TW501320B - Laser light generating apparatus and optical apparatus using the same - Google Patents

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501320 A7 __ B7_ 五、發明説明（1 ) 1 ·發明領域 本發明係有關於作用爲如紫外線顯微鏡之光學裝置中 一光源之一種雷射光產生裝置以及用於各種型式之電子材 料與電子組件等之一種檢視裝置。更尤其是，本發明係有 關於用於產生短波長小或等於約2 0 0 n m之紫外線之一 種雷射光產生裝置。 2.相關技術說明 雷射光線因其單波長與單相位，有優越之單色性與指 向性而具凝聚性。而且，雷射光線聚焦非常細緻，因此可 以雷射光線照射小區域。而且，雷射光線一般比無線電波 具較高頻率，且因此雷射光線具較大之資訊容量。由於以 上所提到之特性，可應用雷射光線在不同領域，諸如資訊 與通訊處理，微製造，量測與醫療之領域。 使用以上所提到之雷射光線爲光源之裝置之效能通常 由雷射光線波長及其輸出穩定性加以決定。因此，迄今已 發展出一種短波長雷射，但最重要的是尙未以可完全滿足 實用條件之連續光線形式得到波長約1 8 0 n m至2 0 4 n m之雷射光線，且因此，只使用脈衝光線。因此在如掌 控需要連續光線或如鎖定模式光線之準連續光線之光碟之 技術領域中，難以使用波長約1 8 0 n m至2 0 4 n m之 雷射光線。當在一半導體曝光系統或一微結構檢視裝置， 一光學系統中使用脈衝光線時，由脈衝光線之高峰功率可 因此使曝光或檢視之類之物體到傷害。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ,· 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 -4- 501320 A7 B7 五、發明説明（2 ) 以下列方式可相當容易得到波長大或等於約2 0 4 n m之連續光線：例如，將波長大或等於4 〇 8 ^ m之光 線輸入一切成相位脗合角度之Β Β Ο ( Θ硼酸鋇：冷一 B a B 2〇4 )晶石俾能發生第二諧振代（S η g )。然而 ’這方法目前尙未完成產生波長小或等於約2 0 4 n m之 連續光線。 另一方面，有報告具較短波長（小或等於約2 0 0 n m )之紫外射線利用接近紅外線與紫外線（約2 〇 〇 n m至4 0 0 n m )之加總頻率受到連續波振盪之方法。 例如，瓦塔納伯（Wat an abe )等人已提出當中經由將氬離 子雷射S H G與藍寶石鈦雷射光線兩者輸入一非線性晶石 ，產生第三波長爲1 9 4 n m光線之一種裝置（瓦塔納伯 等人，光學通訊，第97冊，225 - 227頁（ 1 9 9 3 ))。在日本專利申請發行編號，平成1 0 -3 4 1 0 5 4中，提出當中經由Y A G雷射之第四階諧振 與藍寶石鈦雷射光之加總頻率混合，產生第三波長爲 1 9 3 n m光線之一種裝置。將以上所提到之兩輸入波加 以共振，調適這些技術，改善轉換效率，且一共振器具一 當中共振器之光學路徑部份是由兩輸入波所共享之結構。 然而，包覆佈置共享光學路徑上之光學組件，俾能滿 足兩輸入波個別波長之低損耗條件非常困難的。因此’以 上所提到之結構有一問題：那就是，共振器之精巧度下降 且因此難以有效實施波長轉換。例如，瓦塔納伯等人所得 到之實驗結果爲限制紫外線乘共振器之乘數因子至約5倍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 Ψ. 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -5- 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 〇 在後者實例中，以--波長分離鏡將所產生具第三波長 之紫外線從兩入內光束加以分離。這鏡子亦需對兩輸入波 具高反射比並對輸出波具高透射率，但如前者情況中，難 於實現這種鏡子。且因此難以實施有效之波長轉換。在這 情況中，當輸出光線強度增加時，兩高強度紫外射線彼此 重疊在一同軸光學路徑上，且這可能造成破壞到裝置。符 合要求得到上所提到高輸出情況中之光學系統之紫外線耐 久性，這要求刖一種包覆材料且因此導向轉換效率之降低 〇 而且，這些技術中所使用之藍寶石鈦雷射具非常寬廣 範圍之可調頻率，且因此，爲了長期穩定雷射之絕對波長 ，必要在一參考共振器上鎖定絕對波長或參考氣體之吸收 線列，故裝置變得複雜。 發明摘要 將這發明設計成可克服前述問題。這發明之一項目的 在提供一種雷射光產生裝置，該裝置能振盪出波長範圍小 或等於約2 0 0 n m，在高轉換效率下具穩定性之連續光 線並能降低尺寸，及提供一種利用該裝置之光學裝置。 在這發明之一雷射光產生裝置中，彼此隔空分開具第 一波長之雷射光線與具第二波長之雷射光線經由一入射表 面進入一非線性光學裝置，且彼此隔空分開具第一波長之 雷射光線，具第二波長之雷射光線及具第三波長之雷射光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — -6- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 %». 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501320 A7 B7 五、發明説明（4 ) 線經由一外出表面從非線性光學裝置外出並具不同光學路 徑。當根據其波長設定具第一波長之雷射光線與具第二波 長之雷射光線對非線性光學裝置之至少入射角或外出角時 ，至少入射角或外出角是有效的。更尤其是，當具第一波 長之雷射光線與具第二波長之雷射光線至少其中之一對非 線性光學裝置之入射角或外出角等於布魯斯特（Brewster ) 角時，則入射角或外出角是有效的。 在這發明之雷射光產生裝置中，具第一波長之雷射光 線與具第二波長之雷射光線以不同入射角進入非線性光學 裝置，使得根據其波長決定進入條件，且因此降低第一與 第二共振器中之損耗。當第一波長之雷射光線與具第二波 長之雷射光線對非線性光學裝置具相同折射角時，在非線 性光學裝置中，其光軸變成彼此平行，或當具第一波長之 雷射光線與具第二波長之雷射光線對非線性光學裝置具不 同折射角時，在非線性光學裝置中，其光軸不脗合。因此 ，除了當具第一波長之雷射光線與具第二波長之雷射光線 之光束因加總頻率混合而重疊外，他們並不共享一光學路 徑。 這發明之一光學裝置包含這發明之雷射光產生裝置並 被應用至顯微鏡，各種型式之分析與檢視裝置，光碟掌控 裝置等等。 從以下說明將更完全顯現這發明之其它與進一步目的 ，特性與好處。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 501320 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖示簡述 第1圖說明一相關技術雷射光產生裝置之共振器精巧 度圖； 第2圖爲根據這發明第一實施例一雷射光產生裝置架 構之平面圖； 第3圖表示第2圖中所示之雷射光產生裝置在一非源 性光學裝置中之雷射光線光學路徑之一實例； 第4圖爲第2圖中所示雷射光產生裝置中表示加總頻 率輸出對第二波長之光線對於非線性光學裝置之折射角相 依之計算値圖； 第5圖爲第2圖中所示雷射光產生裝置中表示加總頻 率輸出對第一波長之光線對於非線性光學裝置之折射角相 依性之計算値圖； 第6圖爲根據這發明一第二實施例一雷射光產生裝置 架構之平面圖； 第7圖爲根據這發明一第三實施例一雷射光產生裝置 架構之平面圖； 第8圖表示根據這發明一第四實施例一紫外線顯微鏡 之架構；以及 第9圖表示根據這發明一第五發明一光碟掌控裝置之 架構。 主要元件對照表 1、2、3、 101、201:雷射光產生裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 8麵 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產场員工消費合作社印製 501320 A7 B7 五、發明説明（6 ) 10、11、16:雷射光產生器 1 2 :波長轉換器 1 3、1 4 :共振器 1 5 :非線性光學裝置 20、23、30、31、32、33、40:鏡片 2 1、2 2、2 4 :光學裝置 41、42、43:鏡片 1 5 a :入射表面 1 5 b :外出表面 1223、1224、1222、1221、203:鏡 片 1 2 2 6 : B B〇晶石 4 4 :雷射增益媒體 1 0 0 :顯微鏡 102、202 :光學系統 1 0 3 :光束分歧器 1 0 4、2 0 4 :物鏡 . 1 0 6、2 0 6 ··架枱 1 0 5 :物體 1 0 7 :影像形成光學系統 1 0 8 :影像攝取器 1 0 9 :影像轉換器 110:影像顯示器 200:光碟掌控裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ____·___：____ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Φ—, 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -9 - 經濟部智慧財產场員工消費合作社印製 501320 A7 B7 五、發明説明（7 ) 2 0 5 :主光碟 優選實施例詳述 參考圖示，以下將詳述這發明之實施例。 〔第1實施例〕 第2圖根據這發明之一第一實施例槪略表示一雷射光 產生裝置之架構。根據這實施例之雷射光產生裝置1主要 包含一第一雷射光產生器1 〇，一第二雷射光產生器1 1 ，及一用於在具輸出自兩雷射光產生器10與11之兩不 同波長之雷射光線上實施波長轉換，然後輸出具一第三波 長合成雷射光線之波長轉換器1 2。 調適第一雷射光產生器1 0輸出具波長（λ i )範圍， 例如從含2.5 0 n m至含2 7 5 n m之連續紫外線，這實 施例中，假設第一雷射光產生器1 0實施單頻振盪。第一 雷射光產生器1 0可包含各種型式之雷射。例如，可使用 諸如今已被使用之氬離子雷射之氣體雷射加以提供S H G 或可使用經由近已付諸實用之激光半導體固態雷射之波長 轉換而得到之雷射。後者爲以半導體雷射，半導體雷射陣 ，半導體雷射堆疊，L D激發固態雷射之類者加以激勵之 一種固態雷射裝置，且利用弧光燈加以激勵之習知系統比 較，這裝置具較高效率且因此可具有一較簡單之冷卻裝置 與電源供應器。另外，可利用使用如N d : Y A G，N d ·· Y V〇4，N d : Y L F或包含如N d或Y b稀有土族離 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29<7公釐） ----*------· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 10- 501320 Α7 Β7 五、發明説明（8) (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 子之Y b ·· Y A G之雷射晶石之雷射裝置，產生第四階諧 振雷射之波長從含2 5 0 n m至含2 7 5 π m之光線。順 便，可調適第一雷射光產生器1 0實施多模式振還。 調適第二雷射光產生器1 1輸出具波長（λ2)範圍， 例如從含6 5 0 n m至含7 8 5 n m之連續光線，並包含 以單頻振盪之一半導體雷射。在這情況下，爲了提供較高 輸出，可以一半導體放大器或一固態雷射放大器加以放大 半導體雷射光線。第二雷射光產生器1 1不需包含一單頻 雷射，並可使用激光半導體固態雷射以及以上所提到之架 構含第二雷射光產生器1 1。例如，使用一藍寶石鈦雷射 ，一紫翠至雷射，—Cr :LiCAF雷射，—Cr : L i SAF雷射之類者作爲第二雷射光產生器1 1 ，或當 無法直接以一半導體激勵第二雷射光產生器1 1時可使用 一種激光半導體固態雷射。例如，這種雷射包含一藍寶石 欽雷射，一紫翠玉雷射，一 Cr ·· L i CAF雷射， 一 C 1： : L 1 S A F雷射之類者，他們皆爲激光半導固態 雷射。因此，雷射光產生裝置1可包含一完全固態雷射。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 波長轉換器1 2包含一用於共振輸出自第一雷射光產 生器1 0之λ i波長光線之第一共振器1 3，一用於共振輸 出自第二雷射光產生器1 1之又2波長光線之第二共振器 1 4，以及一對兩共振器1 3與1 4所放大之光線在內部 實施波長轉換（λ i與λ 2 )，用於產生具一第三波長（ λ 3 )光線之非線性光學裝置1 5。 在這實施例中，例如，在第一雷射光產生器1 0與第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -11 - 501320 A7 B7 五、發明説明（9 ) 一共.振器1 3之間提供一鏡片2 0與一光學裝置2 ；[。依 需使用鏡片2 0 ’且1¾片2 0數里可爲大或等於兩片。光 學裝置2 1作用在使波長爲λ 1光線之模式與第一共振器 1 3之模式脗合並可使用眾多光學裝置2 1 。明確地說， 使用一透鏡，一鏡片’ 一光束成形稜鏡或這些光學裝置之 組合。例如，在第二雷射光產生器1 1與第二共振器i 4 之間提供一光學裝置2 2 ’ 一鏡片2 3與一光學裝置2 4 。這些光學裝置作用在以脗合第二共振器1 4模式之光線 模式使波長λ 2之光線進入第二共振器1 4。 第一'共振器1 3是爲共振波長λ 1之光線而提供~*外接 共振器並包含一入射鏡3 0及三個其它鏡片3 1、3 2與 3 3，且非線性光學裝置1 5位在鏡片3 2與3 3之間。 相要的是，入射鏡3 0具使阻抗匹配最佳化之反射比。以 上所提到之第一共振器1 3處於當中保持兩模式脗合與阻 抗匹配之狀態，且當一圈光學路徑長度（一共振器長度） 具一假定値時，第一共振器1 3即共振，或每次光學路徑 長度爲波長λ !所改變時，第一共振器1 3即變成共振。然 而，這難以建置一夠強之共振器，且因此除了當溫度有少 幾變化外，第一共振器1 3不永遠保持共振。因此’最好 提供藉F Μ副頻帶方法，極化方法之類者加以保持共振之 伺服機構，或預期結合諸如—Ρ Ζ Τ元件’ —V C Μ元件 或具光電效應之晶石之用於調整共振器長度之裝置使用伺 服機構。 應注意到的是如一般用途之Κ Τ Ρ或L i N b 0 3之調 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----.——i0 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 P. 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 -12- 501320 A 7 B7 五、發明説明（10) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 變具低透射率且因此不適於第一波長又1，因爲具第一波長 λ 1之光線爲波長從含2 5 0 n m至含2 7 5 n m之深紫外 線。因爲是在那種波長下具有高透射率之光電元件之一 B B 0晶石之類者具一低光電常數，必須在一高電壓下驅 動B B 0晶石之類者，不管它是作爲一相位調變器或光學 路徑長度調整器。因爲這原因，主要使用極化方法作爲保 持第一共振器1 3持續共振之方法。 第二共振器1 4是爲共振波長λ 2之光線而提供之一外 接共振器並包含一入射鏡4 0及三個其它鏡片4 1、4 2 與4 3，且非線性光學裝置1 5位在鏡片4 0與4 1之間 。在這實施例中，第二共振器1 4與第一共振器1 3具相 同架構。相要的是，如入射鏡3 0之情況，入射鏡4 0具 一阻抗匹配値之反射比。最好，如第一共振器之情況，使 用F Μ副頻帶，極化方法之類者，或使用諸如ρ ζ 丁之調 整共振器長度之裝置。 經濟部智慧財產苟員工消費合作杜印製 而旦，找到一非線性光學裝置1 5使其包含在兩共振 器1 3與1 4內，俾能使波長λ 1之共振光線及波長λ 2之 共振光線可通過非線性光學裝置1 5。非線性光學裝置 1 5作用在實施加總頻率混合，且非線性光學裝置1 5補 捉波長λ i之共振光線與波長λ 2之共振光線並彼此混合波 長λ i與λ 2之光，因此產生具第三波長；ι 3光線。因此， 非線性光學裝置1 5不僅輸出具第三波長λ 3光線，亦允許 波長λ 1光線及波長；ι 2光線之外出，以鏡片3 3與4 1分 別反射波長λ i光線及波長λ 2光線，且他們因此分別回到 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 501320 A7 ____B7 五、發明説明（11) 鏡片3 0與4 2。例如，以上所提到之非線性光學裝置 15 是由 BBO (冷一BaB2〇4)晶石，CLBo ( CsLiB6〇i〇)晶石，SBB〇 （Sr2Be2B2〇7 )晶石或K B B F ( K B e 2 B〇3 F 2 )晶石製成。 第3圖表示當中波長λ χ光線，波長；l 2光線與波長 又3光線進入並從非線性光學裝置1 5外出之狀態。如第3 圖中所示，在這實施例中，彼此隔空分開之波長λ !光線與 波長λ 2光線經由入射表面1 5 a進入非線性光學裝置1 5 ’然後彼此隔空分開之波長λ i光線，波長λ 2光線與波長 λ 3光線經由外出表面1 5 b從非線性光學裝置1 5外出且 因此具不同光學路徑。那就是，在非線性光學裝置1 5內 部，由於要求加總頻率之混合使波長λ 1之光束與波長λ 2 之光束彼此重疊，但這些光束並不共享一光軸。理由如下 :那就是，當不同波長之光線共享一光軸時，光學路徑上 之所有光學裝置必須對經過光學裝置之所有波長滿足損耗 降低之條件，故難以設定以上所提到之規格：避免在光學 裝置表面上及其內部中之缺陷或由重疊在共享光軸上之紫 外線所輕易造成之對裝置包覆材料之傷害；根據各波長分 佈光學路徑，俾能防止在一波長光學路徑上所造成之損耗 因子不施加損耗在其它波長之光上i等等。 藉設定各光線之至少一入射角或外出角在大或等於 3 0度，以離散或雙折射（折射率對極化之相依性）可完 成非線性光學裝置1 5外面波長率λ :光與波長；I 2光線之 隔空分開。在這實施例中，波長λ i光線與波長λ 2光線在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ί〇Χ297公釐） ----：---：__·11 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 501320 Α7 Β7 五、發明説明（12) 入射表面1 5 a上之入射角各等於布魯斯特角（9 b。布魯期: 特角指的是S極之P極分量反射角且以這角度入射之極化 光線之P極分量變成等於0，且布魯斯特角以下列方程式 表示： 0 b = t an1 ( η ) 其中，η表示入射表面1 5 a上之一折射率。折射率 根據波長或極化狀態呈現變化値，且在這實施例中，波長 λ i光線與波長λ 2光線根據個別波長以0 B角撞射在入射 表面1 5 a上。因此，波長λ :光線與波長λ 2光線兩者變 成Ρ極光線，故可降低非線性光學裝置1 5之反射損耗。 順便，波長λ i光線與波長λ 2光線在入射表面1 5 a 上之入射角未必要完美與布魯斯特角0 B脗合，且例如可選 接近位於0 B角加減約5度之角。在這情況下，P極光線之 反射損耗未等於零，但可降低反射損耗。可以相同方式選 擇具外出表面1 5 b之一外出.角。 接著，參考特定實例將說明以上所提到入射角或外出 角之設定方法及入射角或外出角之好處。 當設定成使得甚至在允許光線以0 B角或以接近上述 Θ B角之角度進入及外出之情況下，所傳輸之光線在晶石內 可具一同軸光線路徑，由於離散之故，波長λ 1光線與波長 λ 2光線皆未以角或接近0Β角之角度進入。結果，雖 然反射損耗輕微，反射損耗是發生在一晶石端表面上。反 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 501320 A7 B7 --*.............................................. 五、發明説明（13) 射損耗繞共振器而行並加以乘積，因此增加共振器之損耗 。例如，當波長2 6 6 n m之光線以完美脗合Θ b角之入射 角進入一 Β Β Ο晶石並加以設定，使得這光線以及進入 B B〇晶石中之7 0 7 n m波長之光線在晶石內可具一同 軸光學路徑時，波長7 0 7 n m光線之反射損耗變成等於 每一表面0 · 185%，且然後，當將波長707n m之 光線導入一駐波共振器時，在來回後，光線之損耗變成等 於0 · 7 4 %。相反地，當波長7 0 7 n m之光線以完美 脗合0 b角之入射角進入B B 0晶石並加以設定，使得這光 以及波長2 6 6 n m之光線在晶石內可具一同軸光學路徑 時，波長2 6 6 n m光線之反射損耗變成等於每一表面 0 · 4 8 %，且然後，當將波長2 6 6 n m之光線輸入至 一環共振器時，在繞共振器而行後，光線之損耗變成於 0.96%。 爲避免發生這種型式之反射損耗，設定是需要的，使 所傳輸之光線在一晶石內彼此隔空分開。現在討論有關從 波長2 6 6 n m光線與波長7 0 7 n m光線之個別Θ b角間 之範圍內選擇一入射角之情況，使得兩光線可以一異0 B角 之角度進入且因此將損耗分佈至各光線。波長2 6 6 n m 光線之Θ b角及波長7 0 7 n m光線之0 b角分等於6 0 . 4度與59 ·0度，兩角度不同但十分接近，且因此，甚 至當依此方式選擇一入射角時，入射角大槪接近Θ B角。例 如在這情況中，可降低波長2 6 6 n m光線與波長7 0 7 n m光線之反射損耗至分別爲每一表面0 · 3 %與0 · 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 501320 Α7 Β7 五、發明説明（14) % ’使總損耗變成低於以上所提到之狀況。順便，具上述 木構之一'傳統如總頻率產生裝置之共振器具一約爲5之乘 數因子，但具上述架構裝置之共振器可具一大或等於約 3 0之改善乘數因子’該因子根據精巧度相當於大或等於 約 1 0 0。 爲進一步降低反射損耗，設定成使兩束所傳輸之光線 可彼此隔空分開且具兩波長之光束以最接近相應角0 B之可 能角度加以進入。只當具兩波長之兩光束以如實施例中之 角進入時’光束P極分量之兩反射損耗變成等於〇使得 損耗變成最小。 然而，光線以Θ Β角進入，在降低S極光線之損耗上是 無作用的，因這種進入只允許降低極化光線Ρ極分量之損 耗。最好因此配合型式I之相位脗合加以調適非線性光學 裝置1 5，其易於將兩入內光束變成Ρ極分量。從以上所 提到損耗之觀點’可將實施例之非線性光學裝置1 5視爲 一種在兩共振器1 3與1 4中作用爲一種型式濾光器之裝 置，且因此主動防止共振器之損耗，並調適裝置1 5加以 保持或放大入內光線之能量且因此終究造就出加總頻率輸 出。 如上述，波長λ 1光線與波長λ 2光線隔空分開並以 角進入，因此，第一共振器1 3與第二共振器1 4中至 少之一之精巧度可增加至大或等於1 0 0。通常，共振器 之精巧度以下列方程式（1 )表示： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、tT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 501320 A7 __B7 五、發明説明（15) _ F = 7r(RiRm)1/4/{ 1-(R 丨 Rm)1/2} ( 1 ) (其中，R 1表示入射鏡之反射比，且R⑴表示共振器 中其它鏡片與光學裝置之光線有效利用之因子的乘積）。 光線有效利用之因子指的是鏡片反射比與光學裝置之 透射率。當因阻抗匹配選擇R 1時即維持以下方程式。

R 1 ~ R m = R 當R = 1時維持以下方程式（2 ) F = ;r/(1 - R) (2) 例如’在第一共振器中，假設選擇入射鏡3 〇使R i可 大槪等於R m且可忽略非線性光學裝置1 $中之損耗，使光 線可以0 b角進入。在這情況下，根據方程式（2 )，其它 鏡片3 1至3 3至反射比R m可爲大或等於約9 7%，且下 値爲大或等於1 0 0。實際上可能增加反射比R 1與R⑴至 大或等於9 7%，且甚至在允許吸收並散射在非光學裝置 1 5中後’足夠可能增加下値至大或等於1 〇 〇。而且， 藉增加反射比R i與R⑴至大或等於9 9 %，或利用，例如 靠上拉使用直接方法（洛克羅斯基（Czochralski )方法） 所製造之高品質B B 0爲非線性光學裝置1 5，降低非線 性光學裝置1 5之吸收與散射至小或等於〇 · 5 %，而增 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

-18 - 501320 A7 B7 五、發明説明（ie) 加入射鏡3 0之反射比，因此下値可高達大或等於3 〇 〇 。第二共振器亦如此。 只有當滿足實施例之結構要求時（即波長λ τ光線與波 長λ 2光線以0 b角或接近0 B之角度進入非線性光學裝置 1 5 )可實際取得共振器之精巧度爲如上述大或等於 1 0 0之雷射光產生裝置。例如，在日本專利申請案發行 編號平成1 0 — 3 4 1 0 5 4中所說明相關技術之雷射光 產生裝置中，如第1圖中所示，從鏡片1 2 2 3至鏡片 1 2 2 4之光學路徑由一第一共振器與一第二共振器所共 享，故光學路徑上之兩雷射光束皆未以如上述之θ Β角進入 Β Β 0晶石1 2 2 6。因此，反射損耗永遠發生在Β Β〇 晶石1 2 2 6之晶石端表面上。可能的是，甚至假如塗敷 一抗射包覆層至Β Β Ο晶石1 2 2 6時，由於殘留反射之 故，技術上，Β Β〇晶石1 2 2 6之透射率會被限制在高 達約9 5 %。 而且在這情況下，必須控制兩種條件，即各鏡片 1 2 2 3與1 2 2 4之反射比與透射率，使鏡片1 2 2 3 與1 2 2 4可反射波長λ i之光線並傳輸波長；I 2之光線。 在實際分離鏡片1 2 2 3與1 2 2 4中，當設定成使鏡片 1 2 2 3與1 2 2 4可傳輸，例如’波長λ 2光線之大或等 於9 8 %時，估算各鏡片對波長λ i光線反射比之上限爲約 9 9 %。甚至假如第一共振器剩餘鏡片1 2 2 2之反射比 ，例如，高如約9 9 · 5 %時，因此從R m =( 0 · 9 9 2 x〇 . 995x0 · 95估算Rm之上限爲約92 . 6%。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 争· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- 501320 A7 B7 五、發明説明（17) 當選擇尺1爲尺1 =尺⑴=〇 · 926時，從方程式（2) 估算第一共振器精巧度爲1 3 · 2。 爲進一步增加第一共振器之R⑴，可採用以下方法（1 )至（3 ):那就是，（1 )以0 b角切割B B〇晶石1 2 2 6之兩端表面，使雷射光之入射角變成等於0 b角；（2 )增加分離鏡片1 2 2 3與1 2 2 4對第一波長光線之反 射比；或（3 )增加入射鏡1 2 2 1之反射比R !。然而， 方法（2 )造成鏡片1 2 2 3與1 2 2 4對第二波長光線 透射率之下降，而方法（3 )對第二共振器之精巧度造成 明顯傷害且因此造成總效率之下降。甚至假如以總效率爲 代表將Ri增大至9 9%，則第一共振器之精巧度F等於7 3 · 8 %，且因此發現具上述結構之雷射光產生裝置在擁 有精巧度大或等於1 0 0之共振器有實質困難。 在以上所提到之與瓦塔納伯等人相關技術之裝置中， 使用一稜鏡，而非分離鏡，俾能改善精巧度，但估算R m與 精巧度分別爲約8 2 %與約2 0 %，因入射鏡之反射比R 1 等於1 0 %。雖然低値之精巧度部份由所使用稜鏡或 Β Β Ο晶石（由流量方法製成）之品質造成，由於對兩波 長材料設計之關係，而限制了塗敷至B B 0晶石上抗反射 包覆材料之效能。 另一方面，柏克藍德（Berkeland)等人之裝置使用一 以布魯斯特切角之Β B〇晶石，因此，由於一抗反射包覆 而防止共振器之損耗（柏克藍德等人1 9 9 7年所著’應 用光學第36冊，第18號之4159至4162頁）° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 20 - 501320 Α7 Β7 五、發明説明（18) 然而在這情況中，在允許B B〇晶石（由流量方法製成） 品質造成之內部吸收後’ R 1等於9 1 % ’且結果’精巧度 保持約5 1 ( R⑴=9 7 · 6 % )。這表示改善精巧度之一 項條件爲使用造成些許吸收與散射之高品質晶石爲非線性 光學裝置1 5。 〔修飾〕 當設定成使波長λ i光線與波長λ 2光線如上述第一實 施例之情況中可在非線性光學裝置1 5中彼此隔空分開時 ，可能這些光束很少重疊且因此降低加總頻率之轉換效率 。然而，如能有效降低以上所提到之反損耗爲代表之共振 器損耗則這允許補償轉換效率之下降且因此增加加總頻率 輸出。從以上所提到之觀點，現在將說明設定入射角或外 出角之另一種方法。 如上述，爲降低損耗起見有設定需要，使得所傳輸光 源在一晶石中可彼此隔空分開。事實上，藉增加波長λ i光 線與波長λ 2光線在入射表面上入射角間之差（此後稱爲分 離角）可實現這狀態，且因此有波長λ i光線與波長λ 2光 線分別折射角間之差。現在討論有關主動形成一大分離角 之情況。 那就是同時保持兩入內光束，即波長λ 1光線與波長 λ 2光線，他們可在非線性光學裝置1 5中充份產生加總頻 率，控制這些入內光束之光學路徑，使分離角在非線性光 學裝置1 5外可變大。爲隔空分開兩入內光束，分離角 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-s't> Ρ. 經濟部智慧財產¾員工消費合作社印製 -21 - 501320 A7 —___ _B7 五、發明説明（19) ΔΘ必須大於各入內光束之散光角0 (在整體寬度上1/ e 2之相對強度）（△ 0 > 0 )。而且，爲充分分離輸出自 非線性光學裝置1 5之波長λ 3光線，重要的是△ Θ > 2必 °虽隹然、應、注蒽到的是分離角△ 0太大造成降低入內光束之 空間重疊’當滿足以下方程式時，分離角△ Θ對加總頻率 輸出有很大影響：

L ά Θ < < D (其中’ L表示非線性光學裝置1 5之長度，△ Θ表 示非線性光學裝置1 5中分離角之增量，而D表示非線性 光學裝置15中入內光束之平均直徑）。 在這情況中’在一相位脗合角之非關鍵方向中（即， 當中具非線性光學裝置1 5之結晶軸中C軸之角度爲固定 之方向）形成分離角，因此，可防止由於相位不脗合在輸 出上之下降。 以下將說明一修飾實例。在這實例中，設定光束之波 長’使得所產生之加總頻率之波長λ i，波長λ 2與波長 入3可分別等於707nm，206nm與193 · 3ηπι ’並使用用於實施型式I相位脗合之Β Β〇晶石作爲非線 性光學裝置1 5。波長λ :與λ 2之入內射線兩者爲直徑 2 5 0 // m之平行射線，且爲均勻輸出之連續波。而且， 對於波長λι (7 07 nm)與波長入2 (206nm)兩 者，入射鏡之反射比R i等於0 · 9 9，入射鏡與Β B〇晶 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（210X297公釐1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 -22- 501320 A7 B7 五、發明説明（20) 石除外之共振器之反射比R⑴等於0 · 9 9，並在垂直於入 射表面1 5 a方向上永遠滿足相位脗合之條件。根據凱圖 (Kato)之薛爾米爾（Shellmeier)方程式（凱圖，雷射工 程回顧，18冊，第3頁（1990))，波長λ!，λι 與λ 3在非線性光學裝置1 5入射表面1 5 a上之折射率分 別等於 1 · 6638，1 .7585 與 1 · 7326。爲 簡化起見，加總頻率輸出與非線性光學裝置1 5中波長λ ^ 與λ 2之入內光束之光束強度以及光束之空間重疊整體成正 比。而且在實例中，光束之空間重疊不意爲光束共享一光 軸。 (i )波長λ : ( 7 0 7 n m )光線之入射角固定在爲 Θβ角之5 9度，且其折射角固定在3 1度。然後，在這狀 庀中，變化波長λ 2 ( 2 0 6 n m )光線之入射角，使入射 角固定在加總頻率輸出達到最大之位置。第4圖表示在這 情況下波長λ 2 ( 2 0 6 n m )光線之折射角與相對加總頻 率出間之相互關係。如從第4圖中可看出，當波長；I 2光線 之射角X等於3 0 · 4度時，相對加總頻率輸出達到最大 。因此發現加總頻率輸出具一最大値且分離角△ 0具一最 佳値而非只是一大値。依此方式，兩入內光束之光學路徑 可因此隔空分開並在最佳條件下簡化及簡單地加以決定。 亦發現雖然波長λ i光線與波長λ 2光線在折射角3 1度處 同軸，當不共享光學路徑時輸出達到最大。 (ϋ)波長λ2 (206nm)光線之入射角固定在爲 0b角之60 · 4度，且其折射角固定在29 · 6度。在這 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 501320 A7 B7 五、發明説明（21) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 狀態_中，變化波長λ 1 ( 7 0 7 n m )光線之入射角’使入 射角固定在加總頻率輸出達到最大之位置。第5圖表示在 這情況下波長λ 1 ( 7 0 7 n m )光線之折射角與相對加總 頻率輸出間之相互關係。如從第5圖中可看出，當波長λ ! 光線之入射角等於2 9 · 9度時，相對加總頻率輸出達到 最大，且在這位置時之相對加總頻率輸出爲最佳。而且在 這情況下，雖然波長λ i光線與波長λ 2光線在折射角 2 9 . 6度處同軸，當不共享光學路徑時輸出達到最大。 在這些實例中，雖然選擇角作爲固定之入射角，也 在範圍從0 Β角加減約5度角之間選擇入射角。 雖然由於入射角與θ Β角之偏差可造成共振器損耗之增 加或由於兩入內光束重疊之下降，造成加總頻率轉效率之 下降，入內光束之隔空分開允許消除在共振器中提供一波 長分離鏡之需要，俾能大大減少共振器中之損耗，且因此 如參考這實例之說明可改善總效率而非下降。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如，依波長組合，極化光線組合，非線性光學裝置 1 5型式之類者而疋，波長λ 1光線與波長λ 2光線受到分 離或雙折射，或者光束發散角變大。在這情況下，使用修 飾方法允許引起分離角之增加，因此，確保入內光束，即 隔空分開波長λ i光線與波長λ 2光線。 而且，當依此方式控制分離角，使得例如，波長λ i光 線與波長λ 2光線之入射角比0 B角大且因此分離角大大增 加時，非線性光學裝置1 5與鏡片3 3與4 1間之距離變 短’且因此可減小雷射光產生裝置1之尺寸。順便，柏克 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -24 - 501320 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（22) 藍德等人之以上所提到之裝置具一不充份之分離角，且因 此’當設計這裝置使其損耗降至最小或使其轉換效率達到 最大時’從非線性光學裝置至反射鏡之距離變長，故裝置 尺寸增加。雖然例如對於實驗室中分光鏡應用所使用之光 源而言，這裝置是優越的，但這裝置卻不適於工業用。 以下將聯合修飾說明第一實施例。 在當中如上述決定波長λ i光線與波長λ 2光線之光學 路徑之雷射光產生裝置1中，裝置1包含一用於實施非線 性光學裝置1 5平行移動之光學路徑調整機構，俾能在與 入射表面1 5 a相同之表面中移動裝置1 5，使得機構移 動並調整波長λ i光線與波長λ 2光線之光學路徑，因此可 簡化並簡單地精細調整光學路徑之相對位置。最好，如上 述調整波長λ 1與λ 2光束重疊位置或重疊大小，因這調整 允許調整輸出或使輸出達最佳。在這情況下，當將非線性 光學裝置1 5建置成入射表面1 5 a與外出表面1 5 b位 置垂直且因此雷射光產生裝置1中雷射光之所有光學路徑 位在一水平表面時，光學路徑之調整就變容易了。 如第3圖中所示，波長爲λ 3之合成加總頻率之深紫外 線通過波長λ i光線與波長λ 2光線之間，從非線性光學裝 置1 5外出。因此，利用只結合一具有，例如一小孔之空 間分開作用之裝置而不使用如稜鏡之波長分離裝置之非線 性光學裝置1 5，以及利用設計出大小或位置之鏡片3 3 與4 1可允許波長λ 3之光線外出。考慮到在目前這種狀況 下，波長λ 3分離膜之透射率沒有非常高之事實，這是一種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------------J—訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -25- 501320 A7 B7 五、發明説明（23) 有效之輸出方法。 具上述架構之雷射光產生裝置1 ，例如以下列方式運 C锖先聞该背面之法意事項蒋填寫本頁) 作。 線·· 首先，波長A i之光線從第一雷射光產生器1 0加以輸 出。經由鏡片2 0與光學裝置2 1將波長λ i之光線輸入波 長轉換器1 2之第一共振器1 3。波長λ :光線繞行第一共 振器1 3 ，當中之光線依序行經鏡片3 0、3 1與3 2 ， 非線性光學裝置1 5與鏡片3 3且因此加以共振。而且’ 自第二雷射光產生器1 1輸出波長λ 2之光線。將波長λ 2 之光線經光學裝置2 2，鏡片2 3與光學裝置2 4輸入至 波長轉換器1 2之第二共振器1 4。波長λ 2之光線繞行第 二共振器1 4，當中之光線依序行徑鏡片4 0，非線性光 學裝置15及鏡片41、42與43且因此加以共振。因 此’非線性光學裝置1 5產生一'由波長λ 1光線與波長入2 光線組成之波長λ 3之加總頻率，然後恰在穿經鏡片3 3與 4 1間之後，從波長轉換器1 2輸出波長λ 3之光線。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據例如降低班點，透鏡色差或干涉計附著長度之請 求多方設定加總頻率輸出之波長寬度，而根據第一雷射光 產生器與第二雷射光產生器之個別線寬或頻寬可分階段加 以歸類波長寬度。那就是，當將簡單頻帶限制加諸在固態 雷射上時，輸出光線之波長度可爲小或等於1 0 p m，當 固態或半導體雷射具一相當於氣體雷射頻寬之窄頻時，波 長寬度可爲小或等於1 p m，或當雷射光具一單頻時，波 長寬度可爲小或等於0 . 1 p m。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ29?公釐） -26 - 501320 A7 B7___ 五、發明説明（24) 如上述，在實施例之雷射光產生裝置1中，彼此隔空 分開之波長λ i光線與波長；I 2光線經由入射表面1 5 a進 入非線性光學裝置1 5，且然後彼此隔空分開之波長λ 1光 線，波長λ 2光線與波長λ 3光線經由外出表面1 5 b從非 線性光學裝置1 5外出且因此具有不同光學路徑。因此’ 在第一共振器1 3與第二共振器1 4中防止在傳統共振器 中所發生之光學損耗，且因此損耗之降低造成高共振器精 巧度，故改善加總頻率混合之轉換效率。更尤其是，在到 達外出表面1 5 b前，輸出光束已隔空分開，且因此在波 長轉換器1 2中不需提供波長分離鏡片，故可大大降低損 耗。 而且，第一共振器1 3與第二共振器1 4未共孚共振 器1 3與1 4中之一光學路徑，且因此，甚至假如在一共 振器中發生損害時，不會在另一共振器發生損耗。甚至假 如在共振器1 3或1 4發生損耗時，會整體防止共振器中 損耗之增加，且因此可以較高穩定性長期操作共振器。不 需應用於傳統共振器裝置1 5之一包覆，俾能滿足對所有 傳輸光線之損耗降低條件，且因此可消除由於這層包覆所 造成之光學損耗，故可以簡化及簡單地建置這裝置且亦可 達成成本之降低。 而且，根據個別波長將波長λ i光線與波長；I 2光線在 入射表面1 5 a上之入射角設定在布魯斯特角0B，且因此 可降低非線性光學裝置1 5中之反射損耗。 而且，調適第一雷射光產生器1 0與第二雷射光產生 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 备· 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -27- 501320 A7 B7 五、發明説明（25) 器1 1產生連續紫外線，且因此雷射光產生裝置1可產生 比脈衝光在消除班點上更具優點之照明光線，故可將裝置 1應用至，例如顯微鏡或半導體檢視裝置之類者，作爲對 一要加以檢視之物體造成較小損害之一種裝置。 包含第一雷射光產生器1 0與第二雷射光產生器1 1 之雷射光產生裝置1包含一整體固態雷射裝置，且因此不 需以管子輸送例如爲一氣體雷射裝置所需之外界冷卻水與 一大容量電源供應器，故可降低裝置之尺寸。而且，甚至 假如實施高輸出時，整體固態雷射裝置易於取得具穩定性 之良好波長特性。第二雷射光產生器1 1包含以單一頻率 加以振盪之半導體雷射，且因此產生器1 1可輕易穩定一 具有如一正確度之絕對波長。 〔第二實施例〕 第6圖表示根據這發明一第二實施例之雷射光產生裝 置之一般架構。根據第二實施例之一雷射光產生裝置2不 同於根據第一實施例之雷射光產生裝置1 ，當中在第二共 振器1 4中提供一第二雷射光產生器1 6 ，且例如將經由 輸出光線，電流之類者加以激勵第二雷射光產生器1 6之 裝置（未示出）連接至第二雷射光產生器1 6。在第一實 施例中，第二共振器1 4爲第二雷射光產生器1 1之外接 共振器，但在第二實施例中，一雷射媒體，即第二雷射光 產生器1 6是包含在第二共振器1 4中，旦因此第二雷射 光產生器1 6與第二共振器1 4整合在一起。在第二實施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -28 - 501320 Α7 Β7 五、發明説明（26) 例中，與第一實施例中組件相同之組件是以相同參照數表 示，並省略相同組件之說明。 第二雷射光產生器16位在第二共振器14之鏡片 4 2與4 3之間，並以如第二雷射光產生器1 1之相同方 式’加以調適輸出波長（λ 2 )範圍例如從含6 5 0 n m至 含7 8 5 n m之連續紫外線。第二雷射光產生器1 6之材 料與第二雷射光產生器之材料相同，且可使用，例如一半 導體雷射，一諸如藍寶石鈦，紫翠玉，Cr : L i CAF 或C r : L i S A F之類者之固態雷射。調適第二雷射光 產生器1 6加以同時輸出光線並經由第二共振器1 4放大 輸出光線。 上述雷射光產生裝置2以雷射光產生裝置1之相同方 式輸出一加總頻率。此時，波長λ 2光線沿包含鏡片4 0至 4 3之光學路徑繞行第二共振器1 4及第二雷射光產生器 1 6 ，且因此第二共振器1 4得到高於只經由共振所得到 之增益。 根據第二實施例，以第二雷射光產生器1 6本身放大 波長λ 2光線，使高輸出光線可進入非線性光學裝置1 5， 且因此可增加加總頻率輸出。第二實施例可得到如第一實 施例所得到之相同優良。 〔第三實施例〕 第7圖表示根據這發明第三實施例一雷射光產生裝置 之一般架構。根據第三實施例之雷射光產生裝置3不同於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 -29- 501320 A7 B7 五、發明説明（27) 根璩第一實施例之雷射光產生裝置1 ，當中在第二共振器 1 4中額外提供一雷射增益媒體4 4作爲一放大器。這是 一種稱爲注入鎖定之放大方法。在第三實施例中，與第一 實施例中組件相同之組件是以相同參照數表示，並省略相 同組件之說明。 雷射增益媒體4 4位在第二共振器1 4中之鏡片4 2 與4 3之間並在收到來自一主雷射（未示出）輸入時即加 以調適主動增加共振器1 4之增益。可使用一低輸出半導 體雷射或固態雷射爲主雷射，並可使用一半導體放大器， 例如，諸如藍寶石鈦，紫翠玉昌石，C r : L i C A F晶 石或C r : L i S A F晶石之類之固態增益媒體作爲雷射 增益媒體4 4。當使用固態增益媒體時，預期要降低尺寸 與改善效率’俾能調適雷射增益媒體4 4，以半導體雷射 或L D激發固態雷射加以激勵。 上述雷射光產生裝置3以雷射光產生裝置1之相同方 式輸出一加總頻率。此時’波長λ 2光線沿包含鏡片4 0至 4 3之光學路徑fes行桌一共振器1 4及雷射增益媒體4 4 ，且因此第二共振器1 4得到高於只經由共振所得到之增 益。 根據第三實施例’以雷射增益媒體4 4放大波長；1 2之 光線使高輸出光線可進入非線性光學裝置1 5，且因此可 增加加總頻率輸出。第三實施例可得到如第一實施例所得 到之相同優點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公餐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

,tT 争· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 30- A/

501320 五、發明説明（28) 〔第四實施例〕 第8圖表示根據這發明第四實施例一紫外線顯微鏡之 一般架構。根據第四實施例之一紫外線顯微鏡i 〇 Q包含 一雷射光產生裝置1 〇 1 ，一光學系統1 〇 2 ，一光束分 歧器1 0 3，-物鏡1 〇 4，-上面放著要加以檢視物體 1 0 5之架枱1 〇 6 ，一影像形成光學系統丄〇 7，一影 攝取器1 0 8，一影像轉換器丨〇 9及一影像顯示器 1 1 0。在第四實施例中，雷射光產生裝置i Q丄爲這發 明之雷射先產生裝置並包含根據例如上述第一^，第二産第 一貝施例中任一項之雷射光產生裝置。光學系統1 Q 2亘 光束成形’降低斑點’均一光束形成，光束偏向，極化控 制’光量調整，光圈制動器等之設施並包含諸如透鏡，鏡 片與稜鏡之光學裝置。可使用一極化光束分歧器作爲光束 分歧器1 0 3，且在這情況下，可在光束分歧器1 Q 3與 物鏡1 0 4之間***一 1 / 4波板。要加以檢視之物體 1 0 5包含，例如，一半導體基底，一半導體積體電路， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 光學裝置 液晶基底 液晶作用裝置 磁頭 些紫外射線之微結構之體 經濟部智慧財產¾員工消費合作社印製 生物材料，一具有反射及散射 ，及諸如此類者。 影像攝取器1 0 8作用在取得以光學訊從影形成光學 系統1 0 7得到之影像資訊，將所取得之影像資訊轉換成 一類比訊號並輸出這類比訊號。例如，影像攝取器1 〇 8 包含一具有一光二極體陣列與連接至這光匕極體陣列之 C C D (電荷耦合裝置）之C C D拾取裝置，一影像拾取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） -31 - 501320 A7 B7 五、發明説明（29) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 官之類者。影像轉換器1 〇 9作用在將影像攝取器1 〇 8 所輸入之類比訊號轉換成一數位訊號並輸出這數位訊號且 包含A/D轉換器之類者。影像顯示器1 1 〇作用在再生 並顯示一來自從影像轉換器1 〇 9所輸入數位訊號之影像 並各種型式之顯示器。紫外線顯微鏡1 〇 〇附屬地備有一 用於承載待檢視物體之載物裝置，一屏蔽，一自動對焦裝 置’一抗振裝置之類者（未示出）。 上述紫外線顯微鏡1 〇 〇以下列方式操作。那就是， 雷射光產生裝置1 〇 1輸出紫外線，且光學系統1 〇 2使 光線在空間上均一’將光線加以成形，光線在時間上均一 並調整光量。然後，光線進入光束分歧器1 〇 3，部份光 線進入鏡片1 0 4，並以光線照射放在架枱1 〇 6上待檢 視之物體1 0 5。 争 經濟部智慧財產¾員工消費合作社印製 然後，光線從待檢視之物體1 〇 5外出，穿經物鏡 1 0 4並抵達光束分歧器1 〇 3，且光線進一步穿經影像 形成光學系統1 〇 7，然後該系統再將光線投射到影像攝 取器1 0 8。在影像攝取器1 〇 8中，一自動對焦機構（ 未示出）改變物鏡1 0 4與待檢視物體1 〇 5間之距離， 因此調整使得由影像攝取器1 〇 8所得到之影像可形共軛 影像，其中之檢視物體1 〇 5被放大成一共鈪影像。諸如 使用影像解析倍率變量方法，其中以來自另一光源及光束 之光線照射待檢視物體方法之各種型式方法形成焦點，可 用中在一感知器與一待檢視物體間之空間偵測到容抗變量 之一種方法作爲動對焦方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -32- 501320 A7 ____ B7 五、發明説明（30) 而且，影像攝取器1 0 8以訊號形成得到從影像成光 I系統1 〇 7所投射之光線’將所得到之光線轉換成一類 比訊號並輸出這類比訊號至影像轉換器1 〇 9。影像轉換 器1 〇 9對訊號實施A / D轉換且亦實施影像放大或縮小 ’增加使用者功能，儲存資料之格式轉換之類者，且然後 ’影轉換器1 0 9傳送數位化訊號至影像顯示器1 1 〇。 最後’影像顯示器1 1 〇再生並顯示一來自從影像轉換器 1 0 9所輸入數位訊之影像。 根據上述紫外線顯微鏡1 0 〇，使用這發明之雷射光 產生裝置作爲一光源之雷射光產生裝置1 〇 1 ，俾能輸出 一小或等於約2 0 0 n m之連續波，且因此這裝置能以比 較於一傳統連續波光源爲較高之解析度得到並分析一影像 。而且，紫外線顯微鏡1 〇 〇輸出爲一連續波。且因此與 一對等波長之脈衝光源比較，這裝置不只能降低斑點，亦 能防止對光學系統或待檢視物體之損害。於是，甚至在中 非破壞性檢視在以高解析倍率之測量方法中迄今都已不可 能之領域，非破壞性檢視變成可能，典型代表例如爲諸如 一半導體晶圓’ 一半導體組態，一液晶組態，一網線與生 物材之類者之螢光物質，且因此待檢視物體範圍可變更寬 。而且，使用這發明之雷射光產生裝置作爲雷射光產生裝 置1 0 1，且因此不需真空，故可改善總處理能力。 影像轉換器1 0 9與影像顯示器1 1 0可包含一如個 人電腦之電腦’且在影像轉換器1 〇 9或影像顯示器， 1 1 0中能安裝一供影像分析，影像資料分析之類者之應 本紙張 1¾適用中國國家標準(CNS)M規格（210x297公餐) 雄 "' -33 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

501320 五、發明説明（31) 用程式。如有需要，紫外裤願鯽 — ”泉一、微1¾ 1 Q 〇可附屬地配備一 資料輸入/輸出裝置，一使用者介 使用者彡丨面，一特定濾光器之類 者。如上述，紫外線顯微鏡]Ω 〇 見1 U 0可頟外備有包含影像處 理之各種型式之功能。 而且，紫外線顯微鏡i 0 0構成不只是紫外線顯微鏡 ’而且是隱半導體檢視裝置，光罩檢視裝置，液晶檢視 裝置及磁頭檢視裝置之各種型式之檢視裝置。例如，紫外 線顯微鏡1 0 〇額外備有一晶圓承載機構，一資料輸入/ 輸出裝置，一資料儲存裝置，一缺陷歸類程式，一統計軟 套之類者，因此可使用紫外線顯微鏡1 〇 〇作爲用於 杨視半導體晶圓或半導體積體電路之一種半導體檢視裝置 。虽待檢視之物體1 0 5爲一光罩或網線時，可使用紫外 線福微鏡1 0 0爲光罩檢視裝置，或者紫外線顯微鏡 1 0 0可構成能檢視諸如硬碟基底或磁頭間隙之微結構之 一種磁頭檢視裝置。而且，當紫外線顯微鏡1 〇 〇利用紫 外射線之吸收特性時，紫外線顯微鏡1 〇 〇允許觀察傳輸 可見光而無法因此就通常看得見之結構且因此紫外線顯微 鏡1 0 0可檢查，例如一液晶之類者之缺陷或結構。任何 檢視裝置可降低由於對待檢視物體之損害所造成之干擾， 斑點之類者且因此能以高解析倍率實施檢視。 甚至一幾乎不吸收波長範圍迄今已使用在顯微鏡之光 線之物質常常吸收小或等於2 0 0 n m之波長。因此’當 經由吸收，儲存在這物質中之能量再次釋放爲產生自一缺 陷，一雜質，一故意附加標示劑之類者之螢光時則調適紫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -34 501320 A7 B7 五、發明説明（32) 外線顯微鏡1 0 0加以偵測螢光’因此可用紫外線顯微鏡 1 〇 0作爲用於檢視物質純度，型式，濃度與雜質主動狀 態之類者之螢光顯微鏡。 〔第五實施例〕 第9圖表示根據這發明第五實施例一光碟掌控裝置 2 0 0之一般架構。光碟掌控裝置2 〇 〇包含一雷射光產 生裝置20 1 ，一光學系統2〇2，一鏡片203，一物 鏡204，一主光碟205與一架枱206。在第五實施 例中，雷射光產生裝置2 0 1爲這發明之雷射光產生裝置 並包含根據如上述第一、第二與第三實施例中任一項之雷 射光產生裝置。光學系統2 0 2具諸如光束成形器，光量 調整器’多光束產生器，調變器，光束偏向器，極化控制 器及光圈制動器之設施並包含諸如透鏡，鏡片與稜鏡之光 學裝置。鏡片2 0 3在導正雷射光從雷射光產生裝置 2 0 1架抬2 0 6方向中之行走方向，且鏡片2 0 3可包 含一光束分歧器。架枱2 0 6作用在將主光碟2 0 5放在 上面並具旋轉及並進移動作用。光碟掌控裝置2 0 0附屬 地備有一資料再生裝置，一格式編碼器，一架枱控制器， 一抗振裝置之類者（未示出）。 在光碟掌控裝置2 0 0中，從雷射光產生裝置2 0 1 輸出之雷射光穿經光學系統2 0 2，鏡片2 0 3與物鏡 204 ’以雷射光照射架枱206上之主光碟2〇5 ’且 因此在主碟2 0 5表面上一預期位置形成一光點。形成在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 -35- 501320 A7 _ B7 _ 五、發明説明（33) 主光碟2 0 5上光點之直徑d實質上爲下列方程式所指定 d=l . 22Λ/ΝΑ (其中，λ表示雷射光之波長，而ΝΑ表示一數値光 圈）。 因此，使用具有相同數値光圈之透鏡允許形成一光點 ’該光點小於使用2 6 6 n m雷射所形成光點之約3 0 % ’其中，266nm爲迄今可用之連續波雷射之波長。因 此，理論上可預期在記錄密度上有約雙重之改善。 如上述，根據光碟掌控裝置2 0 0，使用這發明之雷 .射光產生裝置作爲一光源之雷射光產生裝置2 0 1俾能輸 出波長小或等於約2 0 0 n m之連續波，且因此可能形成 爲迄今已形成光點2 0 %或更小之光點。因此，可製造高 記錄密度之主光碟。 雖藉參考實施例，以上已說明這發明，這發明並未侷 限在上述實施例且這發明之各種修飾是可能的。例如，在 上述第一實施例中，第一共振器1 3如第2圖中所示包含 鏡片3 0至3 3 ，但共振器1 3之結構未侷限於第一實施 例而可適當加以改變。那就是，鏡片數量未必限於4。例 如，可使用鏡片以外之裝置，如稜鏡，且因此，可使用這 光學裝置’使鏡片數量爲一至三或四或更多。在第一實施 例中，波長λ i光線經由鏡片3 0進入並進入到第一共振器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 秦· 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -36- 501320 A7 B7 五、發明説明（34) 1 3 ，但可使用鏡片3 2作爲一入射鏡，使光線經由鏡片 3 2進入並進入到第一共振器1 3。如在第一共振器1 3 之情況中，可適當改變第二共振器1 4之架構，並可使用 另一鏡片，例如，鏡片4 2，而非鏡片4 0作爲入射鏡。 因第二與第三實施例之共振器架構與第一實施例之共振器 架構相同，其架構可以相同方式加以改變。 如上述，根據這發明之雷射光產生裝置，彼此隔空分 開之第一波長雷射光線與第二波長雷射光線經由入射表面 進入非線性光學裝置，且彼此隔空分開之第一波長雷射光 ，第二波長雷射光線與第三波長雷射光線經田外出表面從 非線性光學裝置外出並具不同光學路徑。因此，可大大降 低光學損耗，故可改善加總頻率混合之波長轉換效率或加 .總頻率之第三波長雷射光線之輸出。 而且，三雷射光束具不同光學路徑，且因此將第一共 振器與第二共振器建置成不致共享共振器中之光學路徑。 因此，甚至假如在一共振器中發生損害，不會在另一共振 器中發生損耗，且因此整體防止共振器損耗之增加，故可 以較高穩定性長期操作共振器。而且，眾多波長之包覆對 於共振器中之光學裝置變成不需要，且因此可消除由於這 層包覆造成之光學損耗，故可簡化並簡單地加以建置這裝 置且亦能達到成本之降低。 根據發明一方面之雷射光產生裝置，第一波長雷射光 線或第二波長雷射光線對非線性光學裝置之入射角與外出 角中至少之一角等於根據波長之布魯斯特角，且因此可降 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 秦· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -37 - 501320 A7 B7 五、發明説明（35) 低非線性光學裝置中之反射損耗。 根據這發明另一方面之雷射光產生裝置，雷射光產生 裝置包含一固態雷射裝置，且因此使用一小型裝置在高能 量效率下可得到高可靠性穩定性，在波長子或於約2 0 0 n m範圍中連續放射之深紫外線。 根據這發明之光學裝置，光學裝置包含這發明之雷射 光產生裝置，且因此可達成高能量效率與高操作穩定性之 光學裝置，該裝置使用在波長小或等於約2 0 0 n m範圍 中連續放射之深紫外線爲光源。 依以上之教授，明顯地本發明之許多修飾與變化是可 能的。因此要了解到在附加申請專利項目之範圍內，本發 明可以明確說明以外者加以實現。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產%員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -38-

Claims (1)

1. 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種雷射光產生裝置，包含： 一用於輸出具一第一波長雷射光線之第·一^雷射光產生 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 器； 一用於共振具第一波長雷射光線之第一共振器； 一用於輸出具一第二波長雷射光線之二雷射光產生器 ， 一用於共振具第二波長雷射光線之第二共振器；以及 一非線性光學裝置，其位置使其包含在第一共振器與 第二共振器中並在兩端具一入射表面與一外出表面，經由 該兩表面，具第一波長之雷射光線與具第二波長之雷射光 線可進入與外出， 雷射光產生裝置，經由穿經非線性光學裝置之第一波 長雷射光線與第二波長雷射光線之加總頻率混合加以產生 具一第三波長雷射光線之雷射光產生裝置， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中，光束中心軸彼此隔空分開之第一波長雷射光線 與第二波長雷射光線經由入射表面進入非線性光學裝置， 而光束中心軸彼此隔空分開之第一波長雷射光線，第二波 長雷射光線與第三波長雷射光線經由外出表面從非線性光 學裝置外出並具不同光學路徑。 2 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其中 ，光線對非線性光學裝置之入射角與外出角中至少一角大 或等於3 0度。 3 .如申請專利範圍第2項之雷射光產生裝置，其中 ，光線對非線性光學裝置之入射角與外出角中至少一角等 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -39- ^1320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 方令或接近布魯斯特角。 4 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其中 ’根據其波長設定第一波長雷射光線與第二波長雷射光線 對非線性光學裝置之至少入射角或外出角。 5 .如申請專利範圍第4項之雷射光產生裝置，其中 ’根據波長，第一波長雷射光線或第二波長雷射光線對非 線性光學裝置之入射角與外出角中至少一角等於布魯斯特 角。 6 ·如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其中 ’第一波長雷射光線與第二波長雷射光線之一對非線性光 學裝置之入射角或外出角是先前固定的’而另~'光線對非 線性光學裝置之入射角或外出角是變化的，故以第三波長 雷射光線之輸出達最大値之角度設定進入或外出角。 7 ·如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，包含 光學路徑調整裝置，該裝置用於實施非線性光學裝置之平 行移動，俾能在入射表面之相同表面中移動非線性光學裝 置，因此移動與調整第一波長雷射光線與第二波長雷射光 線之光學路徑。 8 ·如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其中 之非線性光學裝置實施型式I之相位.脗合。 _ 9 ·如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其中 之非線性光學裝置是由B B 0 ( /3 — B a B 2〇4 )晶石， CLBo (CsLiB6〇1〇)晶石，SBBO ( Sr2Be2B2〇7)晶石或 KBBF (KBe2B〇3F2 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS )^4規格（21 OX297公釐） " -40 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 )晶石製成。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之雷射光產生裝置，其 中之非線性光學裝置是由直接上拉方法所製造之由B B 0 (泠一BaB2〇4)晶石製成。 1 1 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 中，至少第一共振器或第二共振器之共振器精巧度大或等 於 1 0 0。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之雷射光產生裝置， 其中，至少第一共振器或第二共振器之共振器精巧度大或 等於3 0 0。 1 3 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 中之第一共振器爲一外接共振器，而第二共振器爲一雷射 放大器或一外接共振器。 1 4 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 ^中之第二雷射光產生器爲一半導體雷射或一 L D激發固態 雷射。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之雷射光產生裝置， 其中之第二雷射光產生器以一單頻振盪或共振。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之雷射光產生裝置， 其中之第二雷射光產生器爲一藍寶石鈦雷射 '一紫翠至雷 射，一Cr :L1CAF雷射或一Cr :L1SAF雷射 〇 1 7 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 中之第二共振器爲一半導體放大器或一固態雷射放大器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -41 - 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 > 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之雷射光產生裝置， 其中之第二共振器以使用半導體雷射爲主雷射之注入鎖定 加以放大具第二波長之雷射光線。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之雷射光產生裝置， 其中之固態雷射放大器是由一藍寶石鈦晶石，一紫翠至晶 石，一 Cr : L i CAF 射或一 Cr : L 1 SAF 晶石製 成。 2 〇 .如申請專利範圍第1 7項之雷射光產生裝置， 其中之固態雷射放大器是由一半導體雷射或一 L D激發固 態雷射加以激勵的。 2 1 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 中，第一共振器與第二共振器中至少之一包含用於改變至 少一共振器光學路徑長度之光學路徑長度調整裝置。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項之雷射光產生裝置， 其中之光學路徑長度調整裝置是由一 P Z T元件，一 V C Μ元件或一光電晶石製成。 2 3 .如申請專利範圍第2 1項之雷射光產生裝置， 其中，第一共振器與第二共振器中至少之一以利用光學路 徑調整裝置之F Μ副頻帶方法或極化方法保持共振。 2 4 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 t 中，第一波長位於含2 5 0 nm與含2 7 5 nm之間，第 二波長位於含6 5 0 nm與含7 8 5 nm之間，且第三波 長位於含1 8 0 n m與含2 0 4 n m之間。 2 5 .如申請專利範圍第1項之雷射光產生裝置，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -42- 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 中，第三波長雷射光線之波長度小或等於1 0 P m。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之雷射光產生裝置， 其中，第三波長雷射光線之波長寬度小或等於1 p m。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之雷射光產生裝置， 其中，第三波長雷射光線之波長寬度小或等於0 . 1 p m 〇 28.—種光學裝置，包含： 一用於輸出具一第一波長雷射光線之第一雷射光產生 器； 一用於共振具第一波長雷射光線之第一共振器； 一用於輸出具一第二波長雷射光線之第二雷射光產生 器； 一用於共振具第二波長雷射光線之第二共振器；以及 一包含一非線性光學裝置之雷射光產生裝置，該非線 性光學裝置之位置使其包含在第一共振器與第二共振器中 並在兩端具一入射表面與一外出表面，經由該兩表面，具 第一波長之雷射光線與具第二波長之雷射光線可進入與外 出，用於產生具一第三波長雷射光線之光學裝置，該第三 波長雷射光線是經由穿經非線性光學裝置之第一波長雷射 光線與第二波長雷射光線之加總頻率.混合得到的， 其中，光束中心軸彼此隔空分開之第一波長雷射光線 與第二波長雷射光線經由入射表面進入非線性光學裝置， 而光束中心軸彼此隔空分開之第一波長雷射光線，第二波 長雷射光線與第三波長雷射光線經由外出表面從非線性光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -43- 501320 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 學裝置外出並具不同光學路徑。 2 9 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 被作爲一紫外線顯微鏡或一紫外線微結構檢視裝置用。 3 〇 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 被作爲一瑩光顯微鏡用。 3 1 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 被作爲一半導體檢視裝置，一光罩檢視裝置，一液晶檢視 裝置或一磁頭檢視裝置用。 3 2 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 被作爲一光學光碟掌控裝置。 3 3 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 被一使用光學干涉計之量測裝置用。 3 4 .如申請專利範圍第2 8項之光學裝置，該裝置 使用一光纖作爲傳輸供應自一光源之紫外線的裝置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -44-