专利名称：一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学测量技术领域，更具体地，涉及一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置。
背景技术：
随着光刻技术的不断发展，通过氟化氩(ArF)准分子激光器已经成功突破22nm节点，而这也已经达到了准分子激光器的极限，因此急需开发下一代光刻光源，即EUV(Extreme Ultra Violet,极紫外)光源使摩尔定律得以延续。EUV光刻技术面临着一系列的挑战，其中的一个问题是目前的光源功率太低，而LPP EUV (Laser Produced PlasmaExtreme Ultra Violet，激光等离子体极紫外)光源被期待提供高于200W的输出功率。若要实现工业生产要求的高功率和高可靠性，LPP主驱动光源是关键因素之一。LPP的主驱动光源必须是具有高功率(数百瓦)、高重复频率和高光束质量的激光，而MOPA (A masteroscillator and a power amplifier,主振荡-功率放大)激光驱动器已成为获得LPP主驱动光源的主要研究方向。因此相应地急需一种新的测量装置能对MOPA系统激光参数进行测量及评价，评价参数包括·激光功率(能量)、激光脉冲波形和光束质量M2等。同样掌握和控制这些参数，对于高功率激光器在其它领域的应用也是十分重要的。激光参数的测量方法有很多，但它们都只能对单一的激光参数进行测量，若要对多种激光参数(如光束质量、脉冲形状、功率大小)同时进行测量，则需要采用分光的办法。为调整的方便，通常将分光镜放置在激光输出方向并与光轴方向成45°角,进而对部分反射的激光的光束参数进行检测。45°布局的分束镜，通常有较高的反射率。并且由菲涅尔公式可知，P分量与s分量的反射率和透射率一般是不一样的，而且反射时还可能发生相位跃变。当反射和折射后就会改变入射光的偏振态，对测量结果产生影响。另外这种方法较适合激光功率不是很高的情况，若激光能量过高，导致反射出的光束功率仍然超过探测器要求的最大功率阈值，会对仪器造成损坏。

发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置，旨在解决现有技术不利于高功率激光束光束参数测量的问题。为实现上述目的，本发明提供了一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置，包括第一楔形镜，第一探测器和第二探测器；线偏振激光入射至第一楔形镜的外反射面上，偏振方向在入射面内，经第一楔形镜的外反射面的反射光由第一探测器进行测量，经第一楔形镜的内反射面的反射光由第二探测器进行测量。更进一步地，还包括第二楔形镜，第二楔形镜的内反射面与第一楔形镜的外反射面平行且两楔形镜的楔角分别在激光光轴的两边，线偏振激光依次通过第一楔形镜和第二楔形镜后输出激光光斑。更进一步地，所述第二楔形镜的外反射面与第一楔形镜的内反射面之间的间距为4-8cm。更进一步地，所述第一探测器为光束质量检测仪，用于对激光光束的质量进行测量。更进一步地，所述第二探测器为光电探测器，用于对激光脉冲的波形进行检测。更进一步地，所述测量装置还包括能量计，用于对经第二楔形镜输出的激光能量进行测量。更进一步地，所述第一楔形镜的外反射面与所述线偏振激光的光轴的夹角为布儒斯特角。本发明采用按布儒斯特角度布局的楔形镜克服了 45°分光镜反射光束能量过高且会对光束偏振态产生变化的缺点，并能够对激光光束多个参数进行同时测量。当线偏振的激光光束入射到第一楔形镜表面，使入射激光的偏振方向在入射面(入射光线与反射光线所在的平面)内。当入射角为布儒斯特角时，反射光束光强为零，适当使外反射面有微小偏转，将会有少量激光被反射用以对激光光束的参数进行测量。而大部分透射的激光能量经过第二楔形镜后实现光斑无放大出射，其偏振特性不受影响。


图1是本发明实施例提供的高功率线偏振激光光束性能的测量装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的高功率线偏振激光光束性能的测量装置中单楔形镜光斑放大光路图；图3是本发明实施例提供的高功率线偏振激光光束性能的测量装置经实验测得激光光斑三维图；图4是本发明实施例提供的高功率线偏振激光光束性能的测量装置经实验测得激光脉冲波形图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明利用以布儒斯特角入射时楔形镜分束特性可以对高功率线偏振激光光束参数进行实时测量；图1示出了本发明实施例提供的高功率线偏振激光光束性能的测量装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下高功率线偏振激光光束性能的测量装置包括第一楔形镜I，第一探测器3和第二探测器4 ;线偏振激光入射至第一楔形镜I的外反射面上，偏振方向在入射面内，经第一楔形镜I的外反射面的反射光由第一探测器3进行测量，经第一楔形镜I的内反射面的反射光由第二探测器4进行测量。在本发明实施例中，第一探测器3为光束质量检测仪，用于对激光光束的质量进行测量。第二探测器为光电探测器，用于对激光脉冲的波形进行检测。本发明提供的一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置主要利用了以布儒斯特角入射时楔形镜的分束特性，能够实时测量高功率线偏振激光器的多个参数。在本发明实施例中，高能量线偏振激光经过第一楔形镜I时，大部分能量被折射透过第一楔形镜I。由于的激光经过单楔形镜时在平行入射面方向具有光斑放大作用，透过第一楔形镜I的光斑直径会被放大，若要保持光斑形状不发生改变，应在主光路上平行放置2个楔形镜，具体放置方法如前所述，这样才能弥补光束放大上的非均匀性，得到无放大输出的高能量线偏振激光。因此，测量装置还包括第二楔形镜2，第二楔形镜的内反射面与第一楔形镜的外反射面平行且两楔形镜的楔角分别在激光光轴的两边，，线偏振激光依次通过第一楔形镜I和第二楔形镜2后输出激光光斑。光斑放大光路如图2所不。在本发明实施例中，测量装置还包括能量计，用于对经第二楔形镜2输出的激光能量进行测量。本发明采用布儒斯特角布局的楔形镜克服了 45°分光镜反射光束能量过高且会对光束偏振态产生变化的缺点，并能够对激光光束多个参数进行同时测量。当线偏振的激光光束入射到第一楔形镜I表面，使入射激光的偏振方向在入射面(入射光线与反射光线所在的平面)内。当入射角为布儒斯特角时，反射光束光强为零，适当使第一楔形镜外反射面有微小偏转，将会有少量激光被反射用以对激光光束的参数进行测量。而大部分透射的激光能量经过第二楔形镜2后实现光斑无放大出射，其输出激光能量基本保持不变且偏振特性不受影响。作为本发明的一个实施例，在进行激光等离子体极紫外光源的驱动激光器高功率高重复率脉冲C02激光束的测试时，第二楔形镜2的外反射面与第一楔形镜I的内反射面之间的间距为4-8cm。第一楔形镜I的外反射面与所述线偏振激光的光轴的夹角为63°。本发明结构简单，操作方便，能够同时测量高功率线偏激光器的多种参数；以布儒斯特角入射的楔形镜不仅可以获得较小的反射光强，同时由于楔形镜的外反射面和内反射面非平行，两面的反射光间存在一个夹角，可以采用不同探测器进行同时测量，且在楔形镜两平面间的反射不会形成F-P干涉环，而且双楔形镜能获得无畸变的光束输出。本发明基于布儒斯特角分束镜的激光分束作用，使高功率线偏振激光以略偏于布儒斯特角入射在楔形镜上，反射的极少光束用于实时光束质量和脉冲波形测量，而沿原入射方向平行出射的光束无放大无损耗出射。下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的说明。高功率线偏振激光光束性能的测量装置包括第一楔形镜1，第二楔形镜2、第一探测器3、第二探测器4。高能量线偏振激光照射在第一楔形镜I外反射面上，使得偏振方向在入射面内，且第一楔形镜I外反射面的法线方向与入射激光方向的夹角为布儒斯特角。第一楔形镜I的外反射面的反射光进行反射后，由第一探测器3进行测量，所述的第一探测器3可以是光束质量检测仪，用以对激光光束质量的测量；同样第一楔形镜I的内反射面的反射光进行反射后，由第二探测器4进行测量，所述的第二探测器4可以是光电探测器，用以对激光脉冲波形的检测。第二楔形镜的内反射面与第一楔形镜的外反射面平行且两楔形镜的楔角分别在激光光轴的两边，第二楔形镜2的外反射面与第一楔形镜I的内反射面之间的间距为4-8cm，高能量线偏振激光依次通过第一楔形镜I和第二楔形镜2后激光光斑无放大出射。当激光以布儒斯特角入射到第一楔形镜I的外反射面时，反射光和折射光同为线偏振光，其中反射光为S偏振光(入射面振动的方向),折射光为P偏振光(平行于入射面振动的方向)。高能量线偏振激光的偏振方向在入射平面内，即入射的高能量激光仅含P偏振光，它经过第一楔形镜I后将全部透射，且透射后的激光的偏振状态保持不变。此时微调第一楔形镜I的外反射面的反射角度，会有少量的激光被反射，反射激光的强度与偏转的角度相关；使其略偏离布儒斯特角(偏转角小于1°角)，则会有少量的激光反射，进而对弱反射的激光进行检测，从而起到保护探测仪器的作用。经第一楔形镜I外反射面反射的激光由第一探测器3对激光进行测量，若第一探测器3为光束质量检测仪，可以得到激光光斑的直径、模结构、激光的二维、三维光斑能量分布参数。同样地，高能量激光经第一楔形镜I的外反射面折射后会在第一楔形镜I的内反射面产生少量反射，该反射光经第一楔形镜I的外反射面折射后出射由第二探测器4接收，若第二探测器4为光电探测器，可以对激光脉宽等参数进行测量，为避免在测量结果中带入楔形镜结构对光束质量的影响，一般不采用内反射面反射光进行光束质量监测。由于第一楔形镜I的内反射面和外反射面间存在一个夹角，所以经第一楔形镜I反射的两束反射光束传播一段光路后将分离的更远，这样可以采用探测器对两束光进行同时探测，彼此不会干扰；同时因为楔形角的存在，在楔形镜两平面间的反射不会形成F-P干涉环。下面结合高功率线偏振的C02激光器，对多个光束性能参数进行实时测量的实例，进一步说明本发明的技术方案。高功率线偏振的C02激光器的线偏振激光为45°偏振。第一楔形镜I的外反射面与水平面成45 °角，保证高能量线偏振激光的偏振方向在入射平面内，并且控制第一楔形镜I的外反射面法线与高能量线偏振激光光轴的夹角为63° (略小于布儒斯特角63. 7° )。第一楔形镜I的外反射面和内反射面产生的少量反射光分别由光束质量检测仪和光电探测器进行同时检测，光束质量检测仪测得光斑的三维截图分别如图3所示，光电探测器探测到的光斑脉冲如图4所示。经两面楔形镜透射后无畸变的激光通过能量计进行测量，平均功率为100W，其测量结果与未经过本发明装置直接测量的结果基本保持不变，说明经楔形镜后只有少量的光束能量被反射；同时经过楔形镜后的光束的偏振特性也未发生变化。综上所述，本发明实现同时对高功率激光的多种参数进行同时测量，反射光束的能量较小，在探测器的阈值范围内且对输出光束的能量影响很小，经楔形镜后的透射光束的光斑大小和偏振状态都没有改变。此方法结构简单，操作方便，具有很强的实用性。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置，其特征在于，包括第一楔形镜，第一探测器和第二探测器； 线偏振激光入射至第一楔形镜的外反射面上，偏振方向在入射面内，经第一楔形镜的外反射面的反射光由第一探测器进行测量，经第一楔形镜的内反射面的反射光由第二探测器进行测量。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括第二楔形镜，第二楔形镜的内反射面与第一楔形镜的外反射面平行且两楔形镜的楔角分别在激光光轴的两边，线偏振激光依次通过第一楔形镜和第二楔形镜后输出激光光斑。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第二楔形镜的外反射面与第一楔形镜的内反射面之间的间距为4-8cm。
4.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述第一探测器为光束质量检测仪，用于对激光光束的质量进行测量。
5.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述第二探测器为光电探测器，用于对激光脉冲的波形进行检测。
6.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括能量计，用于对经第二楔形镜输出的激光能量进行测量。
7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一楔形镜的外反射面与所述线偏振激光的光轴的夹角略偏离布儒斯特角。
全文摘要
本发明公开了一种高功率线偏振激光光束性能的测量装置；包括第一楔形镜，第一探测器和第二探测器；线偏振激光以布儒斯特角入射至第一楔形镜的外反射面上，入射光偏振方向在入射面内，反射光束光强为零，适当使楔形镜的外反射面有微小偏转，有少量激光经第一楔形镜的外反射面的反射光由第一探测器进行测量，经第一楔形镜的内反射面的反射光由第二探测器进行测量。而大部分透射的激光能量经过第二楔形镜后实现光斑无放大出射，其偏振特性不受影响。本发明采用楔形镜对入射激光进行分光，能够降低反射光束的能量及保持透射光束的偏振性，对激光光束多个参数进行同时测量。
文档编号G01J11/00GK103063411SQ20121054476
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者杨蔓, 左都罗, 王新兵, 陆培祥, 徐勇跃, 胡耀文, 涂嫔 申请人:华中科技大学