法向分量
FAA:光纖總成
FAA1:矩形光纖總成
FAA2:圓形光纖總成
FAA3:光纖總成
FAA4:光纖總成
FE:內部固定元件
Ffh:摩擦力
Ffv:摩擦力
F-FSA-a:光纖堆疊配置
F-FSA-b:光纖堆疊配置
F-FSA-c:光纖堆疊配置
F-FSA-d:光纖堆疊配置
F-FSA-e:光纖堆疊配置
FG:光纖導引件
FH1:光纖固持器1
FH2:光纖固持器2
FS1:第一聚焦配置
FS2:第二聚焦配置
FSA1:光纖堆疊配置
FSA2:光纖堆疊配置
FT1:熱收縮光纖管或套管
FT2:熱收縮光纖管或套管
FT-a:熱收縮光纖管
FT-a':熱收縮光纖管
FT-b:熱收縮光纖管
FT-c:熱收縮光纖管
FT-c':熱收縮光纖管
FT-d:熱收縮光纖管
FT-e:熱收縮光纖管
G1:最小距離
G2:最小距離
G3:最小差
HC:空心
HS1:熱源
HS2:熱源
I/O1:輸入/輸出埠
I/O2:輸入/輸出埠
IB:資訊攜載光束
IB1:輸入光束
IB2:輸入光束
IB3:輸入光束
IB4:輸入光束
IB5:輸入光束
IC:內部通道
ID:直徑
ID':直徑
IE:輸入端
IF:位置量測系統
I-FH:光纖固持器
I-FH':光纖固持器
I-FH":光纖固持器
I-FSA:光纖堆疊配置
I-FSA':光纖堆疊配置
I-FSA":光纖堆疊配置
IL:照明系統/照明器
IRD:輸入輻射
IW1:內壁1
IW1':內壁
IW1":內壁
IW2:內壁2
IW2':內壁
IW2":內壁
LA:微影設備
LACU:微影控制單元
LB:裝載匣
LC:微影製造單元
LS:位階或高度感測器
LSB:輻射光束
LSD:偵測單元
LSO:輻射源
LSP:投影單元
LW:雷射熔接
M1:光罩對準標記
M2:光罩對準標記
MA:圖案化裝置/光罩
MLO:量測區域/量測位置
MT:度量衡工具/散射計/光罩支撐件/度量衡系統
OBS1:第一光束移位器
OBS2:第二光束移位器
OE:輸出端
OF:光纖
OF1:光纖1
OF2:光纖2
OF3:光纖3
OF4:光纖4
OF5:光纖
OF6:光纖6
OF7:光纖7
OF8:光纖8
OF9:光纖9
OF10:光纖
OF11:光纖11
OF12:光纖
OF13:光纖13
OF21:光纖
OF25:光纖
OF31:頂部光纖
OF32:光纖
OF33:上部光纖
OF34:底部光纖
OF35:底部光纖
OF36:光纖36
OF37:光纖37
OF38:上部光纖
OF-C:中心光纖
OF-O:周圍光纖
OL:物鏡
OL1:第一光學透鏡
OL2:第二光學透鏡
ORD:寬帶輸出輻射
P1:基板對準標記
P2:基板對準標記
PD:光偵測器
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
PU:處理單元
PW:第二定位器
RB:輻射光束
RDS:寬帶輻射源
RDS1:寬帶輻射源
RDS2:寬帶輻射源
RDS3:寬帶輻射源
RO:基板處置器或機器人
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
SD:空間距離
SI:強度信號
SM:點鏡面
SO:輻射源
SP:照明光點/支撐部分
SRI:自參考干涉計/區塊
TCU:塗佈顯影系統控制單元
TW1:第一透明窗
TW2:第二透明窗
VG:V形溝槽安裝件
VG':V形溝槽安裝件
W:基板
WM:工作介質
WP:壁部分
WT:基板支撐件
α1:支撐角
α3:支撐角
α4:支撐角
β13:力向量角
β14:力向量角
β46:力向量角
β47:力向量角
λ:波長
現參看隨附示意性圖式僅作為實例來描述本發明之實施例,在該等圖式中:- 圖1描繪微影設備之示意性綜述;- 圖2描繪微影製造單元之示意性綜述;- 圖3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4描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之用作度量衡裝置的散射量測設備之示意性綜述;- 圖5描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之位準感測器設備的示意性綜述;- 圖6描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之對準感測器設備的示意性綜述;- 圖7為可在橫向平面中(亦即,垂直於光纖之軸線)形成根據一實施例之輻射源之部分的空心光纖的示意性截面圖;- 圖8描繪用於提供寬帶輸出輻射之根據一實施例之輻射源的示意性表示;- 圖9之(a)及圖9之(b)示意性地描繪用於超連續光譜產生之空心光子
晶體光纖(HC-PCF)設計之實例的截面;- 圖10(a)示意性地說明根據一實施例之包含光纖(例如,單環HC-PCF)之二維(2D)陣列的矩形光纖總成;- 圖10(b)示意性地說明根據一實施例之包含光纖(例如,單環HC-PCF)之二維(2D)陣列的圓形光纖總成;- 圖11(a)說明根據一實施例之使用個別單芯光纖的1D光纖總成;- 圖11(b)說明根據一實施例之使用個別單芯光纖的2D光纖總成;- 圖12示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成以及第一單光束組態的寬帶輻射源;- 圖13示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成以及多光束組態的寬帶輻射源;- 圖14示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成以及第二單光束組態的寬帶輻射源RDS3;- 圖15示意性地說明根據一實施例之多光纖堆疊配置;- 圖16(a)描繪用於以機械方式夾持光纖之實例光纖堆疊配置;- 圖16(b)描繪用於以機械方式夾持光纖之另一實例光纖堆疊配置;- 圖17(a)描繪根據一實施例之經改善之光纖堆疊配置;及- 圖17(b)描繪根據一實施例之另一經改善之光纖堆疊配置;- 圖17(c)描繪根據一實施例之另一經改善之光纖堆疊配置;- 圖18為描繪藉助於熱收縮管製造光纖堆疊配置之程序的示意圖;- 圖19之(a)至圖19之(e)為全部藉助於熱收縮光纖管製造之五個實例光纖堆疊配置的示意性截面圖;及- 圖20描繪用於控制寬帶輻射源之電腦系統的方塊圖。
在本發明文件中,術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射,包括紫外線輻射(例如,具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm之波長)及極紫外線輻射(EUV,例如具有在約5至100nm之範圍內的波長)。
如本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化裝置」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化截面之通用圖案化裝置,該經圖案化截面對應於待在基板之目標部分中產生的圖案。在此上下文中,亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射或反射;二元、相移、混合等)以外,其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA。微影設備LA包括:照明系統(亦被稱作照明器)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);光罩支撐件(例如,光罩台)MT,其經建構以支撐圖案化裝置(例如,光罩)MA且連接至經組態以根據某些參數準確地定位圖案化裝置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且連接至經組態以根據某些參數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裝置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。
在操作中,照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射的各
種類型之光學組件,諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件,或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B,以在圖案化裝置MA之平面處在其截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯為涵蓋如適於正使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤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」之任何使用均與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影設備LA可屬於如下類型:其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如,水)覆蓋,以便填充投影系統PS與基板W之間的空間,此亦被稱作浸潤微影。在以引用之方式併入本文中的US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或多於兩個基板支撐件WT(亦稱為「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中,可並行地使用基板支撐件WT,及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟,同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在該另一基板W上曝光圖案。
除基板支撐件WT以外,微影設備LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分,例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統之一部分。當基板支撐件WT遠離投影系統PS時,量測載物台可在投影系統PS之下移動。
在操作中,輻射光束B入射於固持在光罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如,光罩)MA上,且藉由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下,輻射光束B穿過投影系統PS,該投影系統將該光束聚焦至基板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,例如以便將不同的目標部分C定位於輻射光束B之路徑中的聚焦及對準位置處。類似地,第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑準確地定位圖案化裝置MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置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。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時,此等基板對準標記被稱為切割道對準標記。
如圖2所展示,微影設備LA可形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或(微影)叢集)之部分,該微影製造單元常常亦包括用以對基板W執行曝光前程序及曝光後程序之設備。習知地,此等設備包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以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,在不同程序設備之間移動基板且將基板W遞送至微影設備LA之裝載匣LB。微影製造單元中常常亦被統稱為塗佈顯影系統之裝置通常係在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自身可受到監督控制系統SCS控制,該監督控制系統亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影設備LA。
為了正確且一致地曝光由微影設備LA曝光之基板W,需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性,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,可在微影製造單元LC中包括檢測上具(未圖示)。若偵測到誤差,則可對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行例如調整,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進行檢測的情況下。
亦可被稱作度量衡設備之檢測設備用以判定基板W之屬性,且特定而言,判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯的屬性在層與層之間如何變化。檢測設備可替代地經建構以識別基板W上之缺陷,且可例如為微影製造單元LC之部分,或可整合至微影設備LA中,或可甚至為獨立裝置。檢測設備可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性,或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性,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被移除)上之屬性,或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常,微影設備LA中之圖案化程序為需要基板W上之結構的尺寸標定及置放之高準確度的處理中之最關鍵步驟中的一者。為了確保此高準確度,可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中,如圖3中示意性地描繪。此等系統中之一者為微影設備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整個程序窗且提供嚴格控制迴路,從而確保由微影設備LA執行之圖案化保持在程序窗內。程序窗界定程序參數(例如,劑量、焦點、疊對)之範圍,在該範圍內,特定
製造程序得到所定義結果(例如,功能性半導體裝置),通常在該範圍內,允許微影程序或圖案化程序中之程序參數變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分),以預測使用哪種解析度增強技術且執行運算微影模擬及計算,從而判定哪些光罩佈局及微影設備設定達成圖案化程序之最大總程序窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常,解析度增強技術經配置以匹配微影設備LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影設備LA當前正在程序窗內何處操作(例如,使用來自度量衡工具MT之輸入),以預測是否由於例如次佳處理而可能存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」的箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以使得能夠進行準確模擬及預測,且可將回饋提供至微影設備LA以識別例如微影設備LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
在微影程序中,需要頻繁地對所產生結構進行量測例如以用於程序控制及驗證。用以進行此類量測之工具通常稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型之度量衡工具MT已為吾人所知,包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具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程序之參數,量測通常被稱作基於光瞳之量測,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程序之參數,在此狀況下量測通常被稱作基於影像或場之量測。以全文引用之方式併入本文中的專利申請案US20100328655、US2011102753A1、
US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯量測技術。前述散射計可使用來自軟x射線及對近IR波長範圍可見的光來量測光柵。
在第一實施例中,散射計MT為角解析散射計。在此散射計中,重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測之彼等結果而引起。調整數學模型之參數,直至經模擬相互作用產生與自真實目標觀測到之繞射圖案類似的繞射圖案。
在第二實施例中,散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中,由輻射源發射之輻射經導向至目標上且來自目標之反射或散射輻射經導向至光譜儀偵測器上,該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即,隨波長而變之強度的量測)。根據此資料,可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫比較來重建構產生偵測到之光譜的目標之結構或輪廓。
在第三實施例中,散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由針對每一偏振狀態量測散射輻射來判定微影程序之參數。此度量衡設備藉由在度量衡設備之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如,線性、圓形或橢圓)。適合於度量衡設備之源亦可提供偏振輻射。現有橢圓量測散射計之各種實施例描述於以全文引用之方式併入本文中的美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中。
在散射計MT之一個實施例中,散射計MT適用於藉由量測
反射光譜及/或偵測組態中之不對稱性來量測兩個未對準光柵或週期性結構之疊對,該不對稱性與疊對之範圍有關。可將兩個(通常重疊)光柵結構應用於兩個不同層(未必為連續層)中,且可形成於晶圓上大體上相同的位置處。散射計可具有如描述於例如共同擁有之專利申請案EP1,628,164A中的對稱偵測組態,使得任何不對稱性可清楚地區分。此提供用以量測光柵中之未對準的直接方式。在目標經由週期性結構之不對稱性來量測時量測含有週期性結構之兩個層之間的疊對誤差之其他實例可見於以全文引用之方式併入本文中的PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案US 20160161863中。
其他所關注參數可為焦點及劑量。可藉由如描述於以全文引用之方式併入本文中的美國專利申請案US2011-0249244中之散射量測(或替代地,藉由掃描電子顯微法)同時判定焦點及劑量。可使用具有針對焦點能量矩陣(FEM,亦被稱作焦點曝光矩陣)中之每一點的臨界尺寸及側壁角量測之唯一組合的單個結構。若可獲得臨界尺寸及側壁角之此等唯一組合,則可自此等量測唯一地判定焦點及劑量。
度量衡目標可為藉由微影程序主要在抗蝕劑中形成且亦在例如蝕刻程序之後形成的複合光柵之集合。通常,光柵中之結構的間距及線寬很大程度上取決於量測光學件(特定而言,光學件之NA)以能夠捕捉來自度量衡目標之繞射階。如較早所指示,繞射信號可用以判定兩個層之間的移位(亦被稱作「疊對」)或可用以重建構如由微影程序產生之原始光柵之至少一部分。此重建構可用以提供微影程序之品質指導,且可用以控制微影程序之至少一部分。目標可具有較小子分段,該等子分段經組態以模仿目標中之設計佈局的功能性部分之尺寸。由於此子分段,目標將表現
得更類似於設計佈局之功能性部分,使得總體程序參數量測較佳類似於設計佈局之功能性部分。可在填充不足模式中或在填充過度模式中量測目標。在填充不足模式中,量測光束產生小於總體目標之光點。在填充過度模式中,量測光束產生大於總體目標之光點。在此填充過度模式中,亦有可能同時量測不同目標,因此同時判定不同處理參數。
使用特定目標之微影參數的總體量測品質至少部分地由用以量測此微影參數的量測配方來判定。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,或其兩者。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,則量測之參數中的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例如為量測參數中之一者對於處理變化的敏感度。更多實例描述於以全文引用之方式併入本文中的美國專利申請案US2016-0161863及公開的美國專利申請案US 2016/0370717A1中。
圖4中描繪度量衡設備,諸如散射計。該散射計包含將輻射投影至基板6上之寬帶(白光)輻射投影儀2。將反射或散射輻射傳遞至光譜儀偵測器4,該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜10(亦即,依據波長而變化之強度的量測)。根據此資料,可由處理單元PU例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與如圖3之底部處所展示的模擬光譜庫進行比較來重建構產生偵測到之光譜的結構或輪廓。一般而言,對於重建構,結構之一般形式係已知的,且根據用於製造結構之程序之知識來假定一些參數,僅留下結構之幾個參數自散射量測資料判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
經由量測度量衡目標之微影參數的整體量測品質係至少部分地由用以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,或其兩者。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,則量測之參數中的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例如為量測參數中之一者對於處理變化的敏感度。更多實例描述於以全文引用之方式併入本文中的美國專利申請案US2016/0161863及公開的美國專利申請案US 2016/0370717A1中。
用於IC製造中之另一種類型的度量衡工具為構形量測系統、位階感測器或高度感測器。此工具可整合於微影設備中,用於量測基板(或晶圓)之頂表面的構形。基板之構形的映圖(亦被稱作高度圖)可由指示依據基板上之位置而變的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用以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裝置之空中影像。應理解,「高度」在此上下文中係指相對於基板大體上在平面外之尺寸(亦被稱作Z軸)。通常,位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測,且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動引起跨基板的位置處之高度量測。
在僅說明操作原理之圖5中示意性地展示如此項技術中已知的位階或高度感測器LS之實例。在此實例中,位階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,該輻射光束由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可為例如窄帶或寬帶光源,諸如超連續光譜光源、
偏振或非偏振、脈衝或連續,諸如偏振或非偏振雷射光束。輻射源LSO可包括具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源,諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見光輻射,但可另外或替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包含週期性結構之週期性光柵,該週期性結構產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1。具有週期性變化強度之輻射光束BE1經導向基板W上之量測位置MLO,該輻射光束相對於垂直於入射基板表面之軸線(Z軸)具有介於0度與90度之間,通常介於70度與80度之間的入射角ANG。在量測位置MLO處,經圖案化之輻射光束BE1由基板W反射(由箭頭BE2指示)且經導向偵測單元LSD。
為了判定量測位置MLO處之高度位準,位階感測器進一步包含偵測系統,該偵測系統包含偵測光柵DGR、偵測器DET,及用於處理偵測器DET之輸出信號的處理單元(未圖示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR相同。偵測器DET產生偵測器輸出信號,該偵測器輸出信號指示所接收之光,例如指示所接收之光的強度,諸如光偵測器,或表示所接收之強度的空間分佈,諸如攝影機。偵測器DET可包含一或多種偵測器類型之任何組合。
藉助於三角量測技術,可判定量測位置MLO處之高度位準。偵測到之高度位準通常與如藉由偵測器DET所量測之信號強度有關,該信號強度具有尤其取決於投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿著投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的經圖案化輻射光束之路徑(未圖示)包括其他光學元件,
諸如透鏡及/或鏡面。
在一實施例中,可省略偵測光柵DGR,且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所位於之位置處。此組態提供對投影光柵PGR之影像的更直接偵測。
為了有效地覆蓋基板W之表面,位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W之表面上,藉此產生覆蓋較大量測範圍之量測區域MLO或光點的陣列。
一般類型之各種高度感測器揭示於例如兩者均以引用之方式併入的US7265364及US7646471中。使用UV輻射而非可見光或紅外線輻射的高度感測器揭示於以引用之方式併入的US2010233600A1中。在以引用之方式併入的WO2016102127A1中,描述使用多元件偵測器來偵測及辨識光柵影像之位置而無需偵測光柵的緊密高度感測器。
用於IC製造中之另一種類型之度量衡工具為對準感測器。因此,微影設備之效能的關鍵態樣能夠相對於敷設於先前層中(藉由相同設備或不同微影設備)之特徵正確且準確地置放所施加圖案。出於此目的,基板具備一或多組標記或目標。每一標記為稍後可使用通常為光學位置感測器之位置感測器來量測位置的結構。位置感測器可被稱作「對準感測器」且標記可被稱作「對準標記」。
微影設備可包括可藉以準確地量測提供於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如,複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用諸如繞射及干涉之光學現象,以自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影設備中之對準感測器的實例係基於如描述於US6961116中之自參考干涉計。已開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。
圖6為諸如描述於例如US6961116中且以引用之方式併入的已知對準感測器AS之實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB,該輻射光束藉由轉向光學件而轉向至標記(諸如,位於基板W上之標記AM)上作為照明光點SP。在此實例中,轉向光學件包含點鏡面SM及物鏡OL。照明標記AM之照明光點SP之直徑可略小於標記自身之寬度。
由對準標記AM繞射之輻射(在此實例中經由物鏡OL)經準直成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零階繞射(其可被稱作反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI以自身干涉光束IB,其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學件(未圖示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之狀況下提供分離光束。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。
在此實例中包含點鏡面SM之轉向光學件亦可用以阻擋自標記反射之零階輻射,使得資訊攜載光束IB僅包含來自標記AM之高階繞射輻射(此對於量測並非必需的,但改善信雜比)。
將強度信號SI供應至處理單元PU。藉由區塊SRI中之光學處理與單元PU中之運算處理的組合,輸出基板相對於參考框架之X位置及Y位置的值。
所說明類型之單個量測僅將標記之位置固定在對應於該標記之一個間距的某一範圍內。結合此來使用較粗略量測技術,以識別正弦
波之哪一週期為包含經標記位置之週期。可在不同波長下重複較粗略及/或較精細級別之同一程序,以用於提高準確度及/或用於穩固地偵測標記,而無關於製成標記之材料及供標記提供於上方及/或下方之材料。可光學地多工及解多工該等波長以便同時處理該等波長,及/或可藉由分時或分頻而多工該等波長。
在此實例中,對準感測器及光點SP保持靜止,而基板W移動。因此,對準感測器可剛性且準確地安裝至參考框架,同時在與基板W之移動方向相反的方向上有效地掃描標記AM。在此移動中,藉由將基板W安裝於基板支撐件上且基板定位系統控制基板支撐件之移動來控制基板。基板支撐件位置感測器(例如,干涉計)量測基板支撐件(未圖示)之位置。在一實施例中,一或多個(對準)標記提供於基板支撐件上。對提供於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器所判定之基板支撐件的位置(例如,相對於對準系統所連接之框架)。對提供於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
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執行量測。藉由度量衡工具使用之輻射的屬性可影響可執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、輻照及散射離開度量衡目標。因此,可例如使用不同頻率來同時獲得更多度量衡資料。不同輻射頻率亦可能夠詢間及發現度量衡目標之不同屬性。寬帶輻射可用於諸如位階感測器、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。寬帶輻射源可為超連續光譜源。
可能難以產生例如超連續光譜輻射之高品質寬帶輻射。用於產生寬帶輻射之一種方法可為例如利用非線性高階效應來增寬高功率窄帶或單頻輸入輻射。輸入輻射(其可使用雷射來產生)可被稱作泵浦輻射。替代地,輸入輻射可被稱作種子輻射。為獲得用於增寬效應之高功率輻射,可將輻射限於小區域中使得達成強局域化的高強度輻射。在彼等區域中,輻射可與增寬結構及/或形成非線性介質之材料相互作用以便產生寬帶輸出輻射。在高強度輻射區域中,不同材料及/或結構可用以藉由提供合適的非線性介質來實現及/或改善輻射增寬。
在一些實施中,在光子晶體光纖(PCF)中產生寬帶輸出輻射。在若干實施例中,此光子晶體光纖在其纖芯周圍具有微結構,其輔助限制穿過纖芯中之光纖的輻射。纖芯可由具有非線性屬性且當高強度泵浦輻射透射穿過纖芯時能夠產生寬帶輻射之固體材料製成。儘管在實心光子晶體光纖中產生寬帶輻射為可行的,但使用固體材料可存在幾個缺點。舉例而言,若在實心中產生UV輻射,則此輻射可能不存在於光纖之輸出光譜中,此係因為輻射由大多數固體材料吸收。
在一些實施中,如下文參看圖8進一步論述,用於增寬輸入輻射之方法及設備可使用光纖用於限制輸入輻射且用於將輸入輻射增寬以輸出寬帶輻射。該光纖可為空心光纖,且可包含用以在光纖中達成輻射之有效導引及限制的內部結構。該光纖可為空心光子晶體光纖(HC-PCF),其尤其適合於主要在光纖之空心內部進行強輻射限制,從而達成高輻射強度。光纖之空心可經氣體填充,該氣體充當用於增寬輸入輻射之增寬介質。此光纖及氣體配置可用以產生超連續光譜輻射源。光纖之輻射輸入可為電磁輻射,例如在紅外光譜、可見光譜、UV光譜及極UV光譜中之一或
多者中的輻射。輸出輻射可由寬帶輻射組成或包含寬帶輻射,該寬帶輻射在本文中可被稱作白光。
一些實施例係關於包含光纖之此寬帶輻射源的新設計。該光纖為空心光子晶體光纖(HC-PCF)。特定而言,該光纖可為包含用於限制輻射之反諧振結構之類型的空心光子晶體光纖。包含反諧振結構之此類光纖在此項技術中已知為反諧振光纖、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為已知的。替代地,光纖可為光子帶隙光纖(HC-PBF,例如Kagome光纖)。
可工程設計多種類型之HC-PCF,每種基於不同物理導引機制。兩個此類HC-PCF包括:空心光子帶隙光纖(HC-PBF)及空心反諧振反射光纖(HC-ARF)。設計及製造HC-PCF之細節可見於以引用之方式併入本文中的美國專利US2004/015085A1(針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017/032454A1(針對空心反諧振反射光纖)中。圖9之(a)展示包含Kagome晶格結構之Kagome光纖。
現將參看圖7描述用於輻射源中之光纖的實例,該圖為橫向平面中光纖OF之示意性截面圖。類似於圖7之光纖之實際實例的其他實施例揭示於WO2017/032454A1中。
光纖OF包含細長主體,該主體在一個維度上比光纖OF之其他兩個維度長。此更長維度可被稱作軸向方向,且可界定光纖OF之軸線。兩個其他維度界定可被稱作橫向平面之平面。圖7展示光纖OF在經標記為x-y平面之此橫向平面(亦即,垂直於軸線)中之截面。光纖OF之截面沿著光纖軸線可為大體上恆定的。
應瞭解,光纖OF具有一定程度之可撓性,且因此,一般而
言,軸線之方向沿著光纖OF之長度將不均勻。諸如光軸、截面及其類似者之術語應理解為意謂局部光軸、局部截面等。此外,在組件經描述為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可具有任何長度且應瞭解,光纖OF之長度可取決於應用。光纖OF可具有1cm與10m之間的長度,例如光纖OF可具有10cm與100cm之間的長度。
光纖OF包含:空心HC;包圍空心HC之包層部分;及包圍且支撐包層部分之支撐部分SP。可將光纖OF視為包含具有空心HC之主體(包含包層部分及支撐部分SP)。該包層部分包含用於導引輻射穿過空心HC之複數個反諧振元件。特定而言,複數個反諧振元件經配置以將傳播穿過光纖OF之輻射主要限制在空心HC內部,且沿著光纖OF導引輻射。光纖OF之空心HC可大體上安置於光纖OF之中心區中,使得光纖OF之軸線亦可界定光纖OF之空心HC的軸線。
包層部分包含用於導引傳播穿過光纖OF之輻射的複數個反諧振元件。特定而言,在此實施例中,包層部分包含六個管狀毛細管CAP之單環。管狀毛細管CAP中之每一者充當反諧振元件。
毛細管CAP亦可被稱作管。毛細管CAP在截面上可為圓形的,或可具有另一形狀。每一毛細管CAP包含大體上為圓柱形之壁部分WP,該壁部分至少部分地界定光纖OF之空心HC且將空心HC與毛細管空腔CC分離。應瞭解,壁部分WP可充當用於輻射之抗反射法布里-珀羅(Fabry-Perot)諧振器,該輻射傳播穿過空心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
強返回空心HC之反射,而大體上抑制進入毛細管空腔CC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。
應瞭解,如本文中所使用,術語包層部分意欲意指光纖OF之用於導引傳播穿過光纖OF之輻射的部分(亦即,將該輻射限制於空心HC內之毛細管CAP)。輻射可以橫向模式之形式受限制,從而沿著光纖軸線傳播。
支撐部分大體上為管狀且支撐包層部分之六個毛細管CAP。六個毛細管CAP均勻地分佈在內部支撐部分SP之內表面周圍。六個毛細管CAP可描述為以大體上六邊形之形式安置。
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中之每一者與內部支撐部分SP接觸,且與環結構中之鄰近毛細管CAP間隔開。此配置因為可增加光纖OF之透射頻寬(相對於例如毛細管彼此接觸之配置)而可為有益的。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鄰近毛細管CAP接觸。
包層部分之六個毛細管CAP以環結構安置於空心HC周圍。毛細管CAP之環結構的內表面至少部分地界定光纖OF之空心HC。空心HC之直徑d(其可定義為相對毛細管之間的最小尺寸,由箭頭d指示)可介於10μm與1000μm之間。空心HC之直徑d可影響空心HC光纖OF之模場直徑、衝擊損失、分散度、模態多元性及非線性屬性。
在此實施例中,包層部分包含毛細管CAP(其充當反諧振元件)之單環配置。因此,自空心HC之中心至光纖OF之外部的任何徑向方向上的線穿過不超過一個毛細管CAP。
應瞭解,其他實施例可具備反諧振元件之不同配置。此等
配置可包括具有反諧振元件之多個環的配置及具有嵌套式反諧振元件的配置。圖9之(a)展示具有毛細管CAP之三個環的HC-PCF之實施例,該等環沿著徑向方向堆疊於彼此之上。在此實施例中,每一毛細管CAP在同一環中及不同環中均與其他毛細管接觸。此外,儘管圖7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,包含任何數目個反諧振元件(例如,4、5、6、7、8、9、10、11或12個毛細管)之一或多個環可設置於包層部分中。
圖9之(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9之(b)的實例中,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,可在HC-PCF中包括支撐管ST。該支撐管可由二氧化矽製成。
圖7以及圖9之(a)及(b)之實例的管狀毛細管可具有圓形截面形狀。管狀毛細管亦有可能具有其他形狀,如橢圓或多邊形截面。另外,圖7以及圖9之(a)及(b)之實例的管狀毛細管之固體材料可包含如PMA之塑性材料、如二氧化矽之玻璃,或軟玻璃。
圖8描繪用於提供寬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的任何其他類型之源;具有空心HC之光纖OF(例如,圖7中所展示之類型);及安置於空心HC內之工作介質WM(例如,氣體)。儘管在圖8中,輻射源RDS包含圖7中所展示之光纖OF,但在替代實施例中,可使用其他類型之空心HC光纖OF。
脈衝式泵浦輻射源PRS經組態以提供輸入輻射IRD。光纖OF之空心HC經配置以接收來自脈衝式泵浦輻射源PRS之輸入輻射IRD,
且增寬該輸入輻射以提供輸出輻射ORD。工作介質WM使得能夠增寬所接收輸入輻射IRD之頻率範圍以便提供寬帶輸出輻射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亦可被稱作殼體、容器或氣胞。儲集器RSV經組態以容納工作介質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內部之工作介質WM(其可為氣體)之成份的一或多個特徵。儲集器RSV可包含第一透明窗TW1。在使用中,光纖OF安置於儲集器RSV內部,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至少對於所接收輸入輻射頻率可為透明的,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。應瞭解,可提供光學件(未圖示)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。在使用中,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至少對於輻射源RDS之寬帶輸出輻射ORD之頻率可為透明的。
替代地,在另一實施例中,光纖OF之兩個相對末端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之第一末端區段,及用於輸出寬帶輸出輻射ORD之第二末端區段。第一末端區段可置放於包含工作介質WM之第一儲集器內部。第二末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介質WM。儲集器之運作可如上文關於圖8所描述來進行。第一儲集器可包含第一透明窗,該第一透明窗經組態為對於輸入輻射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為對於寬帶輸出輻射ORD為透明的。第一儲集器及第二儲集器亦可包含可密封開口,以准許光纖OF部分地置放於儲集器內部且部分地置放於儲集器外部,使得氣體可密封於儲集器內部。光纖OF可進一步包含非容納於儲集器內部之一中間區段。使用兩個分離之氣體儲集器的此配置對於光纖OF相對較長(例如,當長度超過1m時)之實施例可尤為便利。應瞭解,對於使用兩個分離之氣體儲集器的此類配置,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成份的一或多個特徵)視為提供用於在光纖OF之空心HC內提供工作媒體WM的設備。
在此上下文中,若在窗上具有一頻率之入射輻射的至少50%、75%、85%、90%、95%或99%透射穿過該窗,則該窗對於彼頻率可為透明的。
第一透明窗TW1及第二透明窗TW2兩者可在儲集器RSV之壁內形成氣密密封,使得工作介質WM(其可為氣體)可容納於儲集器RSV內。應瞭解,氣體WM可以不同於儲集器RSV之周圍環境壓力的壓力容納於儲集器RSV內。
工作介質WM可包含:諸如氬氣、氪氣及氙氣之稀有氣體;諸如氫氣、氘氣及氮氣之拉曼(Raman)活性氣體;或諸如氬氣/氫氣混合物、氙氣/氘氣混合物、氪氣/氮氣混合物或氮氣/氫氣混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型,非線性光學程序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、拉曼效應及分散波產生,其細節描述於WO2018/127266A1及US9160137B1(其兩者皆特此以引用之方式併入)中。由於可藉由改變儲集器RSR中之工作介質WM壓力(亦
即,氣胞壓力)來調諧填充氣體之分散,因此可調整所產生之寬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。
在一項實施中,工作介質WM可至少在接收用於產生寬帶輸出輻射ORD之輸入輻射IRD期間安置於空心HC內。應瞭解,當光纖OF不接收用於產生寬帶輸出輻射之輸入輻射IRD時,氣體WM可全部或部分地不存在於空心HC中。
為達成頻率增寬,可能需要高強度輻射。具有空心HC光纖OF之優勢為,其可經由對傳播穿過光纖OF之輻射的強空間限制而達成高強度輻射,從而達成高局域化輻射強度。光纖OF內部之輻射強度可例如由於高接收輸入輻射強度及/或由於對光纖OF內部之輻射的強空間限制而為高的。空心光纖之優勢為其可導引具有比實心光纖更寬之波長範圍的輻射,且特定而言,空心光纖可導引在紫外線範圍及紅外線範圍兩者內之輻射。
使用空心HC光纖OF之優勢可為在光纖OF內部導引之大部分輻射被限制在空心HC中。因此,光纖OF內部之輻射的大部分相互作用係與設置於光纖OF之空心HC內部的工作介質WM進行。結果,可增加工作介質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,其優勢可為促進且改善將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之效率。輸入輻射IRD可包含單個頻率或窄頻率範圍。輸入輻射IRD可由雷射產生。類似
地,輸出輻射ORD可準直及/或可為相干的。
輸出輻射ORD之寬帶範圍可為連續範圍,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眾多應用中使用,例如在度量衡應用中使用。舉例而言,連續頻率範圍可用以詢問大量屬性。連續頻率範圍可例如用以判定及/或消除所量測屬性之頻率相依性。超連續光譜輸出輻射ORD可包含例如在100nm至4000nm之波長範圍內的電磁輻射。寬帶輸出輻射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可包含在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之脈衝持續時間可介於10fs與10ps之間,例如300fs。輸入輻射IRD之平均功率可介於100mW至數百W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。可經由調整(泵浦)雷射參數、工作組份WM變化及光纖OF參數來改變及調諧沿著光纖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各者中之一或多者: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)。該等脈衝泵浦輻射源PRS參數可包括以下各者中之一或多者: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參數可包括以下各者中之一或多者:空心HC之光纖長度、大小及形狀;毛細管之大小及形狀;包圍空心HC之毛細管的壁之厚度。該等工作組份WM(例如,填充氣體)參數可包括以下各者中之一或多者: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。寬帶輸出輻射ORD可為脈衝寬帶輸出輻射ORD。寬帶輸出輻射ORD可在輸出輻射之整個波長帶中具有至少0.01mW/nm之功率譜密度。寬帶輸出輻射之整個波長帶中的功率譜密度可為至少3mW/nm。
基於HC-PCF之寬帶輻射源RDS常常存在效能快速降級及壽命短的問題。目前,已識別若干失效機制。第一失效機制為通常由一個或兩個光纖末端上之烴沈積造成的光纖污染。當組裝輻射源時,烴可進入儲集器RSV中。烴亦可由儲集器RSV內部之組件(包括光纖OF自身)的熱排氣產生。
第二失效機制為光纖過熱。白光產生伴隨著經由氣體物種中之原子碰撞及電漿中之重組動力學產生的電離及熱量。在操作期間產生的此種熱量將會升高光纖OF之內包層表面的溫度。然而,對於例如圖7、圖9之(a)或圖9之(b)中所說明的現有HC-PCF,光纖幾何結構不允許進入及高效冷卻內包層波導結構之表面。在無有效熱耗散的情況下,所產生的熱量將在光纖內積聚,尤其在以高重複率脈衝泵送/驅動光纖的情況下,直至光纖過熱且最終損壞。內包層波導結構(例如,諸如圖7、圖9之(a)或圖9之(b)中所說明的管狀毛細管CAP)之表面過熱亦將觸發不想要的化學反應,此可產生排氣且因此導致進一步的污染。
第三失效機制為氫氣誘發的光纖表面還原及玻璃態生長。已發現,在運用含有氫氣之氣體混合物操作基於HC-PCF之寬帶輻射源RDS幾百個小時之後,氧化矽或SiOx奈米結構及鬆軟的玻璃主要生長在光纖之輸出尖端處。二氧化矽生長之主要根源中之一者為在氫電漿存在之情況下內部光纖表面之還原。在氫電漿存在之情況下,還原及蝕刻二氧化矽係已知現象。氫離子及自由基(諸如,原子氫)攻擊內部光纖表面,且藉由將二氧化矽轉化為矽而導致接觸表面還原,或藉由產生揮發性一氧化矽而導致表面蝕刻。二氧化矽在光纖端尖處之生長會導致逐漸阻塞及輸出功率損失,此最終將導致光纖損壞及寬帶輻射源RDS之壽命縮短。
目前,已個別或組合地採取各種措施以減少HC-PCF之降級且因此延長基於HC-PCF之輻射源的壽命。舉例而言,使用較佳清潔方法來清潔基於HC-PCF之輻射源RDS的所有組件,尤其容納於儲集器RSV中之彼等組件。此外,由具有低排氣屬性之材料製成的組件優於由具有高排氣屬性之材料製成的等效物。此外,具有較高熱導率之氣體混合物用以幫助改善HC-PCF內之熱耗散。儘管上述措施在一定程度上有效,但光纖損壞仍難以防止。
由於前述光纖壽命問題,基於HC-PCF之輻射源RDS在僅短操作時段之後便可能無法運作。在基於HC-PCF之光源用於例如上文所提及之散射計、構形量測系統或位置量測系統的度量衡工具中的狀況下,HC-PCF之非預期及/或早期失效意謂將需要自工具移除整個光源以便進行修復或替換。替換損壞/降級之光纖需要重新最佳化泵浦雷射光束至新HC-PCF中之耦合,此為耗時的程序。在將修復或替換之輻射源RDS裝配至同一度量衡工具中之後,需要再次進行自輻射源發射之輻射光束的完全
光學對準以及其他必要校準及特性化。整個程序不僅添加成本,而且造成顯著的系統停工時間。
如上文所描述,在HC-ARF中,包含諸如管狀毛細管CAP之複數個反諧振元件的包層部分用於導引輻射通過空心HC。給定HC-ARF之低損失透射窗形成於光纖諧振之間。在低損失透射窗內,由例如管狀毛細管CAP之反諧振元件支援的包層模式不與芯模式相位匹配,亦即,芯模式與包層模式為反諧振的,此確保芯模式主要在空心HC內傳播。而在每一光纖諧振帶內,芯模式與包層模式相位匹配,亦即,芯模式與包層模式為諧振的,此導致芯模式與反諧振元件之強耦合。因此,光之對應部分不再在空心HC中導引。芯模式與周圍玻璃結構之強耦合可加重上述過熱問題且因此縮短光纖壽命。因此,為了減少芯模式與包層結構之間的相互作用,需要最佳化輸出光譜使得其與光纖諧振之重疊被最小化。
對於典型的HC-ARF,諸如圖7、圖9之(a)或圖9之(b)中所展示之彼等HC-ARF,光纖諧振之光譜位置由芯壁厚度(例如,管狀毛細管之厚度)及周圍包層結構之幾何形狀(例如,管狀毛細管之配置)判定。無法消除光纖諧振且必須對光纖諧振進行管理以便針對給定光譜頻寬而最佳化。一旦已製作光纖,幾何形狀及芯壁厚度以及HC-PCF材料便無法改變。改變光纖諧振之位置需要改變前述光纖參數中之一或多者,且因此使用不同光纖。在控制製作後光纖諧振上缺乏靈活性對光纖製作程序提出了嚴格的要求,此不可避免地導致較高製造成本。
現有的基於HC-PCF之寬帶輻射源RDS通常係基於單光纖組態,例如圖8中所展示之實例。為了滿足日益增長之大頻寬需求,需要具有橫跨例如自深紫外線(UV)至近紅外線(NIR)之光譜頻寬之多倍頻程的
HC-PCF。然而,此類大頻寬HC-PCF極難以製作且需要精確控制光纖製作程序,此限制生產良率且增加製造成本。
下文所描述之實施例係關於能夠緩解前述短壽命問題及/或同時允許調諧或最佳化輸出輻射之光譜特性(例如,輸出光譜之頻寬及/或位置)之所要靈活性的方法及設備,該等光譜特性係現有的基於單光纖之輻射源RDS無法達成的。該方法之核心概念為使用以所要方式配置之多於一個光纖OF,例如HC-PCF,使得在當前光纖OF可自動及/或快速地替換為具有與當前光纖OF大體上相同之光纖參數或其他不同光纖參數的新光纖時,獲得不同輸出特性,例如不同光纖諧振及/或光譜頻寬。此方法允許多個光纖OF以自動且非侵入性方式切換,且因此無需遵循現有的耗時光纖替換程序,例如自儲集器RSV移除當前光纖OF,將新的光纖OF置放至儲集器中且將輸入輻射耦合至新的光纖OF中。
在所有實施例中,光纖總成中之光纖數目可包含例如2至100個光纖、2至50個光纖、2至30個光纖、5至100個光纖、5至50個光纖、5至30個光纖、10至100個光纖或10至50個光纖。配置可為1維(1D)陣列、2D陣列、不規則的1D或2D配置、圓形配置或任何其他配置。光纖可全部大體上類似,或至少一或多個子集可包含不同屬性。
圖10(a)示意性地說明根據一實施例之包含光纖(例如,單環HC-PCF)之二維(2D)陣列的矩形光纖總成FAA1。在所展示之特定實施例中,光纖總成FAA1可為多芯微結構化光纖,其包含總數為25個分離的HC-PCF芯OF1至OF25。25個分離的空心HC可形成於單個支撐部分SP內。應注意,光纖總成FAA1可包含任何數目及/或任何類型之光纖OF,其可基於應用需求及/或實施實務性而判定。
兩個相鄰空心HC之中心之間的空間距離SD可至少大於支撐或直接接觸(六個)管狀毛細管之每一HC-PCF的支撐部分SP之內徑ds。因而,可在空間上分離任何兩個HC-PCF。在一些實施例中,任何兩個HC-PCF之間的空間距離SD可足夠大,使得鄰近光纖OF可較少或不受例如自相鄰光纖OF產生之排氣及/或玻璃態(二氧化矽)生長影響。空間距離SD可為例如每一HC-PCF之支撐部分的內徑ds之高達2倍、高達3倍、高達4倍或高達5倍。
圖10(b)示意性地說明根據一實施例之包含光纖OF(例如,單環HC-PCF)之二維(2D)配置的圓形光纖總成FAA2。在此特定實例中,光纖總成FAA2包含以單環幾何形狀配置之總計六個HC-PCF OF1至OF6。應瞭解,在不同實施例中,圓形光纖總成FAA2可包含光纖OF之多個同心環。在每一光纖環上,可存在任何數目個光纖OF,其可基於應用需求及/或實施實務性而判定。包含於每一光纖環中之所有光纖OF至光纖總成FAA2之軸線AX的徑向距離皆相同。類似於圖10(a)中所展示之實施例,兩個相鄰空心HC之中心之間的空間距離SD可至少大於支撐(六個)管狀毛細管或與其直接接觸之每一HC-PCF的支撐部分之內徑ds。空間距離SD可為例如每一HC-PCF之支撐部分的內徑ds之高達2倍、高達3倍、高達4倍或高達5倍。
可使用諸如所謂的堆疊及拉伸技術之標準多芯光纖製作技術來製造圖10(a)及圖10(b)中所展示之光纖總成FAA1、FAA2兩者。此三步(或多於三步)程序包含:將多個玻璃管堆疊成玻璃預形體,將預形體下拉成具有較小橫向尺寸之坯棒(cane)且將坯棒進一步拉成光纖。由多個空心光纖組成之光纖總成可基於此方法之變體直接製作,更具體而言,藉由
包括在光纖拉伸之前將坯棒堆疊在一起的額外步驟來製作。
替代使用基於直接製作之多芯微結構化光纖的光纖總成,其他類型之光纖總成可基於組裝複數個個別單芯光纖。此等光纖總成可具有允許更靈活地選擇光纖且避免直接製造單個多芯微結構化光纖之一些製作困難的優勢。
圖11(a)及圖11(b)分別說明根據一實施例之使用個別單芯光纖的1D光纖總成FAA3及2D光纖總成FAA4。光纖總成FAA3、FAA4可藉由將複數個個別單芯光纖OF(例如,HC-PCF)組裝在一起及將該等光纖配置成光纖陣列而獲得。可取決於應用而靈活地選擇光纖陣列之大小且因此靈活地選擇光纖OF之總數。
參看圖11(a),光纖總成FAA3可包含具有(在此特定實例中)五個光纖OF1至OF5之1D光纖陣列。五個光纖OF1至OF5可為五個HC-PCF且視情況可源自單個HC-PCF,且因此擁有大體上相同的光纖屬性。替代地,五個HC-PCF可能來自兩個或多於兩個不同HC-PCF,且因此HC-PCF中之至少兩者可擁有不同光纖屬性。五個HC-PCF可由具有v形溝槽之1D陣列的V形溝槽安裝件VG以及光纖夾具CP固持。每一V形溝槽可固持單個光纖。當夾具CP固定於V形溝槽安裝件VG之頂部上時,其可與五個HC-PCF實體接觸且可對該等HC-PCF施加合適的夾持力。夾持力之強度可藉由改變V形溝槽之深度來調整。夾持力可藉由推動每一HC-PCF抵靠各別V形溝槽之壁來將該HC-PCF固定於適當位置。在一些實施例中,光纖套管可用於夾具CP與光纖接觸之位置中,以便減小或最小化光纖中由夾持力誘發之應力。
參看圖11(b),光纖總成FAA4可包含具有(在此特定實例中)
十個光纖OF1至OF10之2D光纖陣列。十個光纖OF1至OF10可為可源自單個HC-PCF且因此擁有大體上相同的光纖屬性的十個HC-PCF。替代地,十個HC-PCF可來自兩個或多於兩個不同HC-PCF,且因此一些光纖可擁有大體上相同的光纖屬性,而其他光纖可擁有不同光纖屬性或所有光纖皆可不同。舉例而言,頂部列中之五個HC-PCF OF1至OF5可具有一種光纖結構,而底部列中之五個HC-PCF OF6至OF10可具有不同光纖結構。取決於應用,其他不同光纖組合可用於光纖總成FAA4中。十個HC-PCF可由具有v形溝槽之對應2D陣列的V形溝槽安裝件VG'以及兩個光纖夾具CP固持。每一V形溝槽可固持單個光纖。兩個光纖夾具可分別附接至V形溝槽安裝件VG'之頂表面及底表面,以便將所有光纖OF1至OF10固定於適當位置。
應注意,上文所描述之1D或2D V形溝槽安裝件僅為實例光纖固持器;其他不同類型之光纖固持器可同樣適用。在一些實施例中,包含圓柱形孔之1D或2D陣列的單個玻璃基板可用作光纖陣列固持器。圓柱形孔中之每一者可固持單個光纖OF,例如HC-PCF。在所有光纖分別經置放至圓柱形孔中之後,該等光纖可藉助於例如雷射接合或黏著劑固定至其各別圓柱形孔。
圖12示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成FAA以及第一單輸入光束組態的寬帶輻射源RDS1。光纖總成FAA可例如為上文所描述之光纖總成FAA1至FAA4中之任一者。在操作中,HC-PCF中之一者(例如,OF3)可與輻射源RDS之光軸對準。在儲集器RSV內,輻射源RDS之光軸可為輸入輻射IRD之光束路徑。在一些實施例中,光纖總成FAA之HC-PCF中之僅一者可用以在任何給定時間產生寬帶輻射。在當前HC-
PCF已達到其壽命(例如,效能已降級至某一臨限位準,損壞已發生)或需要不同輸出特性時,相鄰或選定新HC-PCF(例如,OF4)可藉由相對於輸入輻射IRD之(例如,固定)光束路徑(豎直地)平移光纖總成FAA而(例如,自動地)置放至輸入輻射IRD之光束路徑中。在光纖總成FAA2用於輻射源RDS1中之狀況下,相鄰或選定新HC-PCF(例如,OF4)可藉由使光纖總成FAA2繞其軸線AX旋轉而(例如,自動地)置放至輸入輻射IRD之光束路徑中。替代地或另外,纖芯切換亦可藉由相對於(例如,固定)光纖總成FAA移位輸入輻射IRD之光束路徑而達成。在一些實施例中,可一起調整輸入輻射IRD之光束路徑及光纖總成FAA之位置或定向兩者以便達成纖芯切換。
參看圖12,在僅經由光纖總成FAA之平移達成纖芯切換的狀況下,光纖總成FAA可安裝於包含一或多個致動器(例如,電磁致動器)之載物台模組(未圖示)上。載物台模組可向光纖總成FAA提供多個(例如,六個)自由度移動。在使用線性1D光纖陣列之此特定實施例中,載物台模組可包含提供X、Y及Z方向上之精確移動的三個線性運動致動器及提供在矢狀面(圍繞X方向Rx傾斜)及切平面(圍繞Z方向Rz傾斜)中之精確角度傾斜的兩個旋轉致動器。X、Y及Z方向係相對於圖12中所展示之座標系統來定義。線性致動器可提供例如小於或等於一微米之空間解析度,且旋轉致動器可具有例如小於或等於一微弧度之角解析度。行程及角度傾斜範圍可足夠大以覆蓋光纖總成FAA中之所有光纖。在一些實施例中,除了高精度線性致動器以外,載物台模組亦可進一步包含負責低精度但長距離移動之粗動致動器。當需要替換光纖總成FAA時(例如,當所有光纖損壞或降級時),粗動致動器可用以確保新光纖總成FAA與輸入輻射IRD之光
束之間的相對位置差在高精度線性致動器之行程範圍內。
每當需要替換當前光纖OF時,輸入輻射IRD可至少部分地藉助於例如光束擋塊阻擋。載物台模組可平移光纖總成FAA,以便大體上對準新光纖OF之空心HC與輸入輻射IRD之光束路徑。移動距離可基於任何兩個相鄰纖芯之間的空間間隔來預定。一旦新光纖OF移動至目標位置,便可允許衰減的或全輸入輻射IRD進入新光纖之空心HC,且可產生寬帶輸出輻射ORD。隨後,輻射源RDS1可進入輸入耦合最佳化模式,其中輸入輻射IRD與新光纖之空心HC之間的耦合得以最佳化。可藉由監測輸出輻射之某些光學特性(例如,輸出輻射ORD之光譜及/或功率)同時調整光纖總成FAA之位置來評估輸入耦合最佳化。
最佳化常式可涉及例如在X、Y及Z方向上依序地精細掃描光纖總成FAA之位置。舉例而言,可命令載物台模組以首先在X-Z平面中掃描光纖總成FAA之位置,以最佳化輸入輻射IRD與空心HC之間的橫向重疊。隨後,可命令載物台模組以在Y方向上掃描光纖總成FAA之位置,以最佳化輸入輻射IRD至空心HC中之聚焦位置。在一些實施例中,可命令載物台模組以使光纖總成FAA在Rx及/或Rz方向上傾斜,以便進一步最佳化輸入輻射IRD之光纖耦合。一旦輸入耦合最佳化完成,輻射源RDS1便可進入正常操作模式,其中光纖總成FAA之位置為固定的。應注意,當裝設新的光纖總成FAA時,輸入耦合最佳化可能僅進行一次。在初始輸入耦合最佳化之後,可重複地進行後續纖芯切換而無需進一步最佳化。然而,可在需要時隨時重複輸入耦合最佳化(例如,出於故障發現目的)。舉例而言,當自新光纖產生之輸出輻射ORD的光學特性(例如,光譜及/或功率)顯著不同於預定義值或由先前相同光纖在其降級/損壞之前產生的彼等
值時,輸入耦合最佳化可用以驗證效能損失是否係由於輸入輻射IRD之光纖耦合而造成的。
在一些實施例中,包含於光纖總成FAA內之所有光纖OF可具有大體上相同的光纖屬性且因此導致大體上相同的輸出光學特性。在當前光纖已損壞或瀕臨損壞(例如,由現有效能降級判斷)時,可起始纖芯切換。由於HC-PCF通常被視為基於HC-PCF之寬帶輻射源RS的壽命限制組件,因此包含特定光纖結構之多個複本(例如,5個複本)之冗餘集合的光纖總成FAA可顯著地延長(例如,5倍)輻射源RS之總壽命。
在不同實施例中,光纖OF中之一些或全部可具有不同光纖屬性/結構,此導致不同輸出光學特性。在例如圖10(a)之總成FAA1的2D光纖總成用於圖12之輻射源RDS1中的狀況下,每一行中之光纖OF可具有大體上相同的光纖屬性,而每一列中之光纖OF可具有不同光纖屬性。可按自訂方式配置一列中之光纖之間的光纖屬性差異,使得來自不同纖芯中之每一者或一者的輸出光學特性可最佳化及/或與來自其他光纖之彼等輸出光學特性互補。
在一實施例中,每一行中之HC-PCF可具有大體上相同的光纖屬性,該等光纖屬性可能不同於不同行中之光纖的彼等光纖屬性,以便提供具有不同輻射特性之輻射。因而,自特定行中之光纖產生的輸出輻射可在特定光譜範圍內最佳化。舉例而言,來自第一行(例如,圖12中之光纖總成FAA的最左行)之輸出輻射ORD可在200nm與800nm之間的光譜範圍中最佳化,第二行(亦即,緊鄰第一行之行)中之光纖可在600nm與1200nm之間的光譜範圍中最佳化,第三行中之光纖可在1000nm與1600nm之間的光譜範圍中最佳化,第四行中之光纖可在1400nm與2000nm之間的
光譜範圍中最佳化,第五行中之光纖可在1900nm與2500nm之間的光譜範圍中最佳化。應注意,可使用任何其他數目個光纖同樣達成相同光譜覆蓋範圍,例如200nm至2500nm,該數目可為例如2、3、4或6。
在此自訂光纖配置中,可藉由在不同行中之光纖之間依序切換來獲得寬光譜覆蓋範圍,例如200nm至2500nm,且可藉由在不同列中之光纖之間依序切換來延長總光纖壽命。在此狀況下,纖芯切換可由度量衡工具或操作者所發送之命令起始且由寬帶輻射源RDS1之控制系統啟用,該控制系統控制例如光纖總成FAA之移動。此配置對於需要但不同時需要多個不同光譜帶之應用可為較佳的。由於此自訂配置可允許每一光纖針對特定光譜範圍/帶而最佳化,因此來自每一光纖之輸出輻射可能不與由光纖結構判定之光纖諧振帶重疊,例如芯壁厚度及/或芯直徑。較少或無輕質玻璃(例如,包層結構)重疊意謂包層結構內部之熱量較少且因此光纖之壽命較長。
在需要自光纖總成FAA同時而非依序提供例如200nm至2500nm之寬光譜覆蓋範圍的狀況下,可在空間上將輸入輻射IRD分成多個分離光束,其中之每一者隨後聚焦至一列內之不同光纖中。具有多個不同光譜帶之輸出輻射ORD之多個光束可接著在空間及時間上重組成單個寬帶輸出光束。圖13示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成FAA的寬帶輻射源之多光束組態。光纖總成FAA可同時由輸入輻射IRD之多個光束泵送。光纖總成FAA可例如為上文所描述之光纖總成FAA1至FAA4中之任一者。
當在諸如圖13之源RDS2的輻射源中,光纖總成包含2D光纖總成(例如,圖10(a)之總成FAA1)時,可藉由使輸入輻射IRD傳遞通過
光束分光配置BSA來產生多個(例如,五個)輸入光束IB1至IB5之1D陣列。光束分光配置BSA可包含例如個別光束分光器之陣列,例如平行玻璃板。光束分光器中之每一者可具有針對輸入輻射IRD之光譜帶之所要分裂比而最佳化的合適光學塗層。五個輸入光束IB1至IB5可具有大體上相同的光學特性,且可藉助於第一聚焦配置FS1分別聚焦至光纖總成FAA1之某一列的五個空心HC(例如,頂部列中之OF1至OF5)中。第一聚焦配置FS1可置放於光束分光配置BSA與第一透明窗TW1之間。在輸出端處,第二聚焦配置FS2可用以使輸出輻射ORD之五個光束準直,且光束組合配置BCA可用以在空間上將輸出輻射ORD之五個光束重組成單個輸出光束。光束組合配置BCA可包含例如經配置以將輸出輻射ORD之光束中之每一者導向同一輸出光束路徑的五個反射鏡面。反射鏡面中之每一者可具有針對由該鏡面導向之輸出光束之光譜帶而最佳化的高度反射塗層。另外或視情況,光學延遲配置可置放於第二聚焦配置FS2與光束組合配置BCA之間,以補償或自訂輸出輻射之不同光束之間的光學延遲。
在一些實施例中,聚焦配置FS1、FS2可包含個別光學透鏡之1D或2D陣列。在不同實施例中,聚焦配置FS1、FS2可包含1D或2D微透鏡陣列,該陣列包含在單個光學基板中製作之微透鏡陣列。在其他不同實施例中,聚焦配置FS1、FS2可包含空間光調變器,諸如包含可個別控制微鏡之1D或2D陣列的數位微鏡裝置(DMD)。微鏡中之每一者可包含經組態以將輸入光束中之一者聚焦至空心中之一者中的合適曲率半徑。使用例如DMD之空間光調變器作為聚焦配置FS1、FS2,圖13之輻射源RDS2可能不僅允許用輸入輻射IRD之單個光束依序地泵送光纖總成FAA之多個空心HC,而且允許用多個輸入光束之陣列同時泵送光纖總成FAA之多個
空心HC。當輻射源RDS2用於前述度量衡工具中之任一者中時,可達成具有不同光譜帶及數值孔徑之多個照明光束以便提供樣本之不同部分及/或不同光譜帶中的同時照明。
如上文所描述,可藉由相對於輸入輻射IRD之光束平移光纖總成FAA及/或相對於光纖總成FAA移位輸入輻射IRD之光束來達成纖芯切換。圖14示意性地說明包含根據一實施例之光纖總成FAA以及第二單輸入光束組態的寬帶輻射源RDS3。不同於圖12中所展示之第一組態,在第二組態中,輸入輻射IRD之光束可相對於光纖總成FAA移位。可藉助於第一光束移位器OBS1來達成輸入光束之空間移位。在一些實施例中,第一光束移位器OBS1可包含例如至少一個平面-平面平行玻璃板。平面-平面平行玻璃板可具有光學輸入表面及光學輸出表面,其兩者均大體上扁平且大體上平行於彼此。平面-平面平行玻璃板可僅使光束位移而不會對輸入輻射IRD之光束造成指向改變。光束位移之量可取決於形成於輸入光束與光學輸入表面之間的輸入角。當平面-平面平行玻璃板經配置以使得光學輸入表面(及光學輸出表面)垂直於輸入輻射IRD之輸入光束時,亦即,輸入角為90°時,其可能不會造成輸入光束之光束位移或造成可忽略位移。然而,當輸入角由於玻璃板相對於輸入光束(例如,繞圖12中之X軸)旋轉而遠離90°時,可產生輸入光束之空間位移,例如在Y-Z平面中。空間位移之量可與新角度位置與非位移角度位置(亦即,輸入角為90°)之間的角度差成比例。平面-平面平行玻璃板之輸入表面及輸出表面可具有在中輸入輻射IRD之光譜範圍內抗反射的塗層。
在例如圖11(a)之光纖總成FAA3的1D光纖總成用於圖14之輻射源RDS3中的狀況下,諸如單個平行玻璃板之1D光束移位元件可用以
使輸入輻射IRD之光束豎直地或在由Y及Z方向界定之平面中移位。藉由改變平行玻璃板之旋轉角度,輸入輻射IRD之光束路徑可移位,例如自第一光束路徑BP1至第二光束路徑BP2且隨後至第三光束路徑BP3。平行玻璃板可安裝於能夠提供高精度旋轉移動之旋轉致動器上。平行玻璃板之角度位置可基於光纖總成FAA3之兩個相鄰纖芯之間的空間間隔及第一光學透鏡OL1之放大率而預定。每當需要替換當前光纖OF時,輸入輻射IRD可至少部分地藉助於例如光束擋塊阻擋。旋轉致動器可旋轉平行玻璃板以便確保沿著新光束路徑傳播之輸入輻射IRD的光束與新光纖OF之空心HC大體上對準。舉例而言,當輸入輻射IRD之光束路徑自第一光束路徑BP1改變至第二光束路徑BP2時,新光纖OF3而非先前光纖OF1接著用以產生寬帶輸出輻射ORD。
一旦輸入輻射IRD之光束處於目標光束路徑中,便可允許衰減的或全輸入輻射IRD進入新光纖之空心HC。隨後,輻射源RDS3可進入輸入耦合最佳化模式,其中輸入輻射IRD與新光纖之空心HC之間的耦合得以最佳化。可藉由監測輸出輻射之某些光學特性(例如,光譜及/或功率)同時調整輻射源RDS3之一或多個組件來評估輸入耦合最佳化。在一些實施例中,輸入耦合最佳化可涉及例如在X、Y及Z方向上精細掃描輸入光束相對於纖芯之位置。另外或視情況,最佳化常式亦可涉及第一光學透鏡OL1之傾斜(例如,圍繞X方向Rx傾斜、圍繞Z方向Rz傾斜),以便調整或最佳化輸入光束之指向及/或第一光學透鏡OL1之平移(例如,沿著Y方向),從而調整或最佳化輸入光束至纖芯中之聚焦位置。類似於圖12之實施例,當裝設新光纖總成FAA時,輸入耦合最佳化可能僅進行一次。在初始輸入耦合最佳化之後,可重複地進行後續纖芯切換而無需進一步最佳化。然
而,可在需要時隨時重新啟動輸入耦合最佳化(例如,出於故障發現目的)。
如圖14中所展示,輻射源RDS3可包含第二光束移位器OBS2,該第二光束移位器亦可包含安裝於旋轉致動器上之至少一個平面-平面平行玻璃板。平面-平面平行玻璃板可具有在輸出輻射ORD之光譜範圍內抗反射的塗層。第一光束移位器OBS1之旋轉致動器及第二光束移位器OBS2之旋轉致動器可組合地移動至對應的各別新角度位置,該移動旨在基於哪些下游光學件(例如,度量衡工具中之光學件)可對準而使輸出輻射之光束返回預設或所要光束路徑。預設或所要光束路徑可例如在輸出輻射用於度量衡工具中之狀況下由該工具中之光學對準判定及/或在輸出輻射耦合至輸出遞送光纖中之狀況下由輸出遞送光纖之位置判定。當輸入耦合最佳化完成時,輻射源RDS3可進入輸出耦合模式,其中輸出光束之位置可最佳化。在一些實施例中,輸出耦合最佳化可包含例如精細調整第二光束移位器OBS2,例如藉由傾斜及/或平移第二光學透鏡OL2。
其中T為平面-平面平行板之厚度且θ為相對於平面-平面平行板法線之入射角。由於光譜範圍較寬,因此低分散度尤其在輸出側處可為有利的。
在不同實施例中,第一光束移位器OBS1及第二光束移位器
OBS2中之任一者或兩者可包含一或多個檢流計掃描器或壓電鏡,其中反射鏡之矢狀面及切平面以次微米解析度進行控制。依序使用兩個或多於兩個此類鏡面可允許光束與光纖總成中之特定中空光纖的完全對準。
繼續參看圖14,在例如圖10(a)之光纖總成FAA1的2D光纖總成用於輻射源RDS3中之狀況下,第一光束移位器OBS1可包含兩個平面-平面玻璃板,例如第一板及第二板。第一板可圍繞第一軸線旋轉且第二板可圍繞第二軸線旋轉,其中第一軸線及第二軸線可垂直於彼此且形成平行於光纖總成FAA之輸入琢面的平面。在較佳實施例中,光纖總成FAA之輸入琢面可垂直於輸入輻射IRD之光束。舉例而言,繼續參看圖14,第一玻璃板可經配置以水平地或繞Z軸旋轉;且第二玻璃板可經配置以豎直地或繞X軸旋轉。第一玻璃板可置放於第二玻璃板下游或上游。下游玻璃板在輸入光束被上游玻璃板移位所沿的方向上可足夠大。因而,無論上游玻璃板旋轉多大角度,下游玻璃板皆將能夠捕獲經位移之輸入光束。
在其他實施例中,光纖總成FAA(例如,FAA1、FAA2、FAA3或FAA4)可允許使用不同氣體介質或真空對每一個別纖芯選擇性地加壓。每一個別纖芯之選擇性加壓可例如藉由在每一光纖之支撐部分中建立將纖芯連接至不同氣體供應器的一或多個氣體通道來達成。替代地,此等實施例可包含使用HC-PCF,其不包含於氣胞內但具有個別地封圍(例如,密封)於HC-PCF內的氣體介質。此組態可在控制輸出輻射ORD之光學特性上提供額外靈活性。
圖15說明包含多光纖堆疊配置之光纖總成的另一實施例。該圖以截面展示光纖導引件FG內之數個光纖OF。相比於多個光纖OF個別地組裝於1D或2D帶槽安裝件中之組態(諸如,圖11(a)及圖11(b)中所展示
之實例),基於光纖堆疊之組態允許更多光纖被置放於給定體積內。此具有兩個優勢:經由增加冗餘之較長氣胞壽命,及較小間距,此減小光束調整範圍及速度。在圖15之實施例中,光纖夾持可藉由機械夾持來達成,例如藉由形成光纖導引件FG之兩個或多於兩個機械部件。替代地或另外,光纖夾持可藉由將光纖末端膠合、熔合或(雷射)熔接LW至彼此來達成。
對於許多應用,例如需要清潔操作環境或涉及UV輻射之彼等應用,使用光纖藉由黏膠夾持或固定之多光纖堆疊配置可能為不利的。此係因為黏膠傾向於排氣,此導致污染,且黏膠在UV曝光下可能降解,從而導致光纖漂移。此外,黏膠亦可能會在光纖中產生非想要且變化的應力,藉此導致效能在壽命期間改變或操作條件改變。儘管成功地避免了排氣污染及UV誘發降解問題,但使用熔合或熔接夾持光纖堆疊為極耗時的,尤其在多光纖堆疊配置包含大量光纖時。
機械夾持能夠避免污染及UV誘發降解問題,且同時可快速實施。經由研究,本發明人已發現,可使用滿足以下三個準則之多光纖堆疊配置或組態來獲得光纖堆疊之穩固且穩定的機械夾持。第一此類準則為多光纖堆疊配置中之每一光纖具有所界定夾持,此意謂每一光纖具有兩個支撐點(或接觸點)。若光纖在多光纖堆疊配置中具有多於兩個支撐點,則此光纖之夾持為過度界定的。在光纖具有多於兩個支撐點或其夾持經過度界定之狀況下,光纖之支撐點中之至少一者上的力向量變得不確定且取決於光纖及光纖固持器之公差。相比之下,若光纖具有少於兩個支撐點,則光纖之夾持為界定不足的。在光纖具有少於兩個支撐點或其夾持為界定不足的此狀況下,此光纖未被正確地夾持。
第二準則為每一光纖所經受之所得或組合力向量與形成於
光纖之兩個支撐點(或接觸點)之間的線相交。
第三準則為夾持力不超過每一光纖(例如,直接施加有夾持力之頂部光纖)所容許之最大力。此最大力由對應力及模式匹配之光纖穩固性來判定。換言之,最大力可使得當施加至光纖時,光纖之屬性及自光纖發射之輻射之光學特性大體上不變。夾持力亦可足夠強使得每一光纖經受足以牢固地夾持位於光纖堆疊之底部處之彼等光纖的力。
用於以機械方式夾持光纖堆疊之現有方法並不滿足前述準則且因此常常導致不穩定的光纖夾持。當此不穩定夾持之光纖堆疊用於以上實施例(例如,圖12至圖14中所展示之實施例)中之任一者中時,其將引起輸入輻射IRD之次佳耦合,藉此導致光纖損壞或輸出輻射ORD之效能降級。圖16(a)及圖16(b)示意性地描繪以機械方式夾持之兩個實例光纖堆疊配置。在兩個實例光纖堆疊配置FSA1、FSA2中,藉由結合光纖夾具使用光纖固持器來達成機械夾持,當光纖固持器與光纖夾具組合在一起時形成中空光纖通道。兩個實例配置包含不同光纖固持器(且因此包含不同光纖夾具)且支撐不同數目個光纖。出於描述工作原理及相關聯問題之目的,簡化兩個實例配置以僅展示光纖固持器。光纖夾具由夾持力F表示。
參看圖16(a),光纖堆疊配置FSA1之光纖固持器1 FH1固持七個光纖OF1至OF7。夾持力F直接施加至光纖1 OF1上。夾持力F接著經由各種接觸點或支撐點(如由實心點所指示)自頂部光纖(例如,光纖1 OF1)傳送至底部光纖(例如,光纖4 OF4),該等接觸點或支撐點形成於鄰近光纖OF1至OF7之間或光纖與光纖固持器1 FH1之內壁之間。舉例而言,夾持力F分別經由接觸點1 CP1、接觸點2 CP2及接觸點3 CP3經光纖1 OF1傳送至光纖6 OF6、光纖7 OF7及光纖2 OF2。由於光纖1 OF1具有三
個支撐點或接觸點CP1至CP3,因此其夾持經過度界定且因此不穩定。此係因為彼等三個接觸點上之力向量高度取決於三個接觸光纖OF2、OF6、OF7之製造公差且因此對其敏感。舉例而言,對於具有100μm至300μm之標稱直徑(在移除外部塗層之後)的HC-PCF,光纖直徑之典型製造公差為約±3μm。光纖固持器FH1之製造公差通常在±5μm至±10μm之範圍內(取決於成本)。
若例如光纖2 OF2之尺寸過小(例如,具有小於標稱直徑之光纖直徑),則光纖1 OF1主要或完全由光纖6 OF6及光纖7 OF7分別經由接觸點1 CP1及接觸點2 CP2支撐。在此狀況下,光纖2 OF2幾乎不觸碰或甚至完全與光纖1 OF1分開。因而,接觸點3 CP3上之力向量可忽略或為零。由於無夾持力或可忽略的夾持力經由接觸點3 CP3被傳送至光纖2 OF2,因此光纖2 OF2經由接觸點4 CP4鬆動地擱置於光纖3 OF3之頂部上。光纖2 OF2可在以下兩者之間擺動:與光纖7 OF7之接觸點,及與光纖固持器1 FH1之內壁的接觸點。因此,光纖2 OF2之夾持為界定不足的且鬆動。同樣地,若光纖6 OF6或光纖7 OF7之尺寸過小,則與光纖1 OF1之對應接觸點(例如,接觸點1 CP1、接觸點2 CP2)將具有可忽略或零力向量,且光纖將被鬆動地夾持。類似鬆動或不穩定夾持亦可由光纖中之一些尺寸過大引起。由於光纖堆疊配置FSA1中之光纖OF1至OF7的夾持經過度界定或界定不足,因此有必要對光纖及光纖固持器之製造公差提出高要求以便確保穩定且穩固的光纖夾持。
圖16(b)示意性地說明另一光纖堆疊配置FSA2。在此實例配置中,光纖固持器2 FH2支撐六個光纖OF8至OF13之堆疊。除光纖11 OF11以外的所有光纖皆由兩個接觸點支撐。光纖11 OF11僅由一個接觸點
支撐,亦即,接觸點9 CP9。為了以機械方式夾持此光纖堆疊,夾持力F直接施加至頂部光纖(亦即,光纖8 OF8)上。由於光纖8 OF8由接觸點5 CP5及接觸點6 CP6支撐,因此在此等兩個接觸點中之每一者上的力向量為光纖8 OF8所經受之力向量的一半。光纖8 OF8被穩定地支撐。即使光纖13 OF13及光纖9 OF9兩者均由兩個接觸點支撐,其力向量仍僅指向單個接觸點,例如分別為接觸點7 CP7及接觸點11 CP11。更具體而言,在光纖13 OF13之狀況下,其自光纖8傳送之力向量僅指向接觸點7 CP7,導致接觸點8 CP8未界定(或具有可忽略或零力向量)。同樣地,光纖9 OF9之力向量僅指向接觸點11 CP11,導致接觸點10 CP10未界定(或具有可忽略力向量)。因此,光纖11 OF11不經受夾持力且因此未被正確地夾持。當光纖11 OF11之尺寸過小(例如,具有小於標稱直徑之光纖直徑)時,夾持穩定性會惡化,此係因為其可因此在光纖13與光纖9 OF9之間擺動。當此光纖堆疊配置用於以上實施例(例如,圖12至圖14中所展示之實施例)中之任一者中時,光纖位置之不確定性將導致潛在光纖損壞。
為了同時滿足上文所提及之三個準則,多光纖堆疊配置可經組態以使得任何兩個鄰近光纖之間的中心距離以自下而上方式減小(亦即,對於每一列,自下而上)。圖17(a)示意性地說明根據一實施例之經改善之光纖堆疊配置。經改善之光纖堆疊配置I-FSA可包含光纖固持器I-FH及光纖夾具(未圖示)。為簡單起見,光纖夾具之作用由夾持力F表示。應注意,該圖為光纖堆疊配置之截面圖。在一些實施例中,其光纖固持器I-FH及光纖夾具可沿著光纖OF31至OF38之軸向軸線延伸且覆蓋光纖之全長。在不同實施例中,光纖固持器I-FH及光纖夾具可能未覆蓋光纖之全長,而是僅應用於光纖之兩個末端區段中之每一者處。在其他不同實施例
中,光纖固持器I-FH及光纖夾具可能僅應用於一個末端區段處,例如應用於光纖之與輸入輻射IRD耦合的輸入末端區段上。舉例而言,在此實施例中,光纖固持器I-FH及光纖夾具之長度可具有介於10mm與50mm之間的最大長度及/或介於2mm與5mm之間的最小長度;例如,此長度可在5mm與50mm之間或介於5mm與20mm之間或介於5mm與10mm之間的範圍內。
為了避免邊緣效應引起的應力集中,可避免夾持光纖之最末端(光纖尖端),且光纖固持器I-FH及光纖夾具應用於距離光纖尖端小距離處。此距離可使得在0.1mm與5mm之間、0.2mm與5mm之間、0.5mm與5mm之間或0.5mm與2mm之間的光纖尖端區段未被夾持。因而,在夾持描述為應用於末端區段處之情況下,應瞭解,在此上下文中,此「末端區段」可排除最末端處之光纖尖端區段(亦即,該或每一末端區段並不一直延伸至光纖尖端)。類似地,覆蓋光纖之全長的夾持亦可理解為不覆蓋任一末端處之此等光纖尖端區段。
在此實施例中,光纖固持器可包含多層(例如,兩層)結構,其中上部(或第二)層級之寬度寬於下部(或第一)層級之寬度,例如,D2>D1。在此上下文中,寬度可定義為同一層級上兩個面向內部之壁之間的距離,例如,寬度D1為第一層級上之IW1與IW2之間的距離。在每一層級處,內壁(例如,內壁1 IW1、內壁2 IW2)可大體上垂直於基座(例如,B1)。此光纖固持器亦可被視為包含多層(例如,兩層)矩形溝槽。所得光纖堆疊可包含四個堆疊層級,其中光纖OF34、OF35在第一堆疊層級(或底部層級)上,光纖OF33、OF38、OF36在第二堆疊層級上,光纖OF37、OF32在第三堆疊層級上,且光纖31 OF31在第四堆疊層級(或頂部
層級)上。經改善之光纖固持器I-FH的第一層級之寬度D1可比標稱光纖直徑d大例如2.7之第一比例因數倍;而經改善之光纖固持器I-FH的第二層級之寬度可比標稱光纖直徑d大介於3.5與3.9之間、3.6與3.8之間、3.65與3.75之間、3.69與3.71之間或例如3.7的第二比例因數倍。光纖固持器I-FH之尺寸與光纖標稱直徑之間的此等關係可確保同一層級上之兩個鄰近光纖之間的中心距離以自下而上方式減小。舉例而言,光纖34 OF34與光纖35 OF35之間的中心距離d1可大於光纖36 OF36與光纖38 OF38之間或光纖38 OF38與光纖33 OF33之間的中心距離d2,該中心距離又可大於光纖37 OF37與光纖32 OF32之間的中心距離d3。在圖17(a)之實施例中,光纖34 OF34與光纖35 OF35之間的中心距離d1可比標稱光纖直徑d大例如1.7之第三比例因數倍。
在一實施例中,光纖OF31至OF38中之每一者可由兩個接觸點支撐,且每一光纖之所得或組合力向量可與形成於其兩個接觸點之間的線相交。舉例而言,光纖OF31、OF32、OF33、OF36、OF37中之每一者可經受自上部光纖傳送之單個力向量(例如,光纖36 OF36可經受自光纖37 OF37傳送之力向量)。在此等狀況下,每一光纖(例如,OF31)之單個力向量(例如,F31)直接與形成於同一光纖(例如,OF31)之兩個接觸點(例如,CP31及CP32)之間的虛線相交。
相比之下,光纖OF34、OF35、OF38中之每一者可與兩個上部光纖接觸,且因此可經受兩個力向量,每一力向量遵循不同方向。對於此等三個光纖OF34、OF35、OF38中之每一者,可判定所得或組合力向量。作為實例,光纖34可與兩個上部光纖OF33、OF38接觸。因此,光纖OF34可經受自光纖33 OF33傳送之第一力向量F34-1及自光纖38 OF38
傳送之第二力向量F34-2。施加至光纖34 OF34之所得或組合力向量F34(如由圖17(a)中之粗箭頭所指示)可與形成於兩個接觸點CP34、CP35之間的虛線相交。以類似方式,光纖35 OF35及光纖38 OF38中之每一者的所得或組合力向量亦可與形成於其兩個接觸點之間的虛線相交。
圖17(a)之實施例因此同時滿足前述準則中之前兩者:每一光纖由兩個所界定支撐點或接觸點支撐,且每一光纖之所得力向量與形成於其兩個支撐點之間的線相交。以此方式組態之光纖堆疊配置對光纖及光纖固持器之製造公差不太敏感,且因此能夠顯著地改善機械夾持之穩定性。由於夾持力以自上而下方式減小,因此夾持力F可足夠強使得底部光纖OF34、OF35可經受足夠強的力向量且可因此牢固地夾持於適當位置。同時,夾持力F可保持不超過每一光纖之最大容許力,特定而言,直接施加有夾持力之頂部光纖OF31的最大容許力。此係為了確保達成光纖堆疊之穩定且穩固的機械夾持,而光學效能不會由於施加夾持力而降級。夾持力可在光纖中誘發應力,此可導致例如偏振角移位及模式匹配降級,藉此造成顯著效能損失。誘發之應力的容許位準可取決於光纖之包層厚度。最大夾持力可在10與50牛頓(N)之間的範圍內,例如10N、20N、30N或40N。
應注意,前述實施例僅為實例。同時滿足前述三個準則之其他不同實施例同樣適用。舉例而言,在一些實施例中,經改善之光纖固持器I-FH可包含少於或多於兩個層級(例如,1、3、4、5或6個層級),且可因此以穩定且穩固之方式夾持少於或多於八個光纖(例如,3、15、24、35或48個光纖)。
圖17(b)示意性地說明根據一實施例之不同的經改善之光纖
堆疊配置。在此光纖堆疊配置I-FSA'中,光纖固持器I-FH'可包含單個層級。大體上垂直於基座B1'之兩個面向內部的壁IW1'、IW2'之間的距離D1可比標稱光纖直徑d大介於2.5與2.9之間、2.6與2.8之間、2.65與2.75之間、2.69與2.71之間或例如2.7的第一比例因數倍。因此,光纖34 OF34與光纖35 OF35之間的中心距離d1可比標稱光纖直徑d大介於1.5與1.9之間、1.6與1.8之間、1.65與1.75之間、1.69與1.71之間或例如1.7的第三比例因數倍。類似於圖17(a)之實施例,三個光纖OF34、OF35、OF38中之每一者由兩個接觸點穩定地支撐且經受直接與形成於其兩個接觸點之間的線相交的力向量。因此,此光纖堆疊配置I-FSA'亦允許光纖堆疊之穩定且穩固的夾持。
應注意,可在光纖堆疊配置中以機械方式夾持之光纖之總數可與光纖固持器I-FH之層級之數目成比例。然而,當同一層級上之任何兩個鄰近光纖彼此接觸時,總數不可進一步增加。在此狀況下,此等兩個鄰近光纖之間的中心距離最小且等於光纖直徑d。
在一實施例中,界定於光纖之任何兩個鄰近接觸點之間的支撐角(相對於光纖中心)處於60°與120°之間的範圍內。考慮圖17(b)之實例,第一列支撐角為120°,第二列支撐角為90°,且第三列支撐角為60°。在列之數目總計為4的情況下,用以支撐之力向量的最小角度為30°。
可使用除上文所描述之彼等組態以外的其他堆疊組態,例如,在光纖堆疊之底部層級上可存在多於兩個光纖。在此等組態中,光纖固持器I-FH之不同層級的寬度可能與光纖直徑具有不同關係(例如,不同比例因數),使得任何兩個鄰近光纖之間的中心距離以自下而上方式減小。在不同實施例中,可能較佳在將每一光纖堆疊及夾持在一起之前移除
其外部塗層。
通常,光纖固持器I-FH、I-FH'可由不同於光纖材料之材料(例如,玻璃、金屬)製成且可因此具有不同的熱膨脹係數。光纖固持器與光纖之間的熱膨脹係數失配可導致溫度變化期間的相對移動。作為實例,由不鏽鋼製成之光纖固持器可用於以機械方式夾持由熔融二氧化矽製成之數個光纖。由於不鏽鋼之熱膨脹係數遠高於熔融二氧化矽之熱膨脹係數,因此當周圍環境溫度上升時,相比光纖,光纖固持器經歷更高程度之熱膨脹,從而導致鬆動地夾持光纖(光纖固持器變得過大而無法夾緊光纖)。當升高的周圍環境溫度降回至光纖在光纖固持器中夾緊所處的原始溫度時,光纖固持器及光纖縮回至其原始大小。然而,任何兩個接觸表面之間,例如任何兩個光纖之間或光纖與光纖固持器之內壁/基座之間的摩擦可防止光纖中之一些或全部相對於光纖固持器返回至其對準位置,且因此防止機械夾緊之原始狀態自恢復或大體上自恢復(例如,光纖夾持經過度界定或界定不足)。為了能夠承受溫度循環/變化之影響,除了上文所描述之設計要求以外,亦可實施更嚴格的設計準則。在一些實施例中,額外設計準則可包含例如關於每一光纖之支撐角的準則、關於每一力向量角度之準則及關於任何兩個接觸表面之摩擦係數的準則。
圖17(c)示意性地描繪根據一實施例之另一經改善之光纖堆疊配置。在此實施例中,另一經改善之光纖堆疊配置I-FSA"可夾緊七個光纖OF41至OF47。為了穩固且穩定地夾持光纖OF41至OF47,可能需要施加大體上相同量值之夾持力的兩個光纖夾具。此與使用單個光纖夾具或單個夾持力F之圖17(a)或圖17(b)中所展示之實施例形成對比。再次,為簡單起見,每一光纖夾具之作用由夾持力F 1 ,F 2表示(例如,F 1=F 2)。光纖固
持器I-FH"可具有與圖17(a)中所展示之光纖固持器I-FH相同的結構,例如兩層級矩形溝槽。由於實施了更嚴格的設計準則,光纖固持器I-FH"之尺寸(例如,光纖固持器I-FH"之每一層級處的兩個面向內部之壁IW1"、IW2"之間的距離)可能不同。
如圖17(c)中所展示,每一光纖OF41至OF47可由兩個接觸點支撐。對於每一光纖OF41至OF47,支撐角可藉由分別連接光纖之中心與兩個接觸點的兩條線形成。舉例而言,光纖OF41、光纖OF43及光纖OF44分別具有支撐角α 1、支撐角α 3及支撐角α 4。在光纖由另外兩個光纖支撐之狀況下,支撐角等於兩個力向量角之總和,該兩個力向量角各自形成於對應力向量之方向與豎直方向或z方向之間,參考圖17(c)中所展示之座標系統。舉例而言,在光纖OF41之狀況下,力向量角β 13形成於藉由光纖OF41施加至光纖OF43之力向量F 13的方向與豎直方向之間;且力向量角β 14形成於藉由光纖OF41施加至光纖OF44之力向量F 14與豎直方向之間。取決於光纖OF43及光纖OF44之相對位置(例如,沿著z方向之相對中心位置)'兩個力向量角β 13及β 14可具有相同或不同值。在光纖OF44之狀況下,儘管其具有分別與光纖OF41、光纖OF42、光纖OF46及光纖OF47形成的四個接觸點,但光纖OF44仍由兩個接觸點(與光纖OF46及光纖OF47)支撐且因此其支撐經明確界定。以與光纖OF41類似之方式,支撐角α 4等於力向量角β 46與力向量角β 47之總和。
如上文所提及,在每一接觸點處存在可能防止光纖返回至其原始位置之摩擦力。因此,為克服此摩擦力,任何光纖之所得力向量的切向分量可大於切線方向上之摩擦力;且同一光纖之所得力向量的法向分量可大於法線方向上之摩擦力(若適用)。應注意,光纖之所得力向量為組
合施加於光纖上之所有力向量的總力向量。
作為實例,光纖OF47可具有僅藉由光纖OF44施加之所得力向量F 47。所得力向量F 47可分解成切向分量F 47h 及法向分量F 47v 。光纖OF47由兩個接觸點支撐,一個接觸點係與內壁IW2"形成且另一接觸點係與基座B1"形成。在內壁IW2"之表面上的接觸點處,存在摩擦力F fv ,該摩擦力之量值取決於所得力向量F 47之切向分量F 47h 的量值及接觸點處之摩擦係數。在藉由光纖OF47及基座B1"形成之接觸點處,存在摩擦力F fh ,該摩擦力之量值取決於所得力向量F 47之法向分量F 47v 的量值及接觸點處之摩擦係數。任何接觸點處之摩擦係數取決於接觸表面之材料。在光纖固持器I-FH"由金屬(例如,鋁、不鏽鋼)製成之狀況下,光纖(例如,光纖OF47)與光纖固持器之內表面(例如,內壁IW2"或基座B1")之間的摩擦係數可能不超過0.7,例如在接觸點由熔融二氧化矽光纖及不鏽鋼光纖固持器形成之狀況下,在0.19與0.41之間的範圍內。相比之下,任何兩個熔融二氧化矽光纖之間的摩擦係數可在0.22至0.36之間的範圍內。
為克服表面摩擦,任何光纖之所得力向量可滿足以下條件:
其中F h =F r ×Sin(β); [3] F v =F r ×Cos(β); [4] F fh =F v ×cof; [5] F fv =F h ×cof; [6]
其中F h 指示所得力F r 之切向分量,F v 指示所得力F r 之豎直分量,F fh 指示切線方向(例如,水平方向或x方向)上之摩擦力,F fv 指示法線方向(例如,豎直方向或z方向)上之摩擦力,cof指示接觸點處之摩擦係數,且β指示形成於所得力向量與豎直方向或z方向之間的角度。
將摩擦係數應用至等式[7]中將會產生任何光纖之所得力向量角β的較佳範圍,在該範圍內可克服摩擦力。舉例而言,當摩擦係數不超過0.7時,所得力向量角β在以下範圍內:35° β 55°。在圖17(c)中所展示之光纖堆疊配置I-FSA"中,支撐角可等於或大體上接近90°,如由兩個支撐表面(例如,內壁IW2"及基座B1")之間的角度所界定。
在熔融二氧化矽光纖之狀況下且當摩擦係數為0.38時,所得力向量角β之較佳範圍經計算為:β 21°。此範圍可確保由另外兩個光纖支撐之任何光纖的所得力向量強於光纖至光纖接觸點或界面處之摩擦力。然而,當光纖堆疊配置冷卻時,由於光纖與光纖固持器之間的熱膨脹係數失配,光纖固持器可將(水平)收縮力施加至光纖堆疊。收縮力可藉由抵抗光纖至光纖界面處之摩擦力來向上推動由另外兩個光纖支撐之彼等光纖。為了確保收縮力強於任何光纖至光纖界面處之摩擦力,光纖之所得力向量可進一步滿足以下準則:
將0.38之相同摩擦係數應用至等式[9]中且假定夾持力之影響可忽略,所得力向量角β之所要範圍因此經計算為:25° β 65°。此更嚴格的角度要求(相較於以上範圍β 21°)可允許光纖在溫度變化期間在任何光纖至光纖界面處向上及向下滑動。在一較佳實施例中,所得力向量之角度可設計為45°±15°。
參看圖17(c),為了確保光纖堆疊配置中之每個光纖皆經明確界定,亦即,既不過度界定亦不界定不足,具有與光纖固持器I-FH"之兩個接觸點(例如,與內壁之一個接觸點及與基座之另一接觸點)的光纖OF43、OF45可能未由另一光纖支撐。在一些實施例中,光纖OF45之外表面與光纖OF47之之外表面之間及光纖OF43之外表面與光纖OF46之外表面之間可存在最小距離G1、G2。最小距離G1、G2可例如為1μm或大於1μm。此外,第二層級B2"上之基座的寬度可寬於光纖OF43、OF45之半徑以確保緊固的基座支撐且促進較佳可製造性。在一些實施例中,第二層級基座B2"之寬度與光纖OF43、OF45之半徑之間的最小差G3可為例如15μm或大於15μm。
雖然複數個光纖之機械夾持能夠為應用提供穩固且穩定的光纖堆疊配置,諸如在基於HC-PCF之寬帶輻射源中的光纖切換,但替代方法亦可用以達成類似或相同效應。一個替代方法為使用熱收縮光纖管夾持複數個光纖。此替代方法背後的想法為當藉由熱源(例如,電弧熱源)加熱時,熱收縮光纖管開始收縮且因此將光纖包裹在一起,形成光纖束或光纖堆疊配置。此方法避免了對圖17(c)中所展示之光纖堆疊配置的嚴格設計準則之需要,且允許複數個光纖自對準成穩固且穩定的光纖堆疊。此
外,此方法允許以更容易的方式安裝光纖堆疊配置。
圖18為描繪藉助於熱收縮管制作光纖堆疊配置之程序的示意圖。在圖18中所展示之實例組態中,兩個分離、大體上相同的熱收縮光纖管或套管FT1、FT2可分別應用於複數個光纖OF之兩個末端區段處。在此狀況下,每一光纖管FT1、FT2可具有介於10mm與50mm之間的最大長度及/或介於2mm與5mm之間的最小長度;例如,此長度可在5mm與50mm之間或5mm與20mm之間或5mm與10mm之間的範圍內。在其他實例組態中,單個熱收縮光纖管之管長度大體上相同於或略長於光纖OF之全長。
用於使用熱收縮光纖管製造光纖堆疊配置之製造程序可包含以下三個主要步驟:
步驟1:將複數個光纖OF之每一末端置放至一個熱收縮光纖管FT1、FT2中。在置放至光纖管FT1、FT2中之前,光纖OF可較佳預堆疊成所要堆疊配置,例如以便匹配光纖管FT1、FT2之內部形狀。
步驟2:利用一或多個熱源HS1、HS2依序或並行地對兩個熱收縮光纖管FT1、FT2加熱,以便使兩個管收縮且因此將複數個光纖OF緊緊地包裹在一起。收縮程度可取決於例如所要夾持力、光纖管FT1、FT2之材料、光纖管之內部形狀及/或光纖OF之堆疊方式。較佳地,取決於依序地抑或並行地對兩個光纖管加熱,圍繞一個或兩個光纖管之圓周區域大體上均勻地施加熱(如由圖18中之大的灰色箭頭所指示)。大體上均勻的加熱可例如藉由繞光纖管之中心軸線旋轉整個總成(具有熱收縮管之光纖)或藉由同時使用多個熱源來獲得,該等熱源圍繞光纖管FT1、FT2之圓周等距地間隔開。為了最小化加熱對光纖之影響,光纖管FT1、FT2可由熔融溫度
低於光纖之熔融溫度(例如,低於熔融二氧化矽之熔融溫度)的材料製成。在一些實施例中,光纖管FT1、FT2之材料可為某一類型之軟玻璃,例如硼矽酸鹽。
步驟3:利用一或多個切割器CL(例如,光纖切割器)依序或並行地切割兩個光纖管,使得每一光纖管之端表面大體上與光纖OF之端尖齊平。在許多狀況下,可切割光纖管,其方式為使得每一光纖管之端表面與光纖尖端相距小距離。此距離可使得在0.1mm與5mm之間、0.2mm與5mm之間、0.5mm與5mm之間或0.5mm與2mm之間的光纖管區段不與光纖OF中之任一者接觸。如圖18中所展示,光纖管FT1之切割位置由小的黑色箭頭指示。
圖19之(a)至圖19之(e)為皆藉助於熱收縮光纖管(或組裝後的熱收縮光纖管)製造之五個實例光纖堆疊配置的示意性截面圖。為簡單起見,對於所有實例光纖堆疊配置,僅展示及描述一個光纖管。然而,應瞭解,實務上,可使用各自覆蓋光纖OF之末端區段的一對大體上相同的熱收縮光纖管,或長度大體上相同於或略長於光纖OF之全長的單個熱收縮光纖管。
在圖19(a)中所展示之第一實例中,可使用兩個分離但大體上相同的熱收縮光纖管FT-a及FT-a'(用於光纖之另一末端處且未展示於圖中)來製造光纖堆疊配置F-FSA-a,該等熱收縮光纖管分別夾持光纖OF之兩個末端區段。熱收縮光纖管FT-a可包含內部通道IC,該內部通道可具有圓形形狀或大體上接近圓形形狀之形狀及直徑ID。應瞭解,在收縮之後,內部通道IC之形狀可略微偏離其收縮前(或原始)形狀。舉例而言,在收縮之後,光纖管FT-a之內部通道IC的原始圓形形狀可最終穩定成可能不再為
圓形而是介於多邊形與圓形形狀之間的形狀。光纖堆疊配置可包含三個光纖OF,其各自具有三個接觸點(一個光纖-管接觸點及兩個光纖-光纖接觸點)。相比於將夾持力施加至位於光纖堆疊之頂部上之光纖的以上實施例,此實施例中之夾持力CF可為在加熱之後由熱收縮管施加之熱收縮力。此外,可將此實施例中之夾持力施加至所有光纖OF,該等光纖各自經受大體上相同量值之夾持力CF。除了由光纖管施加之夾持力以外,每一光纖亦可經受由其他兩個光纖經由兩個光纖-光纖接觸點施加之另外兩個力。以此方式,光纖之三個接觸點中之每一者處的力可由其他兩個接觸點支撐。因此,每一光纖之夾持經明確界定(根據上文所描述之設計要求)。
在圖19(b)中所展示之光纖堆疊配置F-FSA-b中,熱收縮光纖管FT-b可為圖19(a)中所展示之光纖管FT-a的變體,且差異可能主要在於內部通道IC之較大直徑ID'用於夾持更多光纖OF(例如,多於三個光纖OF)。如圖19(b)中所展示,一個中心光纖OF-C及六個周圍光纖OF-O係藉由熱收縮光纖管FT-b捆束或夾持在一起且形成光纖堆疊配置F-FSA-b。周圍光纖OF-O(中心光纖周圍之彼等光纖)中之每一者可經受大體上相同量值的夾持力CF。相比於圖19(a)中所展示之實例,此光纖堆疊配置F-FSA-b中之光纖的夾持未明確界定,此係因為任何周圍光纖可由三個接觸點支撐,該等接觸點各自與不同光纖相關聯。在此實例配置中,中心光纖OF-C可具有與六個周圍光纖中之任一者之直徑大體上相同的直徑。在不同的實例配置中,中心光纖可具有不同於六個周圍光纖之直徑的直徑。在另一實例配置中,中心結構(例如,玻璃棒)可用作中心光纖OF-O之替代物。
為了藉助於熱收縮光纖管穩固且穩定地夾持更多光纖(例
如,多於三個光纖),需要使用在收縮時能夠確保每一光纖之明確界定之夾持狀態的熱收縮光纖管。此可能需要與熱收縮光纖管直接接觸之每一光纖僅具有三個接觸點。圖19(c)及圖19(d)中所展示之光纖堆疊配置F-FSA-c、F-FSA-d為能夠滿足此要求之實例。此等兩個實例光纖堆疊配置之間的共同性可使得中心光纖或中心結構由三個或多於三個光纖(與光纖管直接接觸之彼等光纖)包圍,且每一周圍光纖具有與光纖管之兩個接觸點及與中心光纖或中心結構之一個接觸點。
在圖19(c)中所展示之光纖堆疊配置F-FSA-c中,七個光纖可由熱收縮管FT-c夾持,該熱收縮管之內部通道IC可具有六邊形形狀或大體上接近六邊形形狀之形狀。每一周圍光纖OF-O可置放於六邊形內部通道IC之六個拐角中之一者處,且可因此具有與光纖管FT-c、FT-c'(與拐角之兩個邊緣)的兩個接觸點。此外,每一周圍光纖OF-O可具有與中心光纖OF-C之第三接觸點。因而,每一周圍光纖可具有總計三個接觸點,從而形成明確界定之夾持狀態。以類似方式,光纖堆疊配置F-FSA-d中之熱收縮光纖管FT-d的內部通道IC可具有三角形形狀或大體上接近三角形形狀之形狀。每一周圍光纖OF-O可置放於內部通道IC之三個拐角中之一者處。
應注意,在收縮之後,內部通道IC之形狀可偏離其原始收縮前形狀(例如,六邊形形狀或三角形形狀)且可穩定成介於多邊形形狀(例如,六邊形形狀或三角形形狀)與圓形形狀之間的形狀。在光纖管收縮之後仍可維持明確界定之夾持狀態,此係因為每一光纖僅具有三個接觸點。應注意,具有不同形狀或結構之內部通道的熱收縮光纖管可同樣適合於製作穩固且穩定的光纖堆疊配置。熱收縮光纖管之內部通道可具有其他不同多邊形形狀,例如四邊形形狀、五邊形形狀、七邊形形狀、八邊形形
狀或九邊形形狀。替代地,內部通道之形狀可為任何形狀,例如規則或不規則多邊形或不規則形狀,其包含圓形區及拐角兩者,只要內部通道包含各自經由兩個接觸點提供對光纖之支撐的多個拐角及經由第三接觸點提供對光纖之進一步支撐的中心光纖或中心結構即可。在一些不同實例配置中,中心光纖或中心結構可具有不同於周圍光纖之直徑。
在圖19(e)中所展示之光纖堆疊配置F-FSA-e中,熱收縮光纖管FT-e之內部通道IC可包含一中心結構(例如,玻璃棒)及經配置以將中心結構CS固定地連接至內部通道IC之三個三角形邊緣的三個內部固定元件FE。內部固定元件FE可為例如各自沿著徑向及軸向方向延伸之三個薄壁。內部固定元件FE可將內部通道分離成各自含有一個周圍光纖OF-O之三個子體積。在具有不同多邊形形狀之內部通道IC的狀況下,內部固定元件FE之數目可與多邊形之邊緣數目相同,且每一內部固定元件可經配置以將中心結構連接至多邊形邊緣中之一者。因而,形成於任何兩個鄰近固定元件與中心結構之間的每一子體積可僅含有一個光纖。
經組態以延長如本文所揭示之輻射源之總壽命的寬帶輻射源包含光纖總成,該光纖總成可例如包含圖10(a)、圖10(b)、圖11(a)、圖11(b)、圖15、圖17(a)或圖17(b)中所展示之組態中之任一者。
經組態以延長如本文所揭示之輻射源之總壽命的寬帶輻射源包含光纖總成且可包含圖12、圖13或圖14中所展示之組態中之任一者。
圖20為說明可輔助實施本文中所揭示之方法及流程的電腦系統2000之方塊圖。電腦系統2000包括用於傳達資訊之匯流排2002或其他通信機構,及與匯流排2002耦接以用於處理資訊之處理器2004(或多個
處理器2004及2005)。電腦系統2000亦包括耦接至匯流排2002以用於儲存待由處理器2004執行之資訊及指令的主記憶體2006,諸如隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存裝置。主記憶體2006亦可用於在執行待由處理器2004執行之指令期間儲存臨時變數或其他中間資訊。電腦系統2000進一步包括耦接至匯流排2002以用於儲存用於處理器2004之靜態資訊及指令的唯讀記憶體(ROM)2008或其他靜態儲存裝置。提供諸如磁碟或光碟之儲存裝置2010,且將其耦接至匯流排2002以用於儲存資訊及指令。
電腦系統2000可經由匯流排2002耦接至用於向電腦使用者顯示資訊之顯示器2012,諸如陰極射線管(CRT)或平板顯示器或觸控面板顯示器。包括文數字按鍵及其他按鍵之輸入裝置2014耦接至匯流排2002以用於將資訊及命令選擇傳達至處理器2004。另一類型之使用者輸入裝置為用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器2004且用於控制顯示器2012上之游標移動的游標控制件2016,諸如滑鼠、軌跡球或游標方向按鍵。此輸入裝置通常具有在兩個軸線(第一軸線(例如,x)及第二軸線(例如,y))上之兩個自由度,此允許裝置指定平面中之位置。觸控面板(螢幕)顯示器亦可用作輸入裝置。
如本文中所描述之方法中之一或多者可由電腦系統2000回應於處理器2004執行容納於主記憶體2006中之一或多個指令之一或多個序列而執行。可將此等指令自諸如儲存裝置2010之另一電腦可讀媒體讀取至主記憶體2006中。容納於主記憶體2006中之指令序列的執行使處理器2004執行本文中所描述之程序步驟。亦可使用多處理配置中之一或多個處理器,以執行容納於主記憶體2006中之指令序列。在替代實施例中,可代替或結合軟體指令來使用硬連線電路系統。因此,本文中之描述
不限於硬體電路系統與軟體之任何特定組合。
如本文中所使用之術語「電腦可讀媒體」係指參與將指令提供至處理器2004以供執行之任何媒體。此媒體可採取許多形式,包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。非揮發性媒體包括例如光碟或磁碟,諸如儲存裝置2010。揮發性媒體包括動態記憶體,諸如主記憶體2006。傳輸媒體包括同軸纜線、銅線及光纖,包括包含匯流排2002之電線。傳輸媒體亦可採取聲波或光波之形式,諸如在射頻(RF)及紅外線(IR)資料通信期間產生之彼等聲波或光波。電腦可讀媒體之常見形式包括例如軟碟、軟性磁碟、硬碟、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、打孔卡、紙帶、具有孔圖案之任何其他實體媒體、RAM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或卡匣、如下文所描述之載波,或可供電腦讀取之任何其他媒體。
在將一或多個指令之一或多個序列攜載至處理器2004以供執行時可涉及各種形式之電腦可讀媒體。舉例而言,最初可將該等指令承載於遠端電腦之磁碟上。遠端電腦可將指令載入至其動態記憶體中,且使用數據機經由電話線發送指令。在電腦系統2000本端之數據機可接收電話線上之資料,且使用紅外線傳輸器將資料轉換成紅外線信號。耦接至匯流排2002之紅外線偵測器可接收在紅外線信號中所攜載之資料且將資料置放於匯流排2002上。匯流排2002將資料攜載至主記憶體2006,處理器2004自該主記憶體擷取指令且執行該等指令。由主記憶體2006接收之指令可視情況在由處理器2004執行之前或之後儲存於儲存裝置2010上。
電腦系統2000亦較佳包括耦接至匯流排2002之通信介面2018。通信介面2018提供與連接至區域網路2022之網路鏈路2020的雙向
資料通信耦接。舉例而言,通信介面2018可為整合式服務數位網路(ISDN)卡或數據機,以提供至對應類型之電話線的資料通信連接。作為另一實例,通信介面2018可為區域網路(LAN)卡以提供至相容LAN之資料通信連接。亦可實施無線鏈路。在任何此類實施中,通信介面2018發送及接收電信號、電磁信號或光學信號,該等信號攜載表示各種類型之資訊的數位資料串流。
網路鏈路2020通常經由一或多個網路將資料通信提供至其他資料裝置。舉例而言,網路鏈路2020可經由區域網路2022提供至主機電腦2024或由網際網路服務提供者(ISP)2026操作之資料裝備的連接。ISP 2026又經由全球封包資料通信網路(現通常被稱作「網際網路」2028)提供資料通信服務。區域網路2022及網際網路2028兩者均使用攜載數位資料串流之電信號、電磁信號或光學信號。經由各種網路之信號及在網路鏈路2020上且經由通信介面2018之信號為輸送資訊之例示性載波形式,該等信號將數位資料攜載至電腦系統2000及自該電腦系統攜載數位資料。
電腦系統2000可經由網路、網路鏈路2020及通信介面2018發送訊息及接收包括程式碼之資料。在網際網路實例中,伺服器2030可經由網際網路2028、ISP 2026、區域網路2022及通信介面2018傳輸用於應用程式之所請求程式碼。舉例而言,一種此類經下載應用程式可提供本文中所描述之技術中的一或多者。所接收程式碼可在其被接收時由處理器2004執行,及/或儲存於儲存裝置2010或其他非揮發性儲存器中以供稍後執行。以此方式,電腦系統2000可獲得呈載波形式之應用程式碼。
在以下經編號條項清單中揭示其他實施例:
1.一種寬帶輻射源裝置,其包含:光纖總成,其包含複數個光纖,每一光纖皆填充有氣體介質;其中該寬帶輻射源裝置可操作以使得可獨立地選擇光纖之子集以用於接收輸入輻射光束,使得在任一時間僅自該複數個光纖之子集產生寬帶輸出。
2.如條項1之寬帶輻射源裝置,其中該寬帶輻射源裝置可操作以使得可單獨地選擇複數個光纖中之任一者以用於接收輸入輻射光束。
3.如條項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該等光纖中之每一者包含空心光子晶體光纖。
4.如條項1、2或3之寬帶輻射源裝置,其包含:光束分光配置,其可操作以在空間上將輸入輻射光束分成多個輸入光束,聚焦配置,其用以將該多個輸入光束中之每一者聚焦至光纖之該子集中的各別光纖中。
5.如條項1、2或3之寬帶輻射源裝置,其可操作以使得在任一時間僅自該複數個光纖中之一者產生寬帶輸出。
6.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖包含具有大體上相同之光纖屬性的兩個或多於兩個光纖。
7.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖包含具有不同光纖屬性之兩個或多於兩個光纖。
8.如條項7之寬帶輻射源裝置,其中具有不同光纖屬性之兩個或多於兩個光纖中之一些或每一者經組態以在不同光譜範圍中產生寬帶輸出。
9.如條項8之寬帶輻射源裝置,其中不同光譜範圍各自包含在200nm至2500nm之間的範圍內的不同子範圍。
10.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖經堆疊在一起且機械夾持、熔融或熔接在一起。
11.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成進一步包含圍封複數個光纖及氣體介質之氣胞。
12.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成經組態為可相對於輸入輻射光束移動,以便允許選擇複數個光纖中之不同者。
13.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該輸入輻射光束經組態為可相對於光纖總成移動,以便允許選擇複數個光纖中之不同者。
14.如條項12或13中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成或該輸入輻射光束可在垂直於輸入輻射光束之傳播方向的平面之一個或兩個方向上移動。
15.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其經組態以在寬帶輸出之功率降至低於臨限位準時切換至該複數個光纖中之不同光纖,從而產生該寬帶輸出。
16.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其經組態以在需要寬帶輸出之不同光學屬性時切換至該複數個光纖中之不同光纖,從而產生該寬帶輸出;其中不同光學屬性包含不同光譜範圍。
17.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以相對於光纖總成在空間上移位輸入輻射之第一光束移位總成。
18.如條項17之寬帶輻射源裝置,其中該第一光束移位總成包含以下各者中之一或多者:
至少一個玻璃板,其包含第一板及第二板中之一者或兩者,該第一板可圍繞第一軸線旋轉且該第二板可圍繞第二軸線旋轉,其中該第一軸線及該第二軸線垂直於彼此且形成平行於光纖總成之輸入琢面的平面,且視情況其中該至少一個玻璃板由例如CaF2之N-FK58的低分散度材料構成;至少一個壓電鏡;及至少一個檢流計掃描器。
19.如條項17或18中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含第二光束移位總成,該第二光束移位總成經組態以在空間上移位寬帶輸出使得寬帶輸出大體上遵循預定光束路徑。
20.如條項19之寬帶輻射源裝置,其中該光束路徑係根據以下各者中之一者或兩者判定:經組態以使用寬帶輸出之度量衡工具中的光學對準;經組態以遞送寬帶輸出之輸出遞送光纖的位置。
21.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以在切換光纖時至少部分地阻擋輸入輻射之光束擋塊。
22.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以將輸入輻射耦合至光纖總成之複數個光纖中之一者中的輸入光學透鏡配置。
23.如條項22之寬帶輻射源裝置,其可操作以使得可調整輸入光學透鏡配置之位置及/或定向以用於最佳化輸入輻射之光纖耦合。
24.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以使寬帶輸出準直之輸出光學透鏡配置。
25.如條項24之寬帶輻射源裝置,其可操作以使得可調整輸出光學透鏡配置之位置及/或定向以用於最佳化寬帶輸出之位置及/或定向。
26.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成包含多芯微結構化光纖,其中該等光纖各自包含微結構化纖芯。
27.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成包含用以支撐該複數個光纖之支撐部分。
28.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖係以1維或2維線性陣列配置。
29.如條項1至27中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖係以包含單個環或複數個同心環之環配置進行配置。
30.如前述條項中任一項之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以提供輸入輻射光束之泵浦輻射源。
31.如條項1至25中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成包含:光纖固持器,其經組態以固持堆疊在一起之複數個光纖;及至少一個光纖夾具,其經組態以將至少一個夾持力施加至複數個光纖使得複數個光纖被穩定地夾持;其中複數個光纖中之每一者由兩個接觸點支撐且經受與形成於支撐光纖之兩個接觸點之間的線相交的力向量。
32.如條項31之寬帶輻射源裝置,其中每一光纖所經受之力向量直接由至少一個夾持力產生或由經由一或多個接觸光纖傳送之一或多個力向量產生。
33.如條項31或32中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該光纖固持器包含多層結構,且下部層級上之兩個面向內部的壁之間的距離小於上部層級上之距離,且每一層級之兩個面向內部的壁大體上垂直於同一層級之基
座。
34.如條項33之寬帶輻射源裝置,其中光纖固持器之多層結構產生多層光纖堆疊,進一步其中同一堆疊層級上之任何兩個鄰近光纖之間的中心距離自底部光纖層級至頂部光纖層級針對每一光纖層級減小。
35.如條項34之寬帶輻射源裝置,其中光纖固持器之底部層級固持兩個光纖,且兩個光纖之間的中心距離比複數個光纖之直徑大介於1.5與1.9之間、1.6與1.8之間、1.65與1.75之間或1.69與1.71之間的因數倍。
36.如條項35之寬帶輻射源裝置,其中多層結構包含第一層級及第二層級,該第一層級低於該第二層級,進一步其中第一層級之兩個面向內部的壁之間的距離比光纖直徑大介於2.5與2.9之間、2.6與2.8之間、2.65與2.75之間或2.69與2.71之間的因數倍,且第二層級之兩個面向內部的壁之間的距離比光纖直徑大介於3.5與3.9之間、3.6與3.8之間、3.65與3.75之間或3.69與3.71之間的因數倍。
37.如條項31至36中任一項之寬帶輻射源裝置,其中複數個光纖之直徑在10μm與1000μm之間的範圍內。
38.如條項31至37中任一項之寬帶輻射源裝置,其中至少一個夾持力足夠強以使得複數個光纖中之每一者可牢固地固定於適當位置,且不超過複數個光纖中之任一者所容許的最大力。
39.如條項38之寬帶輻射源裝置,其中最大力為改變複數個光纖中之任一者的屬性中之至少一者的力。
40.如條項31至39中任一項之寬帶輻射源裝置,其中界定於每一光纖之該兩個接觸點之間的支撐角處於60°與120°之間的範圍內。
41.如條項33之寬帶輻射源裝置,其中光纖固持器之多層結構產生
多層光纖堆疊,進一步其中至少一個夾持力包含分別施加至位於多層光纖堆疊之頂部上之兩個光纖的兩個夾持力。
42.如條項41之寬帶輻射源裝置,其中複數個光纖中之每一者經配置以滿足以下條件:對於由內壁及光纖固持器之基座支撐的每一光纖,形成於光纖所經受之力向量與大體上垂直於光纖固持器之基座的方向之間的角度在35°與55°之間的範圍內;且對於由另外兩個光纖支撐之每一光纖,形成於光纖所經受之力向量與大體上垂直於光纖固持器之基座的方向之間的角度在25°與65°之間的範圍內。
43.如條項42之寬帶輻射源裝置,其中複數個光纖中之每一者經配置以滿足另外的條件:各自由內壁及光纖固持器之基座兩者支撐的任何兩個鄰近光纖在實體上分離。
44.如條項43之寬帶輻射源裝置,其中該等任何兩個光纖分離1μm或大於1μm之距離。
45.如條項42至44中任一項之寬帶輻射源裝置,其中複數個光纖中之每一者經配置以滿足另外的條件:任何上部層級基座具有大於複數個光纖之半徑的寬度。
46.如條項45之寬帶輻射源裝置,其中任何上部層級基座之寬度與複數個光纖之半徑之間的差為15μm或大於15μm。
47.如條項41至46中任一項之寬帶輻射源裝置,其中兩個夾持力具有大體上相同的量值。
48.如條項1至25中任一項之寬帶輻射源裝置,其中光纖總成包含
至少一個熱收縮光纖管,該至少一個熱收縮光纖管包圍複數個光纖之至少第一末端區段及第二末端區段;該至少一個熱收縮光纖管經組態以將夾持力施加至複數個光纖之該至少第一末端區段及第二末端區段。
49.如條項48之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管包含兩個分離的熱收縮光纖管,其各自經組態以夾持複數個光纖之該第一末端區段及該第二末端區段中之各別者。
50.如條項48之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管包含經組態以覆蓋複數個光纖之全長的單個熱收縮光纖管。
51.如條項48至50中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管包含具有低於複數個光纖之熔點之熔點的材料。
52.如條項51之寬帶輻射源裝置,其中該材料為硼矽酸鹽。
53.如條項48至52中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者包含與複數個光纖中之至少一些直接接觸的內部通道。
54.如條項53之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者的內部通道包含圓形截面。
55.如條項53之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者的內部通道在截面中包含複數個拐角,每一拐角經由兩個接觸點支撐複數個光纖中之一者。
56.如條項55之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者的內部通道包含多邊形截面。
57.如條項55之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者的內部通道具有規則或不規則多邊形形狀或包含圓形區及拐角兩
者之不規則形狀。
58.如條項53至57中任一項之寬帶輻射源裝置,其中該至少一個熱收縮光纖管中之每一者進一步包含中心結構,複數個光纖夾持於該中心結構上。
59.如條項58之寬帶輻射源裝置,其中該中心結構藉助於複數個內部固定元件固定地連接至該至少一個熱收縮光纖管之內部通道,每一內部固定元件將中心結構連接至內部通道之邊緣。
60.一種度量衡裝置,其包含如前述條項中任一項之寬帶光源裝置。
61.如條項60之度量衡裝置,其包含散射計度量衡設備、位階感測器或對準感測器。
62.一種用於產生寬帶輻射之方法,其包含:自泵浦源發射輸入輻射;藉由複數個光纖之選定子集接收輸入輻射;及自複數個光纖之選定子集產生寬帶輸出。
63.如條項62之方法,其中該等光纖中之每一者包含空心光子晶體光纖。
64.如條項62或63中任一項之方法,其中該子集包含該複數個光纖中之單個光纖。
65.如條項64之方法,其包含切換至複數個光纖中之另一光纖以用於接收及產生步驟。
66.如條項65之方法,其中該切換步驟包含當認為正用於該產生之光纖需要替換時切換至類似光纖。
67.如條項65或66中任一項之方法,其中當寬帶輸出之功率降至低於臨限位準時,認為正用於該產生之光纖需要替換。
68.如條項65至67中任一項之方法,其中該切換步驟包含切換至具有至少一個不同光纖屬性之光纖,以便產生具有至少一個不同輻射特性之該寬帶輸出;
69.如條項67之方法,其中該至少一個不同輻射特性包含不同光譜範圍。
70.如條項62至69中任一項之方法,其中該切換步驟包含以下各者中之一者或兩者:相對於輸入輻射移動光纖總成;及相對於光纖總成移動輸入輻射。
71.一種用於機械夾持複數個光纖之方法,其包含:固持複數個光纖以形成光纖堆疊;及將至少一個夾持力施加至複數個光纖使得複數個光纖被穩定地夾持;其中複數個光纖中之每一者由兩個接觸點支撐且經受與形成於支撐光纖之兩個接觸點之間的線相交的力向量。
72.如條項71之方法,其中光纖堆疊之同一堆疊層級上的任何兩個鄰近光纖之間的中心距離自底部光纖層級至頂部光纖層級針對每一光纖層級減小。
73.如條項60或61中任一項之方法,其進一步包含配置複數個光纖中之每一者以滿足以下條件:對於由內壁及光纖固持器之基座支撐的每一光纖,形成於光纖所經
受之力向量與大體上垂直於光纖固持器之基座的方向之間的角度在35°與55°之間的範圍內;且對於由另外兩個光纖支撐之每一光纖,形成於光纖所經受之力向量與大體上垂直於光纖固持器之基座的方向之間的角度在25°與65°之間的範圍內。
74.一種用於藉助於至少一個熱收縮光纖管夾持複數個光纖之方法,其包含:將複數個光纖之兩個末端區段置放至該至少一個熱收縮光纖管中;對該至少一個可收縮光纖管加熱以便使該至少一個可收縮光纖管收縮;及切割該至少一個可收縮光纖管使得該至少一個可收縮光纖管之每一端表面大體上與複數個光纖之端表面齊平。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中的微影設備之使用,但應理解,本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能的其他應用包括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。
儘管可在本文中特定地參考在微影設備之內容背景中的本發明之實施例,但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成光罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化裝置)之物件的任何設備之部分。此等設備可一般被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍環境(非真空)條件。
儘管上文可能已特定地參考在光學微影之內容背景中的本發明之實施例的使用,但應瞭解,在內容背景允許之情況下,本發明不限
於光學微影,且可用於例如壓印微影之其他應用中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例,但應瞭解,可以與如所描述方式不同的其他方式來實踐本發明。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圍的情況下對如所描述之本發明進行修改。
BP1:第一光束路徑
BP2:第二光束路徑
BP3:第三光束路徑
FAA:光纖總成
IRD:輸入輻射
OBS1:第一光束移位器
OBS2:第二光束移位器
OF1:光纖1
OF2:光纖2
OF3:光纖3
OF4:光纖4
OF5:光纖
OL1:第一光學透鏡
OL2:第二光學透鏡
ORD:寬帶輸出輻射
RDS3:寬帶輻射源
RSV:儲集器
TW1:第一透明窗
TW2:第二透明窗
WM:工作介質
Claims (15)
- 一種寬帶輻射源裝置,其包含:一光纖總成,其包含複數個光纖,每一光纖皆填充有一氣體介質;其中該寬帶輻射源裝置可操作以使得該等光纖之複數個子集可獨立地被選擇以用於接收一輸入輻射光束,使得在任一時間自該複數個光纖之該等子集中之僅一子集產生一寬帶輸出。
- 如請求項1之寬帶輻射源裝置,其中該寬帶輻射源裝置可操作以使得該複數個光纖中之任一者可單獨地被選擇(singly selectable)以用於接收該輸入輻射光束。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該等光纖中之每一者包含一空心光子晶體光纖。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其包含:一光束分光配置,其可操作以在空間上將該輸入輻射光束分成多個輸入光束,一聚焦配置,其用以將該多個輸入光束中之每一者聚焦至該等光纖之該子集中的一各別光纖中。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其可操作以使得在任一時間自該複數個光纖中之僅一者產生該寬帶輸出。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖包含具有相同之光纖屬性的兩個或多於兩個光纖。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖包含具有不同光纖屬性之兩個或多於兩個光纖。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖經堆疊在一起且機械夾持、熔融或熔接在一起。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成進一步包含圍封該複數個光纖及該氣體介質之一氣胞。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該光纖總成經組態為可相對於該輸入輻射光束移動,以便允許選擇該複數個光纖中之一不同者。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該輸入輻射光束經組態為可相對於該光纖總成移動,以便允許該複數個光纖中之一不同者被選擇。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其進一步包含經組態以使該寬帶輸出準直之一輸出光學透鏡配置。
- 如請求項1或2之寬帶輻射源裝置,其中該複數個光纖係以一1維或2 維線性陣列配置,或該複數個光纖係以包含一單個環或複數個同心環之一環配置進行配置。
- 一種度量衡裝置,其包含如請求項1至13中任一項之一寬帶輻射源裝置。
- 一種用於產生寬帶輻射之方法,其包含:自一泵浦源發射輸入輻射;藉由複數個光纖之一選定子集接收該輸入輻射;及自該複數個光纖之該選定子集產生一寬帶輸出。
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