CN111289107B - 一种激光器光谱在线测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器光谱在线测量装置及方法,其中,该激光器光谱测量装置包括:第一光路组件和第二光路组件,第二光路组件与第一光路组件构成测量光路。其中,第二光路组件包括:FP标准具和光栅,匀化处理后的激光光束经过FP标准具以产生干涉条纹;以及光栅在测量光路中设置于FP标准具之后,用于对经过FP标准具的激光光束进行色散处理。本发明通过FP标准具与光栅在测量光路中的“串联”设置,实现了对激光光束中心波长较宽范围的高精度测量,以及对相应线宽和E95的光谱参数的精准测量,该测量光路中无运动元件,结构简单紧凑、测量精度高、稳定性高,其相应的测量算法简单高效,具有极高的科研或商业应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光谱测量技术领域,具体涉及一种激光器光谱在线测量装置及方法。
背景技术
在半导体芯片加工领域,随着对IC芯片特征尺寸要求越来越小,对光刻机性能要求越来越高,为了实现更细的线条,希望光刻机采用的光源的中心波长越来越小,从原来的365nm汞灯到248nm和193nm的准分子激光器光源,以及13.5nm EUV光源。其中,准分子激光器因其能量大、线宽窄、波长短,效率高,是半导体芯片加工领域应用最广泛的光源,例如,常用的有KrF准分子激光器和ArF准分子激光器,中心波长分别为248nm和193nm。
在光刻机曝光过程中要求准分子激光器的中心波长、线宽和E95等光谱参数保持稳定,否则会引起曝光线条变宽,导致芯片的良品率下降。对于110nm工艺节点,要求激光器的中心波长稳定性高于0.05pm,而对于28nm工艺节点,要求激光器的中心波长稳定性高于0.03pm。同时,受制于光刻机投影物镜的色散校准能力,要求曝光光源具有极窄的线宽,对于110nm工艺节点,一般要求激光器的线宽小于0.35pm,E95小于0.75pm,而对于28nm工艺节点,要求激光器的线宽要小于0.2pm,E95小于0.4pm。也即,光刻用准分子激光器光源要求具有很高的波长稳定性和极窄的线宽。
为此,准分子激光器内部可以设置检测模块,在线实时测量激光器的中心波长、线宽和E95,一方面可以实时测量激光器的光谱参数,另一方面,也为激光器实现光谱参数的闭环反馈提供重要参数。
在线测量激光器中心波长和线宽的方法主要是基于Fabry-Perot标准具(以下简称FP标准具)的测量方法,因为FP标准具法体积小,光谱分辨率高,是高精度测量准分子激光器中心波长、线宽和E95的常用方法。然而,为了实现亚皮米级(0.2~0.35pm)线宽和高精度的中心波长测量精度(0.01~0.1pm),一般要求FP标准具的自由光谱程在十几到几十皮米,因此无法覆盖准分子激光器整个波长调节范围(约400pm)。
现有技术中,具有采用FP标准具和光栅联合的方式测量中心波长、线宽和E95,内部用分束镜将激光器的激光光束分为两束,一路经过准直光路照射到光栅上,经过光栅色散后,经过会聚镜照射到CCD相机上,用于中心波长的粗测,另一路光经过匀光光路后照在FP标准具上,经FP标准具干涉后入射至CCD相机上,用于中心波长的精测以及线宽和E95的测量。通过上述光路结构的设计,使光栅的干涉条纹和FP标准具的干涉条纹能够照在同一个CCD上,但仍然需要经过光束的分束和合束,其导致光路结构复杂,装调难度大,同时在算法上,还需要分别计算光栅干涉条纹和FP标准具干涉条纹的位置信息,然后才能计算激光光束的中心波长,计算方法十分复杂。
另外,还具有采用两个FP标准具测量激光器中心波长、线宽和E95,其中一路FP标准具自由光谱(400pm)比较大,用于中心波长的粗测,另一路FP标准具自由光谱程(10pm)比较小,用于中心波长的精测以及线宽和E95的测量。为此采用分束镜将激光器产生的激光光束分为两束,再加入两个匀光组件,两个CCD,这直接造成了测量装置的体积大,成本高,另外需要同时计算两个FP标准具的中心波长以得到中心波长精确值,计算量太大,而且还要求两个FP标准具数据必须同步,对采集电路要求很高。
最后,现有还存在采用FP标准具和光栅串联的方式,光束先经过FP标准具,后面通过一个狭缝对光束进行选择,透过该狭缝的光束经过准直光路后照射到光栅上,经过光栅衍射后的光束再经过另一狭缝照射到PMT(光电倍增管)上。此时,当准分子激光器的中心波长改变时,PMT的光强会急速下降,从而实现中心波长高精度测量。然而当激光器的中心波长改变时,需要改变两个狭缝的位置,或者旋转光栅的角度和调整FP标准具的距离,或者改变FP标准具之间的氮气压腔,这需要精度极高的位移台或压强控制结构和高精度气体控制结构,以及同步控制***,结构过于复杂,成本太高,显然运行稳定性差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有技术中应用于激光器光谱测量的光路结构过于复杂、体积太大、成本过高以及计算量太大和运行稳定性太差等技术问题,本发明公开了一种激光器光谱在线测量装置及其方法。
(二)技术方案
本发明的一个方面公开了一种激光器光谱在线测量装置,包括:第一光路组件和第二光路组件,第一光路组件用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理,第二光路组件与第一光路组件构成测量光路,用于对经过第一光路组件匀化处理后的激光光束进行色散成像,其中,第二光路组件包括:FP标准具和光栅,匀化处理后的激光光束经过FP标准具以产生干涉条纹;以及光栅在测量光路中设置于FP标准具之后,或者设置于所述FP标准具之前,用于对经过FP标准具的激光光束进行色散处理。
根据本发明的实施例,第一光路组件包括:沿测量光路依次设置的第一分束镜、第二分束镜、匀光组件,第一分束镜用于将激光器出射的一部分激光光束反射至第二分束镜;第二分束镜用于将被第一分束镜反射至的一部分激光光束入射至匀光组件;匀光组件用于对经第二分束镜入射的激光光束进行匀化处理。
根据本发明的实施例,匀光组件包括:沿测量光路依次设置的光学匀光元件、第一会聚镜和第一反射镜;其中:匀光元件用于对激光光束进行匀化,以消除激光光束的光斑不均匀性和方向不稳定性对激光器光谱在线测量的影响;第一会聚镜用于将经过匀光元件匀化处理后的激光光束会聚至第一反射镜;第一反射镜用于将第一会聚镜会聚后的激光光束反射至第二光路组件中。
根据本发明的实施例,激光器光谱在线测量装置还包括:能量测量组件,对应设置于第二分束镜反射至的另一部分激光光束的光路设置,用于对激光器的激光光束的能量进行实时测量。
根据本发明的实施例,第二光路组件包括:沿测量光路依次设置的扩散片、视场光阑、准直镜,扩散片用于对经过第一光路组件匀化处理后的激光光束进行发散处理;视场光阑用于控制经过扩散片发散处理后的激光光束在色散成像过程中的成像范围;准直镜在测量光路中设置于FP标准具之前,用于保证入射至FP标准具的激光光束的准直特性。
根据本发明的实施例,第二光路组件还包括:沿测量光路依次设置的第二反射镜、第二会聚镜、成像设备,第二反射镜在测量光路中设置于光栅之后,用于将经过光栅的色散处理后的激光光束反射至第二会聚镜;第二会聚镜用于将经过第二反射镜反射后的激光光束会聚至成像设备;成像设备用于对经过第二会聚镜的激光光束进行成像。
根据本发明的实施例,FP标准具包括:第一光学镜片和第二光学镜片,第一光学镜片的第一迎光面与入射至FP标准具的激光光束的入射方向不相互垂直;以及第二光学镜片的第二迎光面与第一光学镜片的第一背光面相互平行,第二光学镜片的第二背光面与自FP标准具出射的激光光束的出射方向不相互垂直。
根据本发明的实施例,第一光学镜片的第一背光面上镀设第一高反膜;以及第二光学镜片的第二迎光面上镀设第二高反膜。
根据本发明的实施例,光栅为中阶梯光栅,其闪耀角为α,α≥70度。
本发明的另一个方面公开了一种激光器,包括:上述的激光器光谱在线测量装置和放电装置、电源装置、线宽压窄装置,放电装置用于产生入射至激光器光谱在线测量装置的激光光束;电源装置用于对放电装置进行泵浦以使得放电装置产生激光光束;以及线宽压窄装置用于产生极窄线宽的激光光束,调节激光光束的中心波长和输出稳定性;其中,激光器光谱在线测量装置用于实时监测激光光束的光谱参数,并向线宽压窄装置进行反馈。
本发明的又一个方面公开了一种激光器光谱在线测量方法,应用于上述的激光器光谱在线测量装置,实现对激光器产生的激光光束的光谱参数的在线测量。
根据本发明的实施例,激光器光谱在线测量方法包括:
获取所述激光器出射的激光光束的中心波长λ为:
λ=λf+k·FSR,且|λ-λg|≤FSR/2
其中,λg为基于所述激光器光谱在线测量装置的光栅获取的所述激光光束的第一中心波长,基于所述激光器光谱在线测量装置的FP标准具获取的所述激光光束的第二中心波长,k为整数,FSR为FP标准具的自由光谱程。
基于所述激光光束的中心波长λ和所述FP标准具获取的干涉条纹的半径r及其宽度dr,获取所述激光光束的谱线宽度△λ为:
其中,f为所述激光器光谱在线测量装置的第二会聚镜的焦距。
根据所述激光光束的谱线宽度△λ获取所述光谱参数的光谱线宽和E95。
(三)有益效果
本发明的一个方面公开了一种激光器光谱在线测量装置,包括:第一光路组件,用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理,第二光路组件,与第一光路组件构成测量光路,用于对经过第一光路组件匀化处理后的激光光束进行色散成像,其中,第二光路组件包括:FP标准具,匀化处理后的激光光束经过FP标准具以产生干涉条纹;以及光栅,在测量光路中设置于FP标准具之后,用于对经过FP标准具的激光光束进行色散处理。本发明通过FP标准具与光栅在测量光路中的“串联”设置,实现了对激光光束中心波长较宽范围的高精度测量,以及对相应线宽和E95的光谱参数的精准测量,该测量光路中无运动元件,结构简单紧凑、测量精度高、稳定性高,其相应的测量算法简单高效,具有极高的科研或商业应用价值。
附图说明
图1是根据本发明实施例的激光器光谱在线测量装置的结构组成示意图;
图2是根据本发明实施例的激光器的结构组成示意图;
图3是根据本发明实施例的激光光束的中心波长及其对应干涉条纹的分布示意图;
图4是根据本发明实施例的激光光束的线宽和E95的计算原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
为解决现有技术中应用于激光器光谱在线测量的光路结构过于复杂、体积太大、成本过高以及计算量太大和运行稳定性太差等技术问题,本发明公开了一种激光器光谱在线测量装置、方法和激光器。
本发明的一个方面公开了一种激光器光谱在线测量装置4,如图1所示,包括:第一光路组件G1和第二光路组件G2,第一光路组件G1用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理,第二光路组件G2用于对经过第一光路组件G1匀化处理后的激光光束进行色散成像。其中,第二光路组件G2与第一光路组件G1构成该激光器光谱在线测量装置4的测量光路,第二光路组件G2沿该测量光路设置于第一光路组件G1之后。
其中,如图1所示,第二光路组件G2包括:FP标准具15和光栅18,匀化处理后的激光光束经过FP标准具15以产生干涉条纹;光栅18在测量光路中设置于FP标准具15之后,即该FP标准具15和光栅18采用“串联”形式的光路设计。该光栅18用于对经过FP标准具15的激光光束进行色散处理。
根据本发明的实施例,具体地,光栅18可以是中阶梯光栅,不同波长的激光光束经过光栅18的色散角不一致,以用于实现对激光光束的大角度色散。其中,该中阶梯光栅的闪耀角为α,α≥70度,以使得色散效果更好。
另外,该光栅在测量光路中还可以设置于FP标准具之前,使得经过第一光路组件G1匀化之后的激光光束先在该光栅上进行色散,再进入到FP标准具产生干涉条纹。该干涉-色散的过程与上述实施例中的色散-干涉的过程对该激光器光谱在线测量装置4的光谱参数的测量并无明显不同。具体地,在本发明实施例中,以前述的光栅在测量光路中设置于FP标准具之后为例,对该该激光器光谱在线测量装置4进行详细说明。本领域技术人员应当理解,其并非是对权利要求书保护范围的限定。
因此,本发明的FP标准具15和光栅18的“串联”形式的光路设计,使得激光光束不再需要经过分束和合束,就可以得到含有测量所需要的全部光谱信息的干涉条纹,光谱参数测量算法简单。实现了对激光光束中心波长较宽范围的高精度测量,以及对相应线宽和E95的光谱参数的精准测量,该测量光路中无运动元件,结构简单紧凑、测量精度高、稳定性高,其相应的测量算法简单高效,具有极高的科研或商业应用价值。
根据本发明的实施例,如图1所示,第一光路组件G1包括:沿测量光路依次设置的第一分束镜5、第二分束镜6、匀光组件8,第一分束镜5用于将激光器出射的一部分激光光束反射至第二分束镜6,其中,自激光器出射的激光光束中,占大比例的另一部分激光光束可以透过第一分束镜5直接向该激光器光谱在线测量装置4之外出射。第二分束镜6用于将被第一分束镜5反射至的一部分激光光束入射至匀光组件8。匀光组件8用于对经第二分束镜6入射至的激光光束进行匀化处理。其中,第一分束镜5和第二分束镜6可以为平板玻璃,其材料可以为CaF2或准分子级熔石英。另外,在第一分束镜5和第二分束镜6的外表面可以不进行镀膜设置,以确保二者的使用寿命更长。
根据本发明的实施例,如图1所示,激光器光谱在线测量装置4还包括:能量测量组件7,对应设置于第二分束镜6反射至的另一部分激光光束的光路设置,用于对激光器出射的激光光束的能量进行实时测量。具体地,被第一分束镜5反射至的占大比例的一部分激光光束经第二分束镜6透射后入射至匀光组件8,占少比例的另一部分激光光束则被第二分束镜6反射至另一光路,该光路对应用于测量激光光束的能量。能量测量组件7对应于该光路设置,具体可以是由能量探测器或者光电二极管组成的结构组件,以接收被第二分束镜6反射至的激光光束,用于在激光器出射激光光束时,实时测量该激光光束的能量。
根据本发明的实施例,如图1所示,匀光组件8包括:沿测量光路依次设置的光学匀光元件9、第一会聚镜10和第一反射镜11。其中,匀光元件9可以是微透镜阵列或者是积分棒,用于对经第二分束镜6入射至的激光光束进行匀化,以消除因该激光光束的光斑不均匀性和方向不稳定性对激光器光谱在线测量的影响。第一会聚镜10用于将经过匀光元件9匀化处理后的激光光束会聚至第一反射镜11。第一反射镜11的迎光面上可以镀设一层高反膜,用于将第一会聚镜10会聚后的激光光束反射至第二光路组件G2中,第一反射镜11改变了测量光路的结构设计,使得其结构更加紧凑,有利于该激光器光谱在线测量装置的体积小型化。
根据本发明的实施例,如图1所示,第二光路组件G2包括:沿测量光路依次设置的扩散片12、视场光阑13、准直镜14。其中,扩散片12用于对经过第一光路组件G1的匀光组件8匀化处理后的激光光束进行发散,具体地,该激光光束经过第一反射镜11反射入射至扩散片12的迎光面。视场光阑13用于控制经过扩散片12发散处理后的激光光束在色散成像过程中的成像范围,激光光束最后经过测量光路,照射至成像设备,并被成像设备捕获形成干涉图像,视场光阑13用于控制其在成像设备上的成像范围。准直镜14在测量光路中设置于FP标准具15之前,用于保证入射至FP标准具15的激光光束的准直特性。
根据本发明的实施例,如图1所示,第二光路组件G2还包括:沿测量光路依次设置的第二反射镜19、第二会聚镜20、成像设备21。其中,第二反射镜19在测量光路中设置于光栅18之后,用于将经过光栅18色散处理后的激光光束反射至第二会聚镜20。第二会聚镜20用于将经过第二反射镜19反射后的激光光束会聚至成像设备21,该成像设备21可以是具有激光光束捕获或接收功能的CCD相机,CCD相机用于实现对激光光束的干涉-色散成像。成像设备21用于对经过第二会聚镜20入射至的激光光束进行成像。其中,第二反射镜19进一步改变了测量光路的结构设计,使得其结构更加紧凑,有利于对该激光器光谱在线测量装置进一步的体积小型化。
根据本发明的实施例,如图1所示,FP标准具15包括:第一光学镜片16和第二光学镜片17,第一光学镜片16和第二光学镜片17可以为相同形状结构、彼此高度平行设置的镜片,具体可以是剖面为直角梯形的平板结构,每个镜片都包括有迎光面和出光面。其中,第一光学镜片16的第一迎光面与入射至FP标准具15的激光光束的入射方向不相互垂直;第二光学镜片17的第二迎光面与第一光学镜片16的第一背光面相互平行,第二光学镜片17的第二背光面与自FP标准具15出射的激光光束的出射方向不相互垂直。换言之,第一光学镜片16的第一迎光面可以与第二光学镜片17的第二出光面相互平行。具体地,经过准直镜14准直入射的激光光束进入FP标准具,入射至该第一光学镜片16的第一迎光面上,入射方向即该准直镜14入射的方向。激光光束进入第一光学镜片16,并经过第一光学镜片16的第一出光面出射,进入第一光学镜片16的第一出光面和第二光学镜片17的第二迎光面之间的间隙,在该间隙中被第一光学镜片16的第一出光面和第二光学镜片17的第二迎光面多次反复反射,最后经过第二光学镜片17,自该第二光学镜片17的第二出光面出射,即自该FP标准具15出射至光栅18,该激光光束的出射方向即为入射至光栅18的方向。
根据本发明的实施例,第一光学镜片16的第一背光面上镀设第一高反膜;以及第二光学镜片17的第二迎光面上镀设第二高反膜。FP标准具15作为一种高精密的光学元件,其镀设的高反膜的膜层反射系数一般需要大于95%,使得光束入射到FP标准具15上时,会被该两个高反膜多次反射,以发生多光束干涉。
本发明的另一个方面公开了一种激光器,如图2所示,该激光器包括:上述的激光器光谱在线测量装置4和放电装置1、电源装置2、线宽压窄装置3。其中,放电装置1包括放电腔,放电腔内部含有氟气(F2)或惰性气体(例如氩气Ar或氪气Kr等)等,用于在经过电源装置2的高压泵浦后,产生入射至激光器光谱在线测量装置的激光光束,例如中心波长为193nm或者248nm激光光束。电源装置2包括高压电源,用于对放电装置1的放电腔进行高压泵浦以使得放电装置1产生激光光束。线宽压窄装置3包括线宽压窄模块,用于产生极窄线宽的激光光束,调节激光光束的中心波长和输出稳定性。激光器光谱在线测量装置4用于实时监测放电装置1出射的激光光束的光谱参数,并向线宽压窄装置进行实时反馈。具体地,激光器可以设置在线反馈控制装置,包括存储模块和控制模块,存储模块用于存储激光器光谱在线测量装置4测量的激光光谱参数,例如激光光束的能量、中心波长、线宽和E95等参数;控制模块可以依据上述存储模块的存储数据与对照参量的比对,将上述光谱参数反馈至线宽压窄装置3,以控制激光器以稳定的激光光束进行输出,实现了对激光器的状态监测和闭环反馈。其中,激光器光谱在线测量装置4具体可以依据上述公开内容,在此不作赘述。另外,本发明的激光器可以是高重频准分子激光器。
本发明的又一个方面公开了一种激光器光谱在线测量方法,应用于上述的激光器光谱在线测量装置,实现对激光器产生的激光光束的光谱参数的在线测量。
具体地,该光谱参数可以包括激光光束的能量、中心波长、线宽和E95等参数。下面以基于上述如图1或图2所示的激光器光谱在线测量装置4所测量的由放电装置1出射的激光光束的光谱参数为例,对该激光器光谱在线测量计算方法作进一步的说明。
根据本发明的实施例,激光器光谱在线测量方法可以包括:
获取所述激光器出射的激光光束的中心波长。
首先,对于FP标准具15,入射的光束满足如下公式(1):
其中λf为激光器的中心波长,n为FP标准具15内气体的折射率,d为FP标准具15的第一光学镜片16和第二光学镜片17之间的间距,m为FP标准具15的在成像设备21上获取的干涉条纹的级次,θ为FP标准具15的激光光束的出射角,则该FP标准具15对应的激光光束的波长满足公式(2):
其中,r为成像设备21上获取对应FP标准具15的干涉条纹半径,f为第二会聚镜20的焦距。
另外,入射至光栅18的激光光束的波长满足光栅公式(3):
其中,dg为光栅常数,mg为光栅级次,θg为激光光束入射到光栅18的入射角,βg为激光光束自光栅18的出射角。可见,波长λg的变化与出射角βg成正比,即满足公式(4):
dλg=kg·dβg
其中,kg是光栅的角度色散系数。
换言之,经FP标准具15干涉产生的干涉条纹会因光栅18的衍射效果而被平移了dβg。如图3所示,当该干涉条纹的中心偏移量为dc时,上述公式(3)还可以转换为如下公式(5):
其中,为光栅的线性散系数;该λg为经过光栅18的激光光束中心波长的粗测结果。根据FP标准具15所测得该激光光束中心波长λf(即公式(2)),设FP标准具15的自由光谱程为FSR,则该激光光束的实际中心波长满足如下公式(6):
λ=λf+k·FSR,且|λ-λg|≤FSR/2
其中k为整数,该公式(6)的λ即为上述待测激光光束的中心波长精确值。据此,可以实现对激光光束的中心波长进行实时监测,也可以将上述公式(6)的λ反馈到如图2所示的激光器的线宽压窄装置3,用于实现对激光光束中心波长的闭环反馈。
基于所述FP标准具获取的干涉条纹的半径及其宽度,获取所述激光光束的谱线宽度。
此外,待测激光光束的线宽FWHM和E95是FP标准具关于干涉条纹的宽度dr的函数。其中激光器光谱的谱线宽度△λ与干涉条纹的宽度dr之间的变化关系满足公式(7):
根据所述激光光束的谱线宽度获取所述光谱参数的光谱线宽和E95。
为了精确测量激光器的线宽FWHM和E95,同时避免积分运算,取FP标准具不同干涉条纹不同高度的宽度值dr1、dr2、dr3、dr4、…drp,带入上述公式(7),计算得到激光器光谱的不同谱线宽度△λ1、△λ2、△λ3、△λ4、…△λp,如图4所示,此时激光光束的线宽FWHM和E95,可以表示如下公式(8)和公式(9):
FWHM=[Δλ1 Δλ2 … Δλp 1]·[h1 h2 … hp hp+1]T
E95=[Δλ1 Δλ2 … Δλp 1]·[e1 e2 … ep ep+1]T
其中,H=[h1 h2 … hp hp+1]T为激光光束的线宽FWHM的系数;E=[e1 e2 … epep+1]T为激光光束的E95的系数。
关于上述公式(8)和公式(9)中对应激光光束的线宽FWHM系数H和E95系数E,测量i组线宽和E95的真实值(i≥p+1),得到i组线宽FWHM、E95和对应的不同高度的谱线宽度值△λ1、△λ2、△λ3、△λ4、…△λp,建立如下公式(10)和公式(11):
基于上述公式(10)和公式(11),通过最小二乘法或者多元线性回归等方法,即可得到待测激光光束的线宽FWHM系数H和E95系数E。具体地,将上述公式(10)和公式(11)的线宽FWHM系数H和E95系数E,带入公式(8)和公式(9),即可实时计算激光光束的线宽FWHM和E95,并且可以通过反馈到激光器,通过放电延迟时间的控制实现激光器线宽FWHM和E95闭环反馈。
因此,基于本发明的激光器光谱在线测量装置,该激光器光谱在线测量方法只需要处理干涉条纹的中心和峰值就可以直接得到待测激光光束的中心波长、线宽和E95,该激光器光谱在线测量装置的光路设计结构简单,测量计算方法简单实用,测量精度极高,有极大地科研和商业价值。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光器光谱在线测量装置,其特征在于,包括:
第一光路组件,用于对激光器出射的激光光束进行匀化处理,
第二光路组件,与所述第一光路组件构成测量光路,用于对经过所述第一光路组件匀化处理后的激光光束进行色散成像,
其中,所述第二光路组件包括:
FP标准具,匀化处理后的所述激光光束经过所述FP标准具以产生干涉条纹;以及
光栅,用于直接对经过所述FP标准具的激光光束进行色散处理,使得所述干涉条纹移动到不同成像位置;或者
光栅,用于对经过匀化处理后的所述激光光束进行色散处理,
FP标准具,经过所述光栅色散处理的激光光束直接经过所述FP标准具之后产生可移动到不同成像位置的干涉条纹。
2.根据权利要求1所述的激光器光谱在线测量装置,其特征在于,所述第一光路组件包括:沿所述测量光路依次设置的第一分束镜、第二分束镜和匀光组件,其中:
所述第一分束镜,用于将激光器出射的一部分激光光束反射至所述第二分束镜;
所述第二分束镜,用于将被所述第一分束镜反射至的一部分激光光束入射至所述匀光组件;
所述匀光组件,用于对经所述第二分束镜入射的激光光束进行匀化处理。
3.根据权利要求2所述的激光器光谱在线测量装置,其特征在于,所述匀光组件包括:沿所述测量光路依次设置的光学匀光元件、第一会聚镜和第一反射镜;其中:
所述匀光元件,用于对所述激光光束进行匀化,以消除激光光束的光斑不均匀性和方向不稳定性对激光器光谱测量的影响;
第一会聚镜,用于将经过所述匀光元件匀化处理后的激光光束会聚至所述第一反射镜;
第一反射镜,用于将所述第一会聚镜会聚后的激光光束反射至所述第二光路组件中。
4.根据权利要求2所述的激光器光谱在线测量装置,其特征在于,该激光器光谱测量装置还包括:
能量测量组件,对应设置于所述第二分束镜反射至的另一部分激光光束的光路,用于对所述激光器的激光光束的能量进行实时测量。
5.根据权利要求1所述的激光器光谱在线测量装置,其特征在于,所述第二光路组件包括:沿所述测量光路依次设置的扩散片、视场光阑和准直镜,其中:
所述扩散片,用于对经过所述第一光路组件匀化处理后的激光光束进行发散处理;
所述视场光阑,用于控制经过所述扩散片发散处理后的激光光束在所述色散成像过程中的成像范围;
所述准直镜,在所述测量光路中设置于所述FP标准具之前,用于保证入射至所述FP标准具的激光光束的准直特性。
6.根据权利要求1所述的激光器光谱在线 测量装置,其特征在于,所述第二光路组件还包括:沿测量光路依次设置的第二反射镜、第二会聚镜和成像设备,其中:
所述第二反射镜,在所述测量光路中设置于所述光栅之后,用于将经过所述光栅的色散处理后的激光光束反射至所述第二会聚镜;
所述第二会聚镜,用于将经过所述第二反射镜反射后的激光光束会聚至所述成像设备;
所述成像设备,用于对经过所述第二会聚镜的激光光束进行成像。
7.根据权利要求1所述的激光器光谱在线测量装置,其特征在于,所述光栅为中阶梯光栅,其闪耀角为α,α≥70度。
8.一种激光器光谱在线测量方法,其特征在于,应用于权利要求1-7中任一项所述的激光器光谱在线测量装置,实现对激光器产生的激光光束的光谱参数的在线测量。
9.根据权利要求8所述的激光器光谱在线测量方法,其特征在于,包括:
获取所述激光器出射的激光光束的中心波长λ为:
λ=λf+k·FSR,且|λ-λg|≤FSR/2
其中,λg为基于所述激光器光谱在线测量装置的光栅获取的所述激光光束的第一中心波长,λf为基于所述激光器光谱在线测量装置的FP标准具获取的所述激光光束的第二中心波长,k为整数,FSR为FP标准具的自由光谱程;
基于所述激光光束的中心波长λ和所述FP标准具获取的干涉条纹的半径r及其宽度dr,获取所述激光光束的谱线宽度Δλ为:
其中,f为所述激光器光谱在线测量装置的第二会聚镜的焦距;
根据所述激光光束的谱线宽度Δλ获取所述光谱参数的光谱线宽和E95。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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