具有高質(zhì)量、穩(wěn)定輸出光束及長壽命高轉(zhuǎn)換效率的非線性晶體的激光器的制造方法【專利摘要】本發(fā)明揭示一種可以低溫操作的鎖模激光器系統(tǒng),其可包含退火頻率轉(zhuǎn)換晶體及用以在所述低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況的外殼。在一個實施例中,所述晶體可具有增加的長度。第一光束塑形光學(xué)器件可經(jīng)配置以將來自光源的光束聚焦到位于所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面。諧波分離塊可將來自所述晶體的輸出分成在空間上分離的不同頻率的光束。在一個實施例中,所述鎖模激光器系統(tǒng)可進(jìn)一步包含第二光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以將橢圓形橫截面的所要頻率光束轉(zhuǎn)換成具有例如圓形橫截面的所要縱橫比的光束?!緦@f明】具有高質(zhì)量、穩(wěn)定輸出光束及長壽命高轉(zhuǎn)換效率的非線性晶體的激光器[0001]相關(guān)串請案[0002]本申請案主張標(biāo)題為“具有高質(zhì)量、穩(wěn)定輸出光束、長壽命高轉(zhuǎn)換效率的非線性晶體的鎖模紫外激光器及使用鎖模紫外激光器的晶片檢驗(Mode-LockedUVLaserWithHighQuality,StableOutputBeam,Long-LifeHighConversionEfficiencyNon-LinearCrystalAndAWaferInspectionUsingAMode-LockedUVLaser)”且在2011年7月22日申請的美國臨時申請案61/510,633的優(yōu)先權(quán)?!?br>技術(shù)領(lǐng)域:
】[0003]本發(fā)明涉及激光器,且特定來說,本發(fā)明涉及使用非線性晶體以通過頻率轉(zhuǎn)換過程而從較長波長輻射獲得較短波長輻射的激光器?!?br>背景技術(shù):
】[0004]半導(dǎo)體制造的每一連續(xù)節(jié)點需要檢測晶片上的較小缺陷及粒子。因此,仍總是需要用于晶片檢驗的較高功率及較短波長UV(紫外線)激光器。因為缺陷或粒子尺寸被減小,所以由所述缺陷或粒子反射或散射的光的分率通常也被減少。因此,需要改善信噪比以檢測較小缺陷及粒子。如果較亮光源用于照射缺陷或粒子,那么更多光子將被散射或反射且信噪比可被改善(只要其它噪聲源被控制)。使用較短波長可進(jìn)一步改善對較小缺陷的敏感度,這是因為由粒子散射的光的分率(小于光的波長)隨波長減小而增大。[0005]一般來說,具有高光束質(zhì)量(例如,具有約等于I的M2,其中M2為光束的光束參數(shù)乘積與相同波長的理想高斯(Gaussian)光束的光束參數(shù)乘積的比率)的等幅波(CW)激光器可滿足半導(dǎo)體晶片檢驗及度量需要。如果無法取得足夠功率及光束質(zhì)量的CW激光器,那么較次最佳替代者一般為(例如)具有約50兆赫(MHz)或更高的重復(fù)頻率的高重復(fù)頻率激光器。此類高重復(fù)頻率對鎖模激光器(其為某一類型的脈沖激光器)來說為可行的。Q切換激光器具有更低很多的重復(fù)頻率(低于10兆赫,通常低于I兆赫)。一般來說,鎖模激光器能夠發(fā)出約數(shù)皮秒或甚至數(shù)飛秒的極短脈沖。鎖模激光器誘發(fā)其共振腔的模式之間的定相關(guān)系,使得那些模式之間的干涉導(dǎo)致激光器光作為脈沖而產(chǎn)生。[0006]光束質(zhì)量(例如由M2所測量)對半導(dǎo)體檢驗及度量應(yīng)用很重要,這是因為激光束必須聚焦成小光點(或線)以檢測小缺陷或粒子及/或測量小面積。如果光束質(zhì)量不佳,那么晶片上的聚焦光點(或線)不具高斯輪廓且所述輪廓的尾部含有比理想輪廓更多的能量。那些較大尾部導(dǎo)致從關(guān)注區(qū)外部收集信號的至少部分以借此降低來自關(guān)注區(qū)的信號的對比度。[0007]可通過產(chǎn)生長波長光束的諧波或通過混合不同頻率的兩個激光束以產(chǎn)生等于兩個頻率的和(或差)的頻率而使用非線性晶體產(chǎn)生UV激光束。因為所述諧波產(chǎn)生及所述混合過程是非線性過程,所以更高入射功率密度通常產(chǎn)生更有效率的轉(zhuǎn)換過程及更高輸出功率。[0008]然而,增大非線性晶體上的入射激光器功率可具有不合意的副作用。具體來說,高功率電平可改變所述晶體的折射率(光折射效應(yīng))。因為所述晶體中的聚焦激光器光點具有近似高斯輪廓,所以所述晶體內(nèi)的不同位置處的強度不同。因此,折射率的變化隨所述晶體中的位置而變動。所述晶體中的此折射率梯度可使輸出光束畸變,從而導(dǎo)致散光。由于輸出激光束的質(zhì)量惡化,所以由所述光束產(chǎn)生的晶片上的光點或線變寬且因此使小粒子或缺陷的檢測效率更低。雖然可由位于光束路徑中在所述晶體之后的光學(xué)器件大致校正少量散光,但此校正將僅為大致的且將僅在初始散光程度非常低的條件下有效。[0009]晶體上的較高入射功率電平的另一不合意副作用在于:可隨著時間逝去而在晶體中發(fā)生永久損壞。就積累暴露來說,此損壞可導(dǎo)致大體上減小功率強度以及大體上增加散光。因此,用光學(xué)器件校正散光將需要頻率補償調(diào)整,這在商業(yè)應(yīng)用中將不切實際。再者,散光還可快速增加到即使使用調(diào)整也無法進(jìn)行準(zhǔn)確補償?shù)某潭?。[0010]產(chǎn)生較短輸出波長還可加速晶體的降級,這是因為輸出光子更具能量且因此可改變晶體的特性或甚至永久損壞所述晶體。因此,在較短輸出波長中,散光及其它有害光束質(zhì)量及強度效應(yīng)也會越來越多發(fā)生。[0011]非線性晶體中的最佳功率密度權(quán)衡最大轉(zhuǎn)換效率(其通常需要盡可能高的功率密度)與最小化色中心形成、光折射效應(yīng)及雙光子吸收(其全部通過降低功率密度而最小化),同時維持良好光束輪廓。[0012]明顯地,光折射效應(yīng)及雙光子吸收可導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)的暫時變化,這至少持續(xù)入射激光器脈沖的持續(xù)時間且其后通常持續(xù)短時間。如同在Q切換激光器中,當(dāng)激光器重復(fù)頻率較低時,一個脈沖與下一脈沖之間可具有足夠時間用于讓晶體的這些變化部分或完全松弛返回到初始狀態(tài)。如果晶體在以高溫(例如,介于120到150°C之間,其為標(biāo)準(zhǔn)操作的典型溫度范圍)操作,那么此松弛可更快。通常,由高重復(fù)頻率(例如50兆赫、100兆赫或更高)(如由鎖模激光器所實現(xiàn))更佳地服務(wù)半導(dǎo)體檢驗及度量的應(yīng)用。然而,此類高重復(fù)頻率通常不允許時間用于改變晶體性質(zhì)以從一個脈沖實質(zhì)上松弛到下一個脈沖。[0013]非線性晶體(例如CLBO(硼酸銫鋰)或CB0(硼酸銫))可用以從可見激光器光輸入的二次諧波產(chǎn)生深UV光。例如,可使用CLBO從532納米激光束產(chǎn)生266納米波長光。在另一實施例中,可通過混合(例如)266納米與1064納米波長而產(chǎn)生約213納米波長的光。此類晶體操作的最大功率電平可能受到晶體中的缺陷及雜質(zhì)的限制。[0014]晶體中的雜質(zhì)或其晶格中的缺陷可使所述晶體的壽命降級或產(chǎn)生色中心,色中心成了晶體光學(xué)性質(zhì)變化發(fā)生得比晶體中的其它位置快的位置。因此,應(yīng)盡可能使用最高純度的起始材料來制造晶體。[0015]明顯地,即使起始材料中不存在雜質(zhì)(例如水),雜質(zhì)也可在晶體的生長過程期間或甚至在正常操作期間(當(dāng)用在檢驗系統(tǒng)中時)并入到所述晶體中。這些雜質(zhì)可在功率密度較高時對晶體壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。遺憾的是,改善起始材料的純度無法減少操作期間并入的雜質(zhì)。[0016]用于降低或減慢晶體劣化的一種已知技術(shù)為以高溫(通常介于120到150°C之間)操作晶體,這會在晶體中產(chǎn)生較高能量電子。這些較高能量電子能夠更容易地四處移動,借此抵消短期內(nèi)的一些光誘發(fā)變化。此項技術(shù)對低重復(fù)頻率激光器最有用,這是因為脈沖之間存在相對較長時間間隔(這允許從一個脈沖的效應(yīng)恢復(fù))。此高操作溫度還可有助于防止晶體在使用時吸水。[0017]雖然以高溫操作晶體可提供具有足夠高遷移率的更多電子以抵消晶體中的一些變化,但其也增加晶體中的缺陷狀態(tài)的能量。因此,所述高操作溫度可緩解一些缺陷機制,同時加劇其它缺陷機制。明顯地,當(dāng)重復(fù)頻率較高時,增加溫度無法有效減少晶體中的短期變化。[0018]應(yīng)對晶體損壞的另一已知技術(shù)為:使用晶體中的一個位置達(dá)某一時段,接著在輸出光束質(zhì)量及/或強度過多降級之前移動到新位置。用于頻率轉(zhuǎn)換的晶體中的位置頻繁調(diào)整意味著:在操作時間的可觀部分內(nèi),激光器被調(diào)整、被重新對準(zhǔn)或在調(diào)整之后穩(wěn)定。即使所述調(diào)整及重新對準(zhǔn)是自動化的,也可能存在無法在激光器調(diào)整后穩(wěn)定時完全按規(guī)范操作的時間。在工業(yè)(如半導(dǎo)體業(yè),其中制造設(shè)備一天24小時運轉(zhuǎn))的檢驗及測量應(yīng)用中,操作時間的此中斷或減少為顯著缺點。如果損壞率較高,那么即使頻繁且自動調(diào)整晶體中的轉(zhuǎn)換位置,晶體在需要被替換之前仍僅可延續(xù)數(shù)天或數(shù)周。半導(dǎo)體業(yè)無法接受維修事件之間的此短時間間隔。[0019]因此,需要一種高功率激光器系統(tǒng),其包含頻率轉(zhuǎn)換晶體(即,能夠產(chǎn)生基諧激光器波長的諧波的非線性晶體)且還可確保高質(zhì)量、穩(wěn)定激光束及長晶體壽命?!?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0020]本發(fā)明描述一種可以低溫操作的鎖模激光器系統(tǒng)。如本文中所使用,“低”溫為約50°C及以下(其中常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)操作溫度為至少100°C且通常介于120°C到150°C之間)。在一個實施例中,所述低溫可介于30°C與-10°C之間。此激光器系統(tǒng)可包含退火頻率轉(zhuǎn)換晶體及保護所述晶體在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間免受雜質(zhì)損害且借此維持所述晶體的退火狀況的外殼。一般來說,所述晶體具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利(Rayleigh)距離的兩倍;一長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以走離角(以弧度為單位)。在一個實施例中,所述晶體可具有增加的長度(例如12.5毫米長或15毫米長CLB0,相比于用于將532納米轉(zhuǎn)換成266納米的典型10毫米長CLB0)。第一光束塑形光學(xué)器件可經(jīng)配置以將來自光源的光束聚焦到位于所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面。諧波分離塊可將來自所述晶體的輸出分成空間中被分離的不同頻率的光束。在一個實施例中,所述鎖模激光器系統(tǒng)可進(jìn)一步包含第二光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以將所要頻率光束的橢圓形橫截面轉(zhuǎn)換成具有所要縱橫比(例如圓形橫截面)的光束。[0021]在一個實施例中,晶體中的橢圓形橫截面可具有2:I到6:I之間的縱橫比。第一光束塑形光學(xué)器件可包含棱鏡、圓柱形彎曲元件、徑向?qū)ΨQ彎曲元件及衍射元件中的至少一者。諧波分離塊可包含棱鏡,例如佩林-勃洛卡(Pellin-BiOca)棱鏡。晶體可為CLBO(硼酸銫鋰)晶體、CBO(硼酸銫)晶體、BBO(β-硼酸鋇)晶體、LBO(三硼酸鋰)晶體、鈮酸鋰晶體、KDP(磷酸二氫鉀)晶體或另一非線性光學(xué)晶體。[0022]本發(fā)明還描述一種以低溫操作激光器系統(tǒng)的方法。在此方法中,來自光源的光束可聚焦到退火頻率轉(zhuǎn)換晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面中。從所述晶體的輸出,所要頻率光束可與任何非所要頻率光束分離。所述方法可進(jìn)一步包含在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況及/或?qū)⑺鰴E圓形橫截面轉(zhuǎn)換成圓形橫截面。[0023]本發(fā)明還描述一種使頻率轉(zhuǎn)換晶體退火的方法。在此方法中,可在約2小時內(nèi)將所述晶體的溫度增加到約150°C??墒箿囟缺3旨s150°C達(dá)約10小時。接著,可在約I小時內(nèi)將溫度增加到約200°C。此時,可使溫度保持在150到200°C之間達(dá)約100小時。最后,可在約3小時內(nèi)將溫度降低到室溫。[0024]本發(fā)明還描述另一種使頻率轉(zhuǎn)換晶體退火的方法。在此方法中,在上述第一退火步驟期間,判斷-OH鍵吸收是否處于第一等級。如果不處于第一等級,那么繼續(xù)使溫度保持約150°C。如果處于第一等級,那么在約I小時內(nèi)將溫度增加到約200°C。在上述第二退火步驟期間,判斷-OH鍵吸收是否處于第二等級。如果不處于第二等級,那么繼續(xù)使溫度保持在150到200°C之間。如果處于第二等級,那么在約3小時內(nèi)將溫度降低到室溫。在一個實施例中,可使用FTIR(傅立葉變換紅外光譜法)來執(zhí)行吸收判斷。例如,F(xiàn)TIR可監(jiān)測紅外光譜中約3580CHT1處的-OH鍵。[0025]本發(fā)明還描述一種多階段斜升退火過程。在此過程中,第一斜升階段可使溫度增加到第一預(yù)定溫度。可使溫度保持處于第一預(yù)定溫度達(dá)第一預(yù)定時段。接著,第二斜升階段可使溫度增加到第二預(yù)定溫度,第二預(yù)定溫度高于第一預(yù)定溫度。可使溫度保持處于第二預(yù)定溫度達(dá)第二預(yù)定時段。最后,可將溫度降低到室溫。[0026]本發(fā)明還描述另一種多階段斜升退火過程。在此過程中,第一斜升階段可使溫度增加到第一預(yù)定溫度??墒箿囟缺3痔幱诘谝活A(yù)定溫度,直到-OH鍵吸收處于第一等級。接著,第二斜升階段可使溫度增加到第二預(yù)定溫度,所述第二預(yù)定溫度高于所述第一預(yù)定溫度??墒箿囟缺3痔幱诘诙A(yù)定溫度,直到-OH鍵吸收處于第二等級。最后,可將溫度降低到室溫。[0027]本發(fā)明還描述一種用于檢測測試表面上的污染物及缺陷的光學(xué)系統(tǒng)。此光學(xué)系統(tǒng)可包含用于產(chǎn)生激光束的改進(jìn)型激光器系統(tǒng)及沿路徑將所述激光束導(dǎo)引到所述測試表面上且在所述測試表面上產(chǎn)生照射光點的光學(xué)器件。還提供檢測器及橢球鏡表面。所述鏡表面及檢測器具有圍繞與所述測試表面垂直的線的對稱軸。所述鏡表面界定定位于所述測試表面接近處以從所述表面接收穿過其散射光的輸入小孔及射出小孔。所述鏡表面圍繞所述對稱軸而實質(zhì)上旋轉(zhuǎn)對稱,使得所述鏡表面以圍繞所述對稱軸的旋轉(zhuǎn)對稱方式將穿過所述輸入小孔的光反射及聚焦到所述檢測器。所述射出小孔位于所述輸入小孔的相對處。[0028]本發(fā)明還描述一種用于檢測樣本的異常的光學(xué)系統(tǒng)。此光學(xué)系統(tǒng)可包含用于產(chǎn)生第一及第二光束的改進(jìn)型激光器系統(tǒng)。第一光學(xué)器件可沿第一路徑將第一輻射光束導(dǎo)引到所述樣本的表面上的第一光點上。第二光學(xué)器件可沿第二路徑將第二輻射光束導(dǎo)引到所述樣本的表面上的第二光點上。所述第一及第二路徑相對于所述樣本的所述表面成不同入射角度。集光光學(xué)器件可包含彎曲鏡表面,其用于接收來自所述樣本表面上的第一或第二光點并且源于第一或第二光束的散射輻射且將所述散射輻射聚焦到第一檢測器。所述第一檢測器可響應(yīng)于由所述彎曲鏡表面聚焦到其上的輻射而提供單一輸出值。儀器可導(dǎo)致所述兩個光束與所述樣本之間的相對運動,使得在樣本的整個表面掃描光點。[0029]本發(fā)明還描述一種表面檢驗設(shè)備。此設(shè)備可包含用于產(chǎn)生輻射光束的改進(jìn)型激光器系統(tǒng)。照射系統(tǒng)可經(jīng)配置以按相對于表面的非法向入射角聚焦輻射光束以在表面上實質(zhì)上聚焦光束的入射平面中形成照射線。由聚焦光束及穿過聚焦光束且與所述表面正交的方向界定所述入射平面。集光系統(tǒng)可經(jīng)配置以使所述照射線成像。所述集光系統(tǒng)可包含:成像透鏡,其用于收集從包括所述照射線的所述表面的區(qū)散射的光;聚焦透鏡,其用于聚焦所收集的光;及裝置,其包括光敏元件陣列。所述光敏元件陣列的每一光敏元件可經(jīng)配置以檢測所述照射線的放大圖像的對應(yīng)部分。[0030]本發(fā)明還描述一種包含用于產(chǎn)生輸入激光器脈沖的改進(jìn)型激光器系統(tǒng)的脈沖倍增器。此脈沖倍增器可進(jìn)一步包含接收輸入激光器脈沖的偏振光束分裂器。波板可從所述偏振光束分裂器接收光且產(chǎn)生第一組脈沖及第二組脈沖,第一組脈沖具有不同于第二組脈沖的偏振。一組鏡可產(chǎn)生包含所述偏振光束分裂器及所述波板的環(huán)形腔。所述偏振光束分裂器可將第一組脈沖透射為脈沖倍增器的輸出且將第二組脈沖反射到環(huán)形腔中?!緦@綀D】【附圖說明】[0031]圖1A說明根據(jù)本發(fā)明的簡化激光器系統(tǒng)。[0032]圖1B說明示范性高斯激光束,其中指示光束腰。[0033]圖1C、ID及IE說明示范性外殼,其可實施用于保護頻率轉(zhuǎn)換晶體免受雜質(zhì)損害的外殼,借此在激光器操作或不操作時維持晶體的退火狀況。[0034]圖1F說明示范性多步頻率轉(zhuǎn)換。[0035]圖2A、2B及2C說明用于產(chǎn)生光源輸出的橢圓形橫截面的示范性變形光學(xué)器件。[0036]圖3A及3B說明可用在頻率轉(zhuǎn)換晶體上的示范性退火過程。[0037]圖4、5、6及7說明包含改進(jìn)型激光器系統(tǒng)的示范性檢驗系統(tǒng)。[0038]圖8說明經(jīng)配置以從由改進(jìn)型激光器系統(tǒng)產(chǎn)生的每一輸入激光器脈沖產(chǎn)生脈沖列的示范性脈沖倍增器?!揪唧w實施方式】[0039]根據(jù)改進(jìn)型激光器系統(tǒng)及操作,鎖模激光器系統(tǒng)包含退火頻率轉(zhuǎn)換晶體及在正常操作期間產(chǎn)生位于所述晶體中或所述晶體接近處的橢圓形橫截面光束腰的輸入光源。在一些實施例中,所述頻率轉(zhuǎn)換晶體維持處于低溫。如本文中所使用,“低”溫為約50°C及以下。在一個實施例中,所述低溫可介于30°C到-10°C之間。組件與操作的此組合可確保光束質(zhì)量、光束穩(wěn)定性及晶體壽命。[0040]根據(jù)激光器系統(tǒng)的一些實施例,可包含“長”晶體(下文所述)。在激光器中的典型頻率轉(zhuǎn)換階段中,輸入激光束被聚焦到所述頻率轉(zhuǎn)換晶體中或所述頻率轉(zhuǎn)換晶體接近處的近似圓形橫截面光束腰。晶體越長,將被轉(zhuǎn)換成輸出波長的輸入波長就越多,這是因為輸入激光束在晶體內(nèi)花費越多時間。然而,過長晶體因輸入與輸出波長之間的走離而使光束質(zhì)量降級。判斷最大可用轉(zhuǎn)換晶體長度的一個因素是走離角(其取決于晶體材料及輸入與輸出波長)及光束直徑。在檢驗及測量半導(dǎo)體的應(yīng)用中,需要良好光束質(zhì)量,所以最大可用晶體長度通常約等于激光束腰直徑除以走離角(以弧度為單位)。以一方程式表示,如果光束腰的半徑為%,走離角(以弧度為單位)為aw。且晶體長度為L,那么最大可用晶體長度由以下方程式近似給出:[0041]【權(quán)利要求】1.一種可以低溫操作的鎖模激光器系統(tǒng),所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體;外殼,其在所述低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;第一光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收光束且將所述光束聚焦到位于所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;及諧波分離塊,其將來自所述晶體的輸出分成在空間上分離的不同頻率的光束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述晶體具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利距離的兩倍;及長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以以弧度為單位的走離角。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述長度為至少12.5毫米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其進(jìn)一步包含經(jīng)配置以將所要頻率光束的橢圓形橫截面轉(zhuǎn)換成所要縱橫比的第二光束塑形光學(xué)器件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述晶體中的所述橢圓形橫截面具有2:1到6:1之間的縱橫比。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述第一光束塑形光學(xué)器件包含棱鏡、圓柱形彎曲元件、徑向?qū)ΨQ彎曲元件及衍射元件中的至少一者。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述諧波分離塊包含棱鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述棱鏡為佩林-勃洛卡棱鏡。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其中所述晶體為CLBO(硼酸銫鋰)晶體、CBO(硼酸銫)晶體、ΒΒ0(β-硼酸鋇)晶體、LBO(三硼酸鋰)晶體、鈮酸鋰晶體、KDP(磷酸二氫鉀)晶體及另一非線性光學(xué)晶體中的一者。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖模激光器系統(tǒng),其進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生所述光源的光學(xué)頻率諧波的第二退火頻率轉(zhuǎn)換晶體。11.一種以低溫操作激光器系統(tǒng)的方法,所述方法包括:將來自光源的光束聚焦到位于退火頻率轉(zhuǎn)換晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面中'及從所述晶體的輸出將所要頻率光束與任何非所要頻率光束分離。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其進(jìn)一步包含在所述低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其進(jìn)一步包含將所述橢圓形橫截面轉(zhuǎn)換成圓形橫截面。14.一種使頻率轉(zhuǎn)換晶體退火的方法,所述方法包括:在約2小時內(nèi)將溫度增加到約150°C;使所述溫度保持約150°C達(dá)約10小時;在約I小時內(nèi)將所述溫度增加到約200°C;使所述溫度保持在150到200°C之間達(dá)約100小時或更長;及在約3小時內(nèi)將所述溫度降低到接近室溫。15.一種使頻率轉(zhuǎn)換晶體退火的方法,所述方法包括:(a)在約2小時內(nèi)將溫度增加到約150°C;(b)使所述溫度保持約150°C達(dá)約10小時;(c)在步驟(b)期間,判斷-OH鍵吸收是否處于第一等級,其中如果-OH鍵吸收不處于所述第一等級,那么繼續(xù)使所述溫度保持約150°C,且如果-OH鍵吸收處于所述第一等級,那么前進(jìn)到⑷;(d)在約I小時內(nèi)將所述溫度增加到約200°C;(e)使所述溫度保持在150到200°C之間達(dá)約100小時;(f)在步驟(e)期間,判斷-OH鍵吸收是否處于第二等級,其中如果-OH鍵吸收不處于所述第二等級,那么繼續(xù)使所述溫度保持在150到200°C之間,且如果-OH鍵吸收處于所述第二等級,那么前進(jìn)到(g)'及(g)在約3小時內(nèi)將所述溫度實質(zhì)上降低到室溫。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述判斷使用FTIR(傅立葉變換紅外光譜法)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中所述FTIR監(jiān)測紅外光譜中約3580CHT1處的-OH鍵。18.一種多階段斜升退火工藝,其包括:將溫度增加到第一預(yù)定溫度的第一斜升階段;使所述溫度保持處于所述第一預(yù)定溫度達(dá)第一預(yù)定時段;將所述溫度增加到第二預(yù)定溫度的第二斜升階段,所述第二預(yù)定溫度高于所述第一預(yù)定溫度;使所述溫度保持處于所述第二預(yù)定溫度達(dá)第二預(yù)定時段;及將所述溫度降低到接近室溫。19.一種多階段斜升退火工藝,其包括:將溫度增加到第一預(yù)定溫度的第一斜升階段;使所述溫度保持處于所述第一預(yù)定溫度,直到-OH鍵吸收處于第一等級;將所述溫度增加到第二預(yù)定溫度的第二斜升階段,所述第二預(yù)定溫度高于所述第一預(yù)定溫度;使所述溫度保持處于所述第二預(yù)定溫度,直到-OH鍵吸收處于第二等級'及將所述溫度降低到接近室溫。20.一種用于檢測測試表面上的污染物及缺陷的光學(xué)系統(tǒng),所述光學(xué)系統(tǒng)包括:激光器系統(tǒng),其用于產(chǎn)生激光束;光學(xué)器件,其沿路徑將所述激光束導(dǎo)引到所述測試表面上且在所述測試表面上產(chǎn)生照射光點;檢測器,其檢測光;及橢球鏡表面,所述鏡表面及檢測器具有圍繞垂直于所述測試表面的線對稱軸,所述鏡表面界定定位于所述測試表面接近處以從所述表面接收穿過的散射光的輸入小孔及射出小孔,所述鏡表面實質(zhì)上圍繞所述對稱軸而旋轉(zhuǎn)對稱,使得所述鏡表面圍繞所述對稱軸旋轉(zhuǎn)對稱地將穿過所述輸入小孔的光反射及聚焦到所述檢測器,所述射出小孔位于所述輸入小孔的相對處,其中,所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體,其具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利距離的兩倍;及長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以以弧度為單位的走離角;外殼,其在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;第一光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收光束且將所述光束聚焦到所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;及諧波分離塊,其從所述晶體接收輸出且從所述輸出產(chǎn)生所述激光束及至少一個非所要頻率光束。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述晶體長度為至少12.5毫米。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),所述激光器系統(tǒng)進(jìn)一步包含經(jīng)配置以將所要頻率光束的橢圓形橫截面轉(zhuǎn)換成圓形橫截面的第二光束塑形光學(xué)器件。23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述晶體中的所述橢圓形橫截面具有2:1到6:1之間的縱橫比。24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述第一光束塑形光學(xué)器件包含若干棱鏡。25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述諧波分離塊包含棱鏡。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述棱鏡為佩林-勃洛卡棱鏡。27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述晶體為CLBO(硼酸銫鋰)晶體、CBO(硼酸銫)晶體及另一吸濕性頻率轉(zhuǎn)換晶體中的一者。28.一種用于檢測樣本的異常的光學(xué)系統(tǒng),所述光學(xué)系統(tǒng)包括:激光器系統(tǒng),其用于產(chǎn)生第一及第二光束,所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體,其具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利距離的兩倍;及長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以以弧度為單位的走離角;外殼,其在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;第一光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收光束且將所述光束聚焦到所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;及諧波分離塊,其從所述晶體接收輸出且從所述輸出產(chǎn)生所述第一及第二光束及至少一個非所要頻率光束;第一光學(xué)器件,其沿第一路徑將所述第一輻射光束導(dǎo)引到所述樣本的表面上的第一光點上;第二光學(xué)器件,其沿第二路徑將所述第二輻射光束導(dǎo)引到所述樣本的表面的第二光點上,所述第一及第二路徑與所述樣本的所述表面成不同入射角;第一檢測器;集光光學(xué)器件,其包含彎曲鏡表面,所述彎曲鏡表面接收來自所述樣本表面上的所述第一或所述第二光點及源于所述第一或第二光束的散射輻射且將所述散射輻射聚焦到所述第一檢測器,所述第一檢測器響應(yīng)于由所述彎曲鏡表面聚焦到其上的所述輻射而提供單一輸出值;及儀器,其導(dǎo)致所述第一及第二光束與所述樣本之間的相對運動使得在所述樣本的所述整個表面掃描所述光點。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學(xué)系統(tǒng),其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述長度為至少12.5毫米。30.一種表面檢驗設(shè)備,其包括:激光器系統(tǒng),其用于產(chǎn)生福射光束,所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體,其具有約為或等于基于光束腰半徑及走離角的長度的長度;外殼,其在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;第一光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收光束且將所述光束聚焦到位于所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;及諧波分離塊,其從所述晶體接收輸出且從所述輸出產(chǎn)生所述輻射光束及至少一個非所要頻率光束;照射系統(tǒng),其經(jīng)配置以按相對于表面的非法向入射角聚焦所述輻射光束以在所述表面上實質(zhì)上所述聚焦光束的入射平面內(nèi)形成照射線,其中由所述聚焦光束及穿過所述聚焦光束且與所述表面正交的方向界定所述入射平面;集光系統(tǒng),其經(jīng)配置以使所述照射線成像,其中所述集光系統(tǒng)包括:成像透鏡,其用于收集從包括所述照射線的所述表面的區(qū)散射的光;聚焦透鏡,其用于聚焦所述收集的光;及裝置,其包括光敏元件陣列,其中所述光敏元件陣列的每一光敏元件經(jīng)配置以檢測所述照射線的放大圖像的對應(yīng)部分。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的表面檢驗設(shè)備,其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述長度為至少12.5毫米。32.—種脈沖倍增器,其包括:激光器系統(tǒng),其用于產(chǎn)生輸入激光器脈沖,所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體,其具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利距離的兩倍;及長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以以弧度為單位的走離角;外殼,其在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;第一光束塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收光束且將所述光束聚焦到所述晶體中或所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;及諧波分離塊,其從所述晶體接收輸出且從所述輸出產(chǎn)生所述輸入激光器脈沖及至少一個非所要頻率光束;偏振光束分裂器,其接收所述輸入激光器脈沖;波板,其用于從所述偏振光束分裂器接收光且產(chǎn)生第一組脈沖及第二組脈沖,所述第一組脈沖具有不同于所述第二組脈沖的偏振;及一組鏡,其用于產(chǎn)生包含所述偏振光束分裂器及所述波板的環(huán)形腔,其中所述偏振光束分裂器將所述第一組脈沖透射為所述脈沖倍增器的輸出且將所述第二組脈沖反射到所述環(huán)形腔中。33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的脈沖倍增器,其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述長度為至少12.5毫米。34.一種使頻率轉(zhuǎn)換晶體退火的方法,所述方法包括:將溫度改變成第一設(shè)定點;使所述溫度保持處于所述第一設(shè)定點達(dá)預(yù)焙燒時段;將所述溫度改變成第二設(shè)定點;使所述溫度保持處于所述第二設(shè)定點達(dá)所述焙燒時段;將所述溫度改變成實質(zhì)上室溫。35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的退火方法,其中所述第一設(shè)定點大于100°C。36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的退火方法,其中所述預(yù)焙燒時段大于4小時。37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的退火方法,其中所述第二設(shè)定點大于150°C。38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的退火方法,其中所述焙燒時段大于50小時。39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的退火方法,其中在焙燒過程期間測量所述晶體以判斷所述退火是否完成。40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法,其中所述判斷使用FTIR(傅立葉變換紅外光譜法)。41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法,其中所述FTIR監(jiān)測紅外線光譜中約3580CHT1處的-OH鍵。42.一種用于檢測樣本表面上的污染物及缺陷的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:激光器系統(tǒng),其用于產(chǎn)生激光束,所述激光器系統(tǒng)包括:光源;退火頻率轉(zhuǎn)換晶體,其具有約等于以下每一者的較小者的長度:沿非走離方向的瑞利距離的兩倍;及長度,其等于沿走離方向的光束腰半徑的兩倍除以以弧度為單位的走離角;外殼,其在低溫標(biāo)準(zhǔn)操作期間維持所述晶體的退火狀況;塑形光學(xué)器件,其經(jīng)配置以從所述光源接收所述激光束且將所述激光束聚焦到所述晶體接近處的光束腰處的橢圓形橫截面;光學(xué)器件,其沿路徑將所述激光束導(dǎo)引到所述樣本表面上且在所述樣本表面上產(chǎn)生照射光點;光學(xué)器件,其用于收集由所述樣本表面散射的照射光;及檢測器,其用于檢測散射光。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng),其中所述晶體為產(chǎn)生約266納米的諧波的硼酸銫鋰CLBO晶體且所述長度為至少12.5毫米?!疚臋n編號】H01S3/109GK103782458SQ201280044059【公開日】2014年5月7日申請日期:2012年6月28日優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日【發(fā)明者】弗拉基米爾·德里賓斯基,勇-霍·亞歷克斯·莊,約瑟夫·J·阿姆斯特朗,約翰·費爾登申請人:科磊股份有限公司