CN112510475B - 一种调节激光器输出波长的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及激光器技术领域，提供了一种调节激光器输出波长的方法，包括：测量激光器的输出波长；判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。本公开还提供了一种调节激光器输出波长的装置。利用本公开，大大缩短了激光器输出波长的调节时间，扩展了波长调节范围，提高了波长调节的稳定性。

Description

一种调节激光器输出波长的方法及装置
技术领域
本公开涉及激光器技术领域，特别是光刻用的准分子激光器，更具体地，涉及一种调节激光器输出波长的方法及装置。
背景技术
准分子激光器是一种波长处于紫外波段的脉冲气体激光器，其工作物质采用氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体和氟、氯、溴等卤族元素。在基态时，惰性气体和卤族元素这两种原子的气体呈混合状，被短脉冲电流激发到高能级时生成化合物，化合物的每个分子由惰性气体和卤族元素各贡献一个原子组成，呈准分子态。在准分子态时，当电子从高能级跃迁到低能级时辐射出紫外激光，使得准分子激光器能够发出激光。
最常见的准分子激光器有氟化氩ArF、氟化氪KrF和氯化氙XeCl等，其中心波长分别为193nm、248nm和308nm，因其能量大、波长短，是半导体光刻的理想光源。
但是，在曝光过程中，准分子激光器中心波长的变化会引起光刻机成像面的位置变化，从而引起曝光线条变宽，刻片效果不佳，芯片的良品率下降。
为了使准分子激光器输出稳定的中心波长，提高芯片的良品率，准分子激光器中一般都设置有在线检测模块，当在线检测模块检测到准分子激光器的中心波长变化时，将变化量传递给准分子激光器中波长调节装置，该波长调节装置根据波长变化量大小，调整准分子激光器的输出波长，从而保证准分子激光器输出中心波长稳定的激光光束。
在实际光刻过程中，由于硅片不平整或者投影物镜焦平面偏移，导致刻片效果不佳，为了弥补或克服上述缺陷，要求激光器不但具备波长调节功能，而且波长调节的范围要大，波长调节的时间要快，波长调节的稳定性要高。
发明内容
有鉴于此，本公开提供了一种调节激光器输出波长的方法及装置。
本公开的第一方面，提供了一种调节激光器输出波长的方法，包括：测量激光器的输出波长；判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。
根据本公开的实施例，所述根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，包括：判断激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值是否超出小量程电机驱动器的调节范围，如果波长差值超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长；如果波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长。
根据本公开的实施例，所述波长差值超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，包括：根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，将激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值调节至小于小量程电机驱动器调节范围；其中，n为第个n控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1为积分参数。
根据本公开的实施例，所述波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长，包括：对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦，使得大量程电机驱动器和小量程电机驱动器不同时动作。
根据本公开的实施例，所述对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦，包括：根据激光器的实际波长设置波长阈值参数c，判断波长差值绝对值|e|与波长阈值参数c的大小关系；如果波长差值绝对值|e|小于或等于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en，采用小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；如果波长差值绝对值|e|大于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长；其中，n为第个n控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数。
根据本公开的实施例，该方法还包括：设置所述波长阈值参数c具有一个弛豫区间d＞c＞f，用以减少大量程电机驱动器和小量程电机驱动器的误动作，其中：当波长差值绝对值|e|＞d，直至逼近f时，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间大于d及区间d～f时采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长；当波长差值绝对值|e|＜f，直至逼近d时，采用小量程电机驱动器调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间小于f及区间d～f时采用小量程电机驱动器调节激光器的输出波长。
根据本公开的实施例，所述波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长，包括：对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行柔性解耦，使得大量程电机驱动器和小量程电机驱动器不同时动作。
根据本公开的实施例，所述对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行柔性解耦，包括：根据波长差值e的变化调整电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en及ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en中Kp1、Ki1、Kp2、Ki2的值，得到优化后的大量程电机驱动器和小量程电机驱动器调节步数关系式如下：
ΔP1n＝k1*|e|(en-en-1)+k2*|e|en
Figure BDA0002811390310000041
当波长差值绝对值|e|趋向于0时，大量程电机驱动器输出趋向于0，小量程电机驱动器开始起主要作用，由小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；当波长差值绝对值|e|逐渐增大时，大量程电机驱动器逐渐起主要作用，由大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长；其中，n为第个n控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数，k1为大量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k2为大量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k3为小量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k4为小量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k1、k2、k3、k4均大于0。
根据本公开的实施例，所述根据波长差值e的变化调整电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en及ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en中Kp1、Ki1、Kp2、Ki2的值，是采用以下公式实现的：
Kp1＝k1*|e|
Ki1＝k2*|e|
Figure BDA0002811390310000042
Figure BDA0002811390310000043
本公开的另一方面，提供了一种调节激光器输出波长的装置，包括：大量程电机驱动器，用于快速调节激光器的输出波长；小量程电机驱动器，用于高精度调节激光器的输出波长；波长测量模块，用于测量激光器的输出波长；控制模块，用于判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。
根据本公开的实施例，所述波长测量模块实时测量或采用固定时间间隔测量激光器的输出波长。
根据本公开的实施例，所述控制模块实时查询或采用固定时间间隔查询所述波长测量模块测量的激光器的输出波长，并根据查询的激光器的输出波长执行所述判断。
根据本公开的实施例，本公开提供的这种调节激光器输出波长的方法及装置，通过实时测量激光器的输出波长，根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等，大大缩短了激光器输出波长的调节时间，扩展了波长调节范围，提高了波长调节的稳定性。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置的结构示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置的应用场景；
图3示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的方法流程图；
图4示意性示出了根据本公开实施例一的对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦的方法流程图；
图5示意性示出了根据本公开实施例二的对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行改进的解耦的方法流程图；
图6示意性示出了根据本公开实施例三的对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行柔性解耦的方法流程图。
【附图标记】：
测量模块1、控制模块2、大量程电机驱动器3、小量程电机驱动器4、激光器光学模块5
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
本公开的实施例提供了一种调节激光器输出波长的方法及装置。其中，该调节激光器输出波长的装置如图1和图2所示，图1示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置的结构示意图，图2示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置的应用场景。需要注意的是，图2所示仅为可以应用本公开实施例的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他设备、***、环境或场景。
如图1和图2所示，根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置包括波长测量模块1、控制模块2、大量程电机驱动器3和小量程电机驱动器4，其中：大量程电机驱动器3用于快速调节激光器的输出波长；小量程电机驱动器4用于高精度调节激光器的输出波长；波长测量模块1用于测量激光器的输出波长；控制模块2用于判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。
在本公开实施例中，激光器的输出波长是由图2所示的激光器光学模块5输出，波长测量模块1实时测量或采用固定时间间隔测量激光器光学模块5的输出波长，控制模块2实时查询或采用固定时间间隔查询波长测量模块1测量的激光器光学模块5输出波长，并根据查询的激光器光学模块5输出波长执行所述判断。
在本公开实施例中，波长测量模块1实时测量或采用固定时间间隔测量激光器光学模块5的输出波长，由于工作环境的不同，该输出波长有可能会带有噪声信号。控制模块2实时查询或采用固定时间间隔查询波长测量模块1测量的可能带有噪声信号的激光器光学模块5输出波长，需要进一步对该输出波长进行滤波处理，以去除该噪声信号。在进行滤波处理时，控制模块2可以采用低通滤波器或者卡尔曼滤波器，滤波去除该噪声信号后得到激光器的输出波长。接着，控制模块2判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果相等，则无需对激光器的输出波长进行调节；如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值驱动大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个；当大量程电机驱动器3转动，带动电机驱动丝杠移动，进而调节激光器光学模块5的输出波长大幅变化；当小量程电机驱动器2转动，带动电机驱动丝杠移动，调节激光器光学模块5的输出波长高精度变化，直至激光器光学模块5的输出波长与目标波长相等。
本公开提供的这种调节激光器输出波长的装置，波长测量模块1实时测量激光器的输出波长，控制模块2根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等，大大缩短了激光器输出波长的调节时间，扩展了波长调节范围，提高了波长调节的稳定性。
基于上述图1和图2示意性示出的根据本公开实施例的调节激光器输出波长的装置，图3示意性示出了根据本公开实施例的调节激光器输出波长的方法流程图。
如图3所示，根据本公开实施例的调节激光器输出波长的方法，具体包括：
步骤1：测量激光器的输出波长；
步骤2：判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。
在本公开实施例中，步骤1中所述测量激光器的输出波长，是由波长测量模块1实时测量或采用固定时间间隔测量激光器光学模块5的输出波长，由于工作环境的不同，该输出波长有可能会带有噪声信号。
在本公开实施例中，步骤2中所述判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，是由控制模块2执行的，在控制模块2执行该判断之前，控制模块2实时查询或采用固定时间间隔查询波长测量模块1测量的可能带有噪声信号的激光器光学模块5输出波长，然后对该输出波长进行滤波处理，以去除该噪声信号。在进行滤波处理时，控制模块2可以采用低通滤波器或者卡尔曼滤波器，滤波去除该噪声信号后得到激光器的输出波长。
在本公开实施例中，步骤2中所述根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，包括：判断激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值是否超出小量程电机驱动器的调节范围，如果波长差值超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长；如果波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长。
进一步地，在本公开实施例中，如果激光器的输出波长与目标波长相等，则无需对激光器的输出波长进行调节。
在实际调节激光器输出波长的过程中，本公开实施例提供了多种调节控制方法，这些方法均能大大加快波长的调节时间，扩展波长调节范围，测试中心波长稳定度比以往的方法至少提高一倍。
实施例一：
波长测量模块1实时测量或采用固定时间间隔测量激光器光学模块5输出的波长数据a′，控制模块3实时查询或读取波长测量模块1的波长数据a′后，经过低通滤波器或者卡尔曼滤波器后得到激光器的输出波长a。设定目标波长为b，则波长误差e＝a-b。采用波长与电机驱动步数PID控制，其中电机最小单位步数与波长误差的关系采用如下公式表征：
ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en 公式(1-1)
ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en 公式(1-2)
其中，n为第个n控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数。
控制模块3判断激光器的输出波长α与目标波长b之间的波长差值e是否超出小量程电机驱动器的调节范围，如果波长差值e超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，具体包括：根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，即公式(1-1)，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，将激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值调节至小于小量程电机驱动器调节范围。
如果波长差值e未超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长，此时为了保证大量程电机驱动器3和小量程电机驱动器4不同时动作，则需要对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦，解耦方法如图4所示，具体包括：
步骤10：根据激光器的实际波长设置波长阈值参数c；
步骤11：判断波长差值绝对值|e|与波长阈值参数c的大小关系；
步骤12：如果波长差值绝对值|e|小于或等于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en，即公式(1-2)，采用小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；
步骤13：如果波长差值绝对值|e|大于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，即公式(1-1)，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长。
实施例二：
在本实施例中，波长差值e超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，与实施例一相同，此处就不再赘述。
在波长差值e未超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长时，为了增大大量程电机驱动器3的动作区域，需要波长阈值参数c尽可能小。
为了避免波长阈值参数c减小带来的抖动，本实施例提供了一种改进的解耦方法，该改进的解耦方法如图5所示，具体包括：
步骤20：根据激光器的实际波长设置波长阈值参数c，且设置所述波长阈值参数c具有一个弛豫区间d＞c＞f，用以减少大量程电机驱动器和小量程电机驱动器的误动作；
步骤21：判断波长差值绝对值|e|与波长阈值参数c的大小关系；
步骤22：当波长差值绝对值|e|＞d，直至逼近f时，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间大于d及区间d～f时采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，以保证激光器输出稳定中心波长的光束；
步骤23：当波长差值绝对值|e|＜f，直至逼近d时，采用小量程电机驱动器调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间小于f及区间d～f时采用小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长，以保证激光器输出稳定中心波长的光束。
需要说明的是，在本实施例中，激光器首次调节传输光路时，需要手动调整小量程电机驱动器4的位置，使得目标波长在小量程电机驱动器4的原点位置附近。在传输光路调节完毕后，不需再手动调节小量程驱动器4的位置。
实施例三：
在本实施例中，波长差值e超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，与实施例一相同，此处就不再赘述。
在波长差值e未超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长时，为了进一步提高激光器输出波长调节的稳定性，对实施例一进行了改进，取消了波长阈值参数c，并提出了柔性解耦的方法，对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行柔性解耦，使得大量程电机驱动器和小量程电机驱动器不同时动作，该柔性解耦方法如图6所示，具体包括：
步骤31：优化大量程电机驱动器和小量程电机驱动器调节步数关系式，即优化公式(1-1)和公式(1-2)；
在本步骤中，根据波长差值e的变化调整电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en及ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en中Kp1、Ki1、Kp2、Ki2的值，具体见公式(2-1)、公式(2-2)、公式(2-3)和公式(2-4)，优化新的系数得到优化后的大量程电机驱动器和小量程电机驱动器调节步数关系式如公式(2-5)和公式(2-6)所示：
Kp1＝k1*|e| 公式(2-1)
Ki1＝k2*|e| 公式(2-2)
Figure BDA0002811390310000111
Figure BDA0002811390310000112
ΔP1n＝k1*|e|(en-en-1)+k2*|e|en 公式(2-5)
Figure BDA0002811390310000113
其中，n为第个n控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数，k1为大量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k2为大量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k3为小量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k4为小量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k1、k2、k3、k4均大于0。
步骤32：根据优化后的大量程电机驱动器和小量程电机驱动器调节步数关系式，即公式(2-5)和公式(2-6)，判断波长差值绝对值|e|的变化趋势，控制大量程电机驱动器或小量程电机驱动器调节激光器的输出波长；
步骤33：当波长差值绝对值|e|趋向于0时，大量程电机驱动器输出趋向于0，小量程电机驱动器开始起主要作用，由小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；
步骤34：当波长差值绝对值|e|逐渐增大时，大量程电机驱动器逐渐起主要作用，由大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长。
上述各实施例所示的调节激光器输出波长的方法，可以运行在控制模块2上，输出量ΔP1n、ΔP2n通过通信协议(不限于SPI、UART、CAN等)发送到大量程电机驱动器3或小量程电机驱动器4，大量程电机驱动器3或小量程电机驱动器4执行步进动作，大量程电机驱动器3或小量程电机驱动器4执行动作到位后发送到位指令给控制模块2，完成一个控制周期。在实际应用中，需要测量一个控制周期内大量程电机驱动器3和小量程电机驱动器4最大运行距离，以保证动作能够完成。
本公开提供的这种调节激光器输出波长的方法，通过实时测量激光器的输出波长，根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等，大大缩短了激光器输出波长的调节时间，扩展了波长调节范围，提高了波长调节的稳定性。
至此，已经结合附图对本公开进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
当然，根据实际需要，本公开还可以包含其他的部分，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“步骤1”、“步骤2”、“步骤11”、“步骤12”、“步骤21”、“步骤22”等的用词，其本身并不意含及代表该步骤有任何的序数，也不代表该步骤与另一步骤的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一步骤得以和另一具有命名的步骤能作出清楚区分。
此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。
虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。
虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种调节激光器输出波长的方法，包括：
测量激光器的输出波长；
判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等；
其中，所述根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，包括：判断激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值是否超出小量程电机驱动器的调节范围，如果波长差值超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长；如果波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，则采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长；
其中，所述波长差值超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，包括：根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长，将激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值调节至小于小量程电机驱动器调节范围；其中，n为第n个控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1为积分参数；
其中，所述波长差值未超出小量程电机驱动器的调节范围，采用大量程电机驱动器和小量程电机驱动器共同调节激光器的输出波长，包括：对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦或柔性解耦，使得大量程电机驱动器和小量程电机驱动器不同时动作；
其中，所述对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行柔性解耦，包括：
根据波长差值e的变化调整电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en及ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en中Kp1、Ki1、Kp2、Ki2的值，得到优化后的大量程电机驱动器和小量程电机驱动器调节步数关系式如下：
ΔP1n＝k1*|e|(en-en-1)+k2*|e|en
Figure FDA0003587538220000021
当波长差值绝对值|e|趋向于0时，大量程电机驱动器输出趋向于0，小量程电机驱动器开始起主要作用，由小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；
当波长差值绝对值|e|逐渐增大时，大量程电机驱动器逐渐起主要作用，由大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长；
其中，n为第n个控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数，k1为大量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k2为大量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k3为小量程电机驱动器的柔性调节比例系数，k4为小量程电机驱动器的柔性调节积分系数，k1、k2、k3、k4均大于0。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对大量程电机驱动器和小量程电机驱动器进行解耦，包括：
根据激光器的实际波长设置波长阈值参数c，判断波长差值绝对值|e|与波长阈值参数c的大小关系；
如果波长差值绝对值|e|小于或等于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en，采用小量程电机驱动器高精度调节激光器的输出波长；
如果波长差值绝对值|e|大于波长阈值参数c，则根据电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en，采用大量程电机驱动器快速调节激光器的输出波长；
其中，n为第n个控制周期，ΔP1n为大量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即大量程电机驱动器的电机驱动步数；ΔP2n为小量程电机驱动器的最小运动单元倍数，即小量程电机驱动器的电机驱动步数；Kp1和Kp2为比例参数，en为第n次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，en-1为第n-1次测量时激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值，Ki1和Ki2为积分参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括：
设置所述波长阈值参数c具有一个弛豫区间d＞c＞f，用以减少大量程电机驱动器和小量程电机驱动器的误动作，其中：
当波长差值绝对值|e|＞d，直至逼近f时，采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间大于d及区间d～f时采用大量程电机驱动器调节激光器的输出波长；
当波长差值绝对值|e|＜f，直至逼近d时，采用小量程电机驱动器调节激光器的输出波长，即波长差值绝对值|e|在区间小于f及区间d～f时采用小量程电机驱动器调节激光器的输出波长。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据波长差值e的变化调整电机最小单位步数与波长差值的关系式ΔP1n＝Kp1(en-en-1)+Ki1en及ΔP2n＝Kp2(en-en-1)+Ki2en中Kp1、Ki1、Kp2、Ki2的值，是采用以下公式实现的：
Kp1＝k1*|e|
Ki1＝k2*|e|
Figure FDA0003587538220000031
Figure FDA0003587538220000032
5.一种采用权利要求1至4中任一项所述的方法调节激光器输出波长的装置，包括：
大量程电机驱动器，用于快速调节激光器的输出波长；
小量程电机驱动器，用于高精度调节激光器的输出波长；
波长测量模块，用于测量激光器的输出波长；
控制模块，用于判断激光器的输出波长与一目标波长是否相等，如果不相等，则根据激光器的输出波长与目标波长之间的波长差值控制大量程电机驱动器和小量程电机驱动器中的至少一个调节激光器的输出波长，直至激光器的输出波长与目标波长相等。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述波长测量模块实时测量或采用固定时间间隔测量激光器的输出波长。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制模块实时查询或采用固定时间间隔查询所述波长测量模块测量的激光器的输出波长，并根据查询的激光器的输出波长执行所述判断。
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