2. BCM 的原理及结构

图 3 表示 BCM 在激光装置内的结构。

图 3 BCM的结构
图 3 BCM的结构

BCM 由高精密测量 E95 的 BCM Metrology(BCM 测量),以及让光谱可变的 BCM Control(BCM 控制)等 2 种模块构成。

a. BCM 测量模块
BCM 测量模块是将部分激光穿过光纤(Optical fiber)、照明光学系统(Illumination optics),射入精准温控的高精密标准具(High finess Etalons),形成条纹。此条纹通过高解析成像光学系统(High resolution imaging optics),射入可检测低噪声 VUV 的 CCD 传感器(Low noise VUV detective CCD sensor),并转为电气讯号。条纹讯号经过设置用来检测 E95 的控制器处理成反卷积(Deconvolution)*,达到高精度的 E95 测量。

*反卷积处理是利用装置函数去除光谱模糊的方法,为光谱正确测量时不可或缺的处理。GIGAPHOTON 在大型分光器的测量中进行过反卷积处理,而 BCM 测量模块于激光装置内的检测方面也能进行这一处理。

表 1 显示了 BCM 测量的规格。

表 1 BCM 测量部分规格

E95 测量 测量精度 ±40 fm@GT40/60A
±25 fm@GT61A
测量范围 0.15 - 0.6 pm@GT40/60A
0.15 - 0.5 pm@GT61A
累积脉冲 40 pulses

 
b. BCM 控制模块
根据 BCM 测量模块测的光谱信息进行控制。GIGAPHOTON 独家研发出将光学组件用于可变机构的控制方式。图 4 显示了光谱可变机构的原理。

图 4 光谱可变机构原理
图 4 光谱可变机构原理

为使光谱可变,将光学组件配置于共振器内。(1)是未进行光谱控制的情况。在激光共振器内配置平行平板光学系统时,射入光学组件的激光将保持平面波穿透。平面光射入共振器内光栅,并绕射波长λ1。绕射光束受到共振,输出纤细光谱。而(2)则是分散了光学组件,让激光可以穿透。激光由平面波变化为球面波,射入光栅。此时将绕射程不同波长的λ1、λ2、λ3,输出的光谱将变粗。调整 2 个光学组件的间隔,即可让光谱可变化。

使用光学组件的光谱控制,有以下 3 项优点:

-高速控制光谱
光学组件结合高速运转的制动器,可高速控制光谱。

-光谱的对称性
曝光机聚焦镜光谱形状 E95/FWHM,是假设一定比例条件下进行设计。让光谱可变的同时如果不能确保光谱形状的对称性,就会出现与曝光机聚焦镜设计假定条件不吻合的情况。而 BCM 即使让光谱变化,也能确保光谱形状的对称性。图 5 显示了让可变机构动作时,FWHM 与 E95 的关系以及实际的光谱形状。可以发现,E95/FWHM 几乎呈现稳定数值,光谱形状也没有大幅度的变形。

图 5 光谱的对称性
图 5 光谱的对称性

-对激光性能的影响
变更光谱为 0.3 pm、0.5 pm 时,波长、能量稳定性的行为如图 6 所示。E95 发生变更,也可知对个别性能不致造成影响。

改变 E95 时的波长、能量稳定性
改变 E95 时的波长、能量稳定性

利用 BCM 控制模块所用光学组件的光谱可变机构,具有前述各项优点,可以说是激光光谱可变的理想方法。