(57)【要約】  本発明は、レーザシステムの現在におけるレーザ波面性能が監視され得るレーザシステムを対象とする。さらに、本明細書において開示されるレーザシステムの実施形態は、レーザシステム内の補正システム（単数または複数）を介してレーザ波面を内部的に補正するよう構成され得る。さらに、本明細書において開示される補正システム（単数または複数）は、長い寿命を有し、光汚染に対して最少の影響を有するよう構成され得る。
2013536581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を生成および放射するよう構成されたレーザ光源と、
前記レーザ光源に動作可能に連結され、且つ前記放射された光の１部分を選択的にサンプリングするよう構成された、ビームサンプリング装置と
前記ビームサンプリング装置に動作可能に連結され、且つ前記放射された光の前記サンプリングされた部分を受容することと前記放射された光の前記サンプリングされた部分のパラメータの現在状態を測定することとを実行するよう構成された、ビーム診断システムと、
前記ビーム診断システムに動作可能に連結され、且つ前記ビーム診断システムから前記測定された状態を取得することと、前記パラメータの前記測定された状態を、前記放射された光に対する前記パラメータの所望の状態に対して比較することと、前記比較に基づいて前記レーザシステムに補正を提供することとを実行するよう構成された、ビーム補正システムと、
を備えるレーザシステム。
【請求項２】
前記パラメータは、前記放射された光の前記サンプリングされた部分のビームウェスト位置および前記放射された光の前記サンプリングされた部分の非点収差のうちの１つである、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記ビーム診断システムは、レンズアレイおよびアパーチャアレイのうちの１つを利用する波面センサを備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４】
前記ビーム診断システムは、前記放射された光の前記サンプリングされた部分のビームプロファイルを測定するよう構成されたＭ２乗（Ｍ２）測定システムを備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記ビーム補正システムはレンズまたはミラー要素のうちの１つを含む、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６】
前記ビームサンプリング装置はホログラフィックビームサンプリング装置および部分透過ミラーのうちの１つである、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項７】
前記ビームサンプリング装置は、部分反射表面である第１表面を備える基板である、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項８】
前記レンズまたはミラー要素は、前記補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、第１位置から第２位置に移動される、請求項５に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記レンズまたはミラー要素の温度は、前記補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、第１温度から第２温度に変化される、請求項５に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記レンズまたはミラー要素の傾斜角および前記レンズまたはより多くの要素の回転角のうちの少なくとも１つは、前記補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、調節される、請求項５に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
モータ装置、圧電装置、または電歪装置のうちの１つが第１位置から第２位置に前記レンズまたはミラー要素を移動させるために利用される、請求項５に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
前記レンズまたはミラー要素は回転対称表面を備え、前記回転対称表面のうちの１つは円筒形プロファイルを有する、請求項５に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記基板は反射防止物質でコーティングされた第２表面を備える、請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記部分反射表面は非コーティングガラス、石英ガラス、フッ化カルシウム、およびフッ化マグネシウムのうちの１つである、請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記ビーム補正システムは、２つのレンズまたは２つのミラー要素のうちの１つを備える、請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記２つのレンズまたは２つのミラー要素間の相対的間隔は、前記補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、変化される、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記２つのレンズまたは２つのミラー要素のそれぞれが円筒形表面を備える、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記２つのレンズまたは２つのミラー要素は、前記補正が所望の波面を達成するために提供されるとき、前記２つのレンズまたはミラー要素の円筒形表面が相互に対して直交方向に整列される第１方向と、前記２つのレンズまたはミラー要素の前記円筒形表面が相互に対して平行方向に整列される第２方向と、の間で回転される、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
ビーム補正をレーザシステムにおいて提供するための方法であって、
前記レーザシステムのレーザ光源から放射される光の１部分を前記レーザシステムのビームサンプリング装置に誘導するステップと、
前記放射された光の部分を、前記ビームサンプリング装置を介してサンプリングし、前記サンプリングされた光の部分を前記レーザシステムのビーム診断システムに提供するステップと、
前記放射された光の前記サンプリングされた部分のパラメータの現在状態を、前記ビーム診断システムを介して測定し、前記パラメータの前記測定された状態を前記レーザシステムのビーム補正システムに提供するステップと、
前記パラメータの前記測定された状態を、前記レーザシステムの前記ビーム補正システムを介して、前記放射された光に対する前記パラメータの所望の状態に対して比較するステップと、
所望の波面を取得するために、前記ビーム補正システムを介して、前記比較に基づいて前記レーザシステムに補正を提供するステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
基本光を生成および放射するよう構成されたレーザ光源と、
前記レーザ光源に動作可能に連結され、且つ前記放射された光の１部分を選択的にサンプリングするよう構成された、ビームサンプリング装置と、
前記ビームサンプリング装置に動作可能に連結され、且つ前記放射された光の前記サンプリングされた部分を受容することと前記放射された光の前記サンプリングされた部分の波面パラメータの現在状態を測定することとを実行するよう構成され、ただし前記波面パラメータは、前記放射された光の前記サンプリングされた部分のビームウェスト位置および前記放射された光の前記サンプリングされた部分の非点収差のうちの１つである、ビーム診断システムと、
前記ビーム診断システムに動作可能に連結され、レンズまたはミラー要素のうちの少なくとも１つを備え、前記測定された状態を前記ビーム診断システムから取得することと、前記波面パラメータの前記測定された状態を前記放射された光に対する前記波面パラメータの所望の状態に対して比較することと、前記比較に基づいて補正を前記レーザシステムに提供することとを行うよう構成された、ビーム補正システムと、
を備えるレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年８月８日に出願された「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ａ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」を発明の名称とする米国仮特許出願第６１／３７１，７０４号の優先権を、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）に基づいて主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、全般に、半導体ウェーハ検査システムおよびフォトマスク検査システム等の検査システムと組み合わせて用いられる照明器に関し、さらに詳細には、係る検査システムとともに用いられる周波数変換光源に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４３２６８００号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２５３４１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在利用可能である周波数変換光源は所望するレベルの性能を提供し得ない。
【０００５】
したがって、現在利用可能であるソリューションの欠点を克服する周波数変換光源を提供することが望まれるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明は、基本光を生成および放射するよう構成されたレーザ光源と、レーザ光源に動作可能に連結され且つ放射された光の１部分を選択的にサンプリングするよう構成されたビームサンプリング装置と、ビームサンプリング装置に動作可能に連結され、放射された光のサンプリングされた部分を受容することと、放射された光のサンプリングされた部分の波面パラメータの現在状態を測定することとを実行するよう構成され、この波面パラメータは、放射された光のサンプリングされた部分のビームウェスト位置および放射された光のサンプリングされた部分の非点収差のうちの１つである、ビーム診断システムと、を含むレーザシステムを対象とする。このレーザシステムは、ビーム診断システムに動作可能に連結され、レンズまたはミラー要素（例えば、制御可能なレンズまたはミラー要素）のうちの少なくとも１つを備え、測定された状態をビーム診断システムから取得することと、波面パラメータの測定された状態を放射された光に対する波面パラメータの所望の状態に対して比較することと、前記比較に基づいてレーザシステムに補正を提供することとを行うよう構成された、ビーム補正システムと、をさらに備える。このビーム診断システムは、レンズアレイまたはアパーチャアレイを利用し得る波面センサを備え得る。さらなる実施形態において、このビーム診断システムは、放射された光のサンプリングされた部分のビームプロファイルを測定するために、スキャニングスリット、スキャニングナイフエッジ、またはスキャニングピンホールを備え得るＭ２乗（Ｍ２）測定システムを備え得る。さらなる実施形態において、このビームサンプリング装置は、ホログラフィックビームサンプリング装置または部分（低）透過ミラーのうちの１つであり得る。低透過ミラーに対する入射角は２０度未満であり得る。さらなる実施形態において、ビームサンプリング装置は、部分（低）反射性の光サンプリング表面（例えば、非コーティングガラス、石英ガラス、フッ化カルシウム、およびフッ化マグネシウム）であり得る第１表面を有する基板であり得る。低反射表面に対する入射角は２０度未満であり得る。さらに、この基板は、反射防止物質でコーティングされた第２表面を備え、基本光をサンプリングするために用いられ得る。さらなる実施形態において、レンズまたはミラー要素は、補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、第１位置から第２位置に移動され得る。さらに、レンズまたはミラー要素の温度は、補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、第１温度から第２温度に変化され得る。さらに、レンズまたはミラー要素の傾斜角および／または回転角は、補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、調節され得る。さらに、モータ装置、圧電装置、または電歪装置（ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）は、第１位置から第２位置にレンズまたはミラー要素を移動させること、およびレンズまたはミラー要素の傾斜角または回転角を調節することを行うために、利用され得る。さらに、レンズまたはミラー要素は回転対称表面を備え得る。なお、回転対称表面の１つは円筒形プロファイルを有する。さらなる実施形態において、ビーム補正���ステムは少なくとも２つのレンズまたはミラー要素を備え得る。レンズまたはミラー要素間の相対的間隔は、補正が所望の波面を取得するために提供されるとき、変化され得る。さらに、レンズまたはミラー要素のそれぞれは円筒形表面を備え得る。さらに、レンズまたはミラー要素は、補正が所望の波面を達成するために提供されるとき、２つのレンズまたは２つのミラー要素の円筒形表面が相互に対して直交方向に整列される第１方向と、２つのレンズまたは２つのミラー要素の円筒形表面が相互に対して平行方向に整列される第２方向と、の間で回転され得る。さらなる実施形態において、レンズはテレスコープとして構成され（例えば、機能し）得る。
【０００７】
本発明のさらなる実施形態は、ビーム補正をレーザシステムにおいて提供するための方法であって、レーザシステムのレーザ光源から放射された光の１部分をレーザシステムのビームサンプリング装置に誘導することと、放射された光の部分をビームサンプリング装置を介してサンプリングし、そのサンプリングされた光の部分をレーザシステムのビーム診断システムに提供することと、放射された光のサンプリングされた部分のパラメータの現在状態を測定し、測定されたパラメータの状態をレーザシステムのビーム補正システムに提供することと、所望の波面を取得するために、前記比較に基づいてビーム補正システムを介してレーザシステムに補正を提供することと、を含む方法を対象とする。
【０００８】
本発明のさらなる実施形態は、光を生成および放射するよう構成されたレーザ光源と、レーザ光源に動作可能に連結され且つ放射された光の１部分を選択的にサンプリングするよう構成されたビームサンプリング装置と、ビームサンプリング装置に動作可能に連結され、且つ放射された光のサンプリングされた部分を受容すること、および放射された光のサンプリングされた部分のパラメータの現在状態を測定することを実行するよう構成されたビーム診断システムと、ビーム診断システムに動作可能に連結され、測定された状態をビーム診断システムから取得すること、パラメータの測定された状態を、放射された光に対するパラメータの所望の状態に対して比較すること、および前記比較に基づいてレーザシステムに補正を提供することを実行するよう構成されたビーム補正システムと、を含むレーザシステムを対象とする。
【０００９】
上述の全般的な説明および以下の詳細な説明の両方が、単に代表的且つ説明的であり、請求項に定められる本発明を必ずしも限定するものではないことを理解すべきである。添付の図面は、本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成するものであって、本発明の実施形態を例示し、一般的な説明とともに、本発明の原理を説明する機能を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の多くの利点は、以下の添付の図面を参照することにより、当業者により、よりよく理解され得る。
【００１１】
【図１】本開示の代表的な実施形態に係る、内部的なビームサンプリング、ビーム診断、およびビーム補正を備えるレーザシステムの概略ブロック図である。
【図２】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、ビーム診断モジュールおよびビーム補正モジュールが周波数変換モジュールに対して外部に配置されたレーザシステム（例えば、周波数変換レーザ）の概略ブロック図である。
【図３】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、ビーム診断およびビーム補正が実質的に周波数変換モジュールの内部に配置されたレーザシステム（例えば、周波数変換レーザ）の概略ブロック図である。
【図４】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、回折ビームサンプラ）の概略ブロック図である。
【図５】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、低透過ミラーをビームサンプラとして実装する）の概略ブロック図である。
【図６】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、低反射面をビームサンプラとして実装する）の概略ブロック図である。
【図７】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム診断システム（例えば、ビーム診断のために用いられる波面センサ）の概略ブロック図である。
【図８】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム診断システム（例えば、ビーム診断のために用いられるＭ２測定システム）の概略ブロック図である。
【図９】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム補正システムがレーザ集束における変化を補正するためにレンズを変位させることを実装する、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図である。
【図１０】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム補正システムがレーザ集束における変化を補正するためにレンズ温度を変化させることを実装する、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図である。
【図１１】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム補正システムがレーザ集束における変化を補正するために近接して配置されたレンズ間の間隔を変化させることを実装する、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図である。
【図１２】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム補正システムが幅広く離間されたレンズの平行状態を変化させることを実装する、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図である。
【図１３】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるビーム補正システムの実施形態のうちの１つまたは複数において使用されるための、レンズがビーム非点収差補正を促進するために調節可能に傾斜され得る、代表的な傾斜光学要素（例えば、傾斜レンズ要素、傾斜レンズ）の概略ブロック図である。
【図１４】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるビーム補正システムの実施形態のうちの１つまたは複数において使用されるための、前記光学要素システムがビーム非点収差補正を提供するために回転可能レンズを実装する、代表的な傾斜光学要素システムの概略ブロック図である。
【図１５】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム補正システムが２つのミラーを用いてビーム傾斜および偏心の補正を実装する、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図である。
【図１６】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、レンズを変位させることによりビーム非点収差および集束の補正を提供する、単一レンズシステムにおける波面集束および波面非点収差を補正するためのシステムである。
【図１７】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、ビーム非点収差および集束の補正が熱制御を用いることにより提供される、単一レンズシステムにおける波面集束および波面非点収差を補正するためのシステムである。
【図１８】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、複数のビームサンプリングサブシステムおよび複数のビーム補正サブシステムを含む複数段階周波数変換レーザシステムである。
【図１９】本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、ビーム補正をレーザシステムにおいて提供するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の現時点での好適な実施形態についてここで詳細に参照する。なお、係る実施形態の例は添付の図面において示される。
【００１３】
高生産性と解像度における改善とを示すウェーハおよびフォトマスク検査システムに対する半導体産業の要求は、留まることがない。係る検査システムの継続的生成は、より短い波長を有する光エネルギーを用いてウェーハまたはレチクルを照射することにより、より高い解像度を達成する傾向がある。特定の実際的な利点は４００ｎｍ以下の波長を有する光を用いてウェーハまたはレチクルを照射するときに達成され得る。高品質なウェーハおよびフォトマスク検査システムに対して好適であるレーザを提供することは特定の難点を提供する。深紫外（ＤＵＶ：ｄｅｅｏ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光エネルギーを生成する従来のレーザは、通常は、大きく且つ高額な装置であり、その寿命は比較的短く、平均出力は低いものとなっている。ウェーハおよびフォトマスク検査システムは一般に、十分な処理能力および適切な欠陥信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を得るためには、一般に、高い平均出力、低いピーク出力、および比較的短い波長を有するレーザを必要とする。
【００１４】
適切なＤＵＶ出力を提供する主要な方法は、より長い波長の光からより短い波長の光を生成することを含む。この波長を変化させるプロセスは一般に周波数変換と呼ばれる。周波数変換は、光学結晶において非線形応答を生成するために、高いピーク出力の光を必要とする。このプロセスの効率を高めるために、より長い波長の光は、高い平均出力、短い光パルスを有し得、光学結晶に集束し得る。周波数変換前の光は、通常、基本光と呼ばれる。
【００１５】
４００ｎｍ未満、特に３００ｎｍ未満の波長の光を生成することは極めて困難である。半導体検査に用いられる光源は、比較的高い出力、長い寿命、および安定した性能を必要とする。高度な検査技術のためのこれらの要件を満足する光源は存在しない。現在のＤＵＶ周波数変換レーザの寿命、出力、および安定性は、一般に、周波数変換結晶および変換方式により、特に３５５ナノメートル（ｎｍ）、２６６ｎｍ、２１３ｎｍ、１９３ｎｍ等のＤＵＶ波長に曝露される場合に、制限される。
【００１６】
多くの検査用途においては、周波数変換レーザ波面が一定期間にわたり安定状態に保持されることが要求される。光学部品、コーティング、および特に非線形結晶が一定期間で劣化するため、周波数変換レーザ波面の安定保持は難点となり得る。本開示において説明される実施形態は、現在におけるレーザ波面性能を監視しレーザシステム内において内部的にレーザ波面を補正するための機構（単数または複数）を提供する。さらに、本明細書において開示される補正機構（単数または複数）は、長い寿命を有し、光汚染に対して最少の影響を与える。
【００１７】
安定した波面出力を有する周波数変換レーザシステムを作るためには、所望の波面と現在における波面とを知ることができる必要がある。通常、所望の波面とは、レーザが新しいときに生成される波面である。レーザ波面が一定期間経過後に変化する場合、ビーム補正技術が必要となる。補正技術のために現在における値の近傍における変化率を知ることも、フィードバック補正を形成するために必要である。
【００１８】
図１を参照すると、本開示の代表的な実施形態に係るレーザシステムの概略ブロック図が示される。レーザシステム１０１は、レーザ光源１０２と、レーザ光源１０２に接続されたビームサンプリングシステム１０３と、ビームサンプリングシステム１０３に接続されたビーム診断システム１０４と、ビーム診断システム１０４に接続されたビーム補正システム１０５と、を備える。レーザ光源１０２は、様々なレーザのうちのいずれでもよいが、好適には周波数変換レーザである。レーザ光源１０２により生成された波面を測定するための第１ステップは、レーザ光源１０２によりビームサンプリングシステム１０３に提供されたビームをサンプリングするために、ビームサンプリングシステム１０３を利用することである。さらに、ビームサンプリングシステム１０３はサンプリングされたビームをビーム診断システム１０４に提供し得る。高出力レーザ光が所望されるため、レーザ光源１０２からの光の最小量が、ビーム診断システム１０４に提供され、ビーム診断システム１０４により利用されるべきである。ビームサンプリングシステム１０３は、また、レーザ偏光における変化に対して敏感であってはならない。レーザ出力のわずかな部分をサンプリングするためのいくつかの典型的な方式は、偏光におけるわずかな変化に対して極めて敏感となり得る。理想的には、ビームサンプリングシステム１０３は、また、レーザ光源１０２の波面を顕著に変更するべきでない。このことは、一般に、最初は当てはまるが、一方、何らかの劣化が一定時間経過後に生じた場合、劣化はビーム補正システム１０５により完全にまたは部分的に補正され得る。
【００１９】
代表的な実施形態において、ビーム診断システム１０４はビームサンプリングシステム１０３からの光を受容し、レーザシステム１０１の現在における波面を測定し得る。通常、保持すべき波面の最も重要なパラメータはビームウェスト位置および非点収差である。非点収差は、実質上、水平測定軸および垂直測定軸におけるビームウェスト位置の差異である。ビームウェスト位置および非点収差は直接的または間接的に測定され得る。通常、レーザにおける変化は低速であり、そのため、ビーム診断システム１０４が波面を測定する速さも低速であってよい。本発明の実施形態において、補正が要求されるのは１日あたり１回未満であり得る。しかし、ビーム診断システム１０４は、ビーム補正システム１０５がビームを補正する速度よりもはるかに高い速度で波面を測定することが望ましい場合もある。このことにより、システム精度を改善するために平均を使用することが可能となる。このことにより、補正サイクル内における傾向監視の使用も可能となる。ビームサンプリングシステム１０３および／またはビーム診断システム１０４が迷光に対して敏感でないことも重要である。ビームサンプリングシステム１０３は、好適には、レーザ光源１０２から提供された光の１％以下をサンプリングする。周波数変換レーザ内における迷光レベルがこの何倍も大きくなることは珍しいことではない。
【００２０】
本発明の実施形態において、ビーム補正システム１０５は、ビーム診断システム１０４から提供される測定された波面に基づいて、レーザシステム１０１の波面を補正し得る。この補正は本明細書において説明されるであろう様々な方法で実行され得る。ビーム補正システム（例えば、補正光学素子）１０５のレーザシステム１０１内における位置は重要である。例えば、補正光学要素は、劣化を生じさせ且つ補償を必要とする光学要素の直接後方に配置され得る。通常、およそ４００ナノメートル（ｎｍ）より小さい、特に３００ｎｍより小さい光波長に曝露される光学要素は、４００ｎｍを超える波長と比較して、はるかにより高い劣化速度を経験する。しかし、補正光学要素が高出力紫外線（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光において配置される場合、補正光学要素も一定時間経過後に劣化し得る。係る場合、ビームサンプリングシステム１０３およびビーム診断システム１０４は、ビーム補正システム１０５における劣化が完全にまたは部分的に補正され得るよう、ビーム補正システム１０５の後方に配置され得ることが望ましい。いくつかの実施形態において、ビーム劣化の根本原因である光学素子の前方にビーム補正システム１０５を配置することが可能となり得る。係る場合において、ビーム補正１０５は、レーザシステム１０１のより短い波長領域において生じる波面エラーを補正するために、より長い波長領域に配置され得る。このことにより、ビーム補正光学要素に対するビーム劣化に関連する問題は低減され得る。
【００２１】
さらに、２つ以上のビームサンプリングシステム１０３、ビーム診断システム１０４、および／またはビーム補正システム１０５が単一のレーザシステム１０１内で用いられ得る。このことは、周波数変換レーザからの２つ以上の波長またはビームが用いられ、２つ以上の波長またはビームの波面が保持されるべき場合に、特に当てはまる。さらに、ビームサンプリングシステム１０３、ビーム診断システム１０４、および／またはビーム補正システム１０５は、レーザシステム１０１内において完全に内蔵または分散され得る。これらのシステムが、低ノイズおよびメンテナンスのために可能な限り内蔵化されることが望ましい場合もあるが、しかし複雑なレーザにおいては係る内蔵化はしばしば実際的ではない。ビームサンプリングシステム（単数または複数）１０３、ビーム診断システム（単数または複数）１０４、およびビーム補正システム（単数または複数）１０５がレーザシステム１０１に顕著なコストを追加するものではない点も重要である。実際に、レーザ波面を補正することにより獲得される付加的なレーザ寿命は、ここでおよび以下の実施形態で説明されように実装される場合、ビームサンプリングシステム１０３、ビーム診断システム１０４、およびビーム補正システム１０５の付加的なコストおよび複雑度を容易に補償することができる。
【００２２】
図２を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係るレーザシステム（例えば、周波数変換レーザ）の概略ブロック図が示される。レーザシステム２０１は、レーザ光源２０２と、レーザ光源２０２に接続された周波数変換システム２０３と、周波数変換システム２０３に接続された（例えば、その１部分として含まれた）ビーム補正システム２０４と、ビームサンプリング２０５システムと、ビーム診断システム２０６と、を備える。基本レーザ光源２０２から提供される光は周波数変換システム２０３に提供され（例えば、入り）得る。さらに、周波数変換システム２０３は、レーザ光源２０２から提供される基本光の任意の高調波を生成、またはレーザ光源２０２の複数の基本光源からの光を周波数混合し得る。代表的な実施形態において、ビーム補正システム２０４は実質的に周波数変換システム２０３内に配置され得る。ビーム補正システム２０４は、レーザ光源２０２から提供される光に対して直接的に作用するよう、および／または、周波数変換システム２０３により生成される高調波または周波数混合光に対して作用するよう、構成され得る。
【００２３】
本開示の様々な実施形態において、ビーム補正システム２０４は、光学素子を移動させること、光学素子の温度を変化させること、および／または光学素子の形状を変化させることを含むがこれらに限定されない様々な技術を実装し得る。さらなる実施形態において、補正された光はビーム補正システム２０４からビームサンプリングシステム２０５に提供され得る。補正された光のわずかな部分が出力ビーム２０７から分離され、ビーム診断システム２０６により使用され得る。ビームサンプリングシステム２０５は、フレネル反射、低効率回折、部分透過コーティング、および／または反射コーティングを含むがこれらに限定されない様々な技術を利用し得る。さらに、ビーム診断システム２０６は、所望のビーム特性を測定するために、ビームサンプリングシステム２０５から提供されるサンプリング光を用い得る。ビーム診断システム２０６により実行されるこの測定は、波面センサ、干渉計、ビームプロファイラ、およびＭ２乗（Ｍ２）測定を含むがこれらに限定されない様々な技術を用い得る。ビーム診断システム２０６を介して作成される測定値は基準値または所望値に対して比較され得る。次いで、この比較情報は、ビーム補正システム２０４を変更することにより所望の波面を生成するために、閉ループフィードバックシステムにおいて用いられ得る。通常、波面の変動は時間から日までのきわめて遅い時間尺度で生じる。このことにより、測定値における多数の平均の実施が可能となり、それにより、きわめて正確な測定および補正が可能となる。
【００２４】
図３を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係るレーザシステム（例えば、周波数変換レーザ）の概略ブロック図が示される。レーザシステム３０１は、レーザ光源３０２と、レーザ光源３０２に接続された周波数変換システム３０３と、周波数変換システム３０３に接続された（例えば、周波数変換システム３０３に含まれた）ビームサンプリングシステム３０４と、周波数変換システム３０３に接続された（例えば、周波数変換システム３０３に含まれた）ビーム診断システム３０５と、周波数変換システム３０３に接続された（例えば、周波数変換システム３０３に含まれた）ビーム補正システム３０６と、を備え得る。代表的な実施形態において、基本レーザ光源３０２から提供される光は周波数変換システム３０３に提供され（例えば、入り）得る。周波数変換システム３０３は、レーザ光源３０２から提供される基本光の任意の高調波を生成、またはレーザ光源３０２内の複数の基本光源からの光を周波数混合し得る。本発明の１つの実施形態において、ビーム補正システム３０６、ビームサンプリングシステム３０４、および／またはビーム診断システム３０５は実質的に周波数変換システム３０３内に配置され得る。
【００２５】
さらなる実施形態において、ビーム補正システム３０６は、レーザ光源３０２から提供される光に対して直接的に作用、または、周波数変換システム３０３により生成される高調波または周波数混合光に対して作用し得る。ビーム補正システム３０６は、光学素子を移動させること、光学素子の温度を変化させること、および光学素子の形状を変化させることを含むがこれらに限定されない様々な技術を用い得る。次いでビーム補正システム３０６からの補正された光はビームサンプリングシステム３０４に入り（例えば、提供され）得る。補正された光のわずかな部分が出力ビーム３０７から分離され、ビーム診断システム３０５に提供され得る。ビームサンプリングシステム３０４は、フレネル反射、低効率回折、部分透過コーティング、および／または部分反射コーティングを含むがこれらに限定されない様々な技術を使用し得る。ビーム診断システム３０５は所望のビーム特性を測定するためにビームサンプリングシステム３０４から提供されるサンプリングされた光を利用し得る。この測定は、波面センサ、干渉計、ビームプロファイラ、および／またはＭ２乗（Ｍ２）測定を含むがこれらに限定されない様々な技術を利用し得る。さらなる実施形態において、ビーム診断システム３０５を介して作成された測定値は基準値または所望値に対して比較され得る。次いで、これは、ビーム補正システム３０６を変更し所望の波面を生成するために、閉ループフィードバックシステムにおいて用いられ得る。
【００２６】
図４を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）の概略ブロック図が示される。図４の例示的な実施形態において、ビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）４０２は、低効率回折構造（例えば、ホログラフィックサンプラ、回折サンプラ）４０２として構成される。図４において、入射光４０１は回折サンプラ４０２上に入射する。本開示の実施形態において、回折サンプラの１つの表面（例えば、回折サンプラ４０２の基板の１つの表面）は、所望の波長に対する反射防止コーティングが施される一方、回折サンプラ４０２に対する基板の他の表面は回折機能を含み得る。代表的な実施形態において、回折機能は、回折次数間で所望の回折角が提供されるよう構成され得る。さらに、回折機能は、特定量のエネルギーを１次以上の回折次数（４０４、４０５、４０６、４０７）に回折させるよう構築され得る。高出力レーザを用いて回折サンプラ４０２を実装するとき、１％未満の入射エネルギーが必要となる。通常、１次（４０４および４０５）はエネルギーの最大部分を有する一方、より高次（４０６および４０７）は１次４０４および４０５よりも実質的により小さいエネルギーを有し、その結果、透過光４０３に対する影響は最小となる。
【００２７】
さらなる実施形態において、多数の異なる種類の回折構造がこの用途に対して可能である一方、最良の損傷閾値のために、回折サンプラ４０２の表面に回折構造を作成することが望ましい場合もある。このように回折構造を作成することは、回折サンプラ４０２に対する基板上に堆積された薄膜上に格子構造を作成し、次いで、その結果生成されたパターンをその表面にエッチングすることにより、なされ得る。これにより、高い損傷閾値の回折構造が、石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、または他のつくつかの望ましい物質に直接的に作成され得る。さらなる実施形態において、回折次数（４０４、４０５、４０６、４０７）は強度、位相、および偏光を正確にサンプリングする。しかし、回折されたビームはアナモフィック圧縮が生じ得る。回折サンプラに垂直に入射する光に対して、回折方向におけるアナモフィック圧縮は回折角のコサインとなる。この効果は任意のビームプロファイル測定を用いて電子的に補償され得る。
【００２８】
図５を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）の概略ブロック図が示される。図５の例示的な実施形態において、ビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）５０２は部分透過ミラー（例えば、低透過ミラー）として構成される。図５において、入射光５０１は部分透過ミラー５０２上に入射する。部分透過ミラー５０２の基板の第１表面は、所望の波長に対する入射光５０１の所望の部分を可能にするコーティングを有する一方、第２表面は反射防止コーティングを有する場合も有さない場合もある。これは、反射光５０３に加えられる影響が最小となる状態でビーム出力および／またはビームパラメータが測定され得るよう透過光５０４が部分透過ミラー５０２から提供される（例えば、部分透過ミラー５０２を通って伝達される、部分透過ミラー５０２を通過する）ことを可能にする非常に簡単な機構となり得る。この種類のビームサンプリングは、出力に対し敏感である測定値に対して用いられる場合、いくつかの欠点を有し得る。さらに、部分透過ミラー５０２のコーティング性能におけるわずかな変化が、透過光強度５０４に対して大きい変化を生じさせる可能性がある。これらの変化は、コーティング損傷、光汚染、または、温度もしくは湿度等のコーティングに直接影響する他の変化であり得る。例えば、入射光５０１の１％が最初ミラー５０２を通って透過光５０４として伝達される場合、光の９９％が反射される（例えば、反射光５０３）ために残ることとなるであろう。しかし、コーティングが変化することにより光の９９．１％が反射光５０３として反射される一方で光の０．９％が透過光５０４として透過される場合、その結果として透過光５０４の光レベルにおける変化は１０％ととなり、反射光５０３における変化はわずか０．１％となる。加えて、部分透過ミラーであるビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）５０２を実装するとき、入射偏光におけるわずかな変化に対する感度が要因となり得る。これは、部分透過ミラー５０２に対する入射光５０１の入射角が２０度を越える場合には偏光が異なると光学コーティングも通常は異なる動作をするという事実によるものであり得る。この理由のために、この種類のビームサンプリングは可能な限り小さい入射角で使用することが望ましい。
【００２９】
図６を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）の概略ブロック図が示される。図６の例示的な実施形態において、ビームサンプリングシステム（例えば、ビームサンプラ）６０２は低反射表面（単数または複数）（例えば、くさび形プレート）６０２として構成される。図６において、入射光６０１は低反射表面（単数または複数）６０２上に入射する。代表的な実施形態において、入射光６０１の第１部分６０３はビームサンプラ６０２の第１表面から反射され、入射光６０１の第２部分６０４はビームサンプラ６０２の第２表面から反射される一方で、入射光の第３部分（例えば、残余部分）６０５はビームサンプラ６０２を通って伝達される。
【００３０】
さらなる実施形態において、ビームサンプラの１つまたは複数の表面（ビームサンプラ６０２を形成する基板の表面）はコーティングが施されなくてもよく、または反射率をさらに低減するためにコーティングが施されてもよい。コーティングされていない表面は、損傷閾値が高いため、良好な選択肢である。しかし、コーティングされない表面を有するビームサンプラ６０２を実装すると反射率は望ましい値よりも高くなり得る。例えば、入射光６０１が０度に近い入射角でビームサンプラ６０２に接触するとき、ビームサンプラ６０２がコーティングされない表面（単数または複数）を実装する場合、表面毎に４％の反射が生じ得る。したがって、ビームサンプラ６０２の２つのコーティングされない表面は入射光６０１に対して透過光６０５を８％だけ低減し得る。さらなる実施形態において、反射全体を４％に制限するためにビームサンプラ６０２の第２表面上に反射防止コーティングを用いてもよいが、しかしこれは依然として光の相当量である。さらなる実施形態において、コーティングされない表面がブリュースター角に近い角度に配向されると、入射光６０１のｐ偏光部分は、はるかに小さい反射率を経験し得る。しかし、第１表面から反射される光６０３および第２表面から反射される光６０４を低減するこの技術は、入射光６０１における偏光変化に対して影響され易い。ブリュースター角に近い表面からのｓ偏光反射はおよそ１４％となり得る。コーティングがビームサンプラ６０２の表面（一方または両方）上で用いられる場合、入射光６０１の所望の部分は、所望の波長に対して、第１表面および／または第２表面から反射することが可能となるであろう。さらなる実施形態において、ビームサンプラ６０２の第２表面は反射防止コーティングを有する場合も有さない場合もあり得る。
【００３１】
図７を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム診断システムの概略ブロック図が示される。ビーム診断システム７００は波面およびビームプロファイルを測定するよう構成され、第１レンズ７０２および第２レンズ７０３を有するテレスコープ７５０を備え得る。ビーム診断システム７００は波面およびビームプロファイル検出器７０４をさらに備え得、この波面およびビームプロファイル検出器７０４はテレスコープ７５０に動作可能に連結される。図７において、入射光（例えば、ビームサンプラにより提供される光）７０１はテレスコープ７５０のレンズ（７０２、７０３）を通過し得る。
【００３２】
代表的な実施形態において、テレスコープ７５０は、波面およびビームプロファイル検出器（例えば、波面測定装置、波面計測装置）７０４上において好適な空間解像度を獲得するよう、入射光７０１のビームを拡大するために用いられ得る。テレスコープ７５０は、波面測定装置７０４の測定範囲内にある基準値に波面の集束を設定するためにも用いられ得る。この基準設定からの変動はビーム波面または空間強度プロファイルにおける変化を示し得る。テレスコープ７５０はレンズまたはミラーの異なる配列を用いても設計され得る。さらなる実施形態において、テレスコープ７５０は、入射光（例えば、ビームサンプラからの光）７０１のビームパラメータがすでに所望の要件を満足している場合、省略され得る。光は、テレスコープ７５０から出た後、波面およびビームプロファイル検出器７０４に入り得る。図７において示される実施形態において、波面およびビームプロファイル検出器７０４は波面センサであり得る。一方、さらなる実施形態において、波面およびビームプロファイル検出器７０４は干渉計またはその他の装置であり、および／または干渉計またはその他の装置を含み得る。図７において示される実施形態において、波面センサ７０４はレンズアレイ（例えば、アパーチャアレイ）７０５および検出器アレイ７０６を備え得る。
【００３３】
本開示の様々な実施形態において、レンズアレイ７０５は光７０１を受容するために構成され得る。なお、光７０１はビームサンプラを介してビーム診断システム７００に提供され、テレスコープ７５０を介してレンズアレイ７０５に提供され得る。レンズアレイ７０５は、受容した光７０１に基づいて、スポットの配列を検出器アレイ７０６上に効果的に作るよう構成され得る。これらのスポットの位置における変動は、ビーム診断システム７００を実装するレーザシステムにより形成されるビーム波面を算出するために用いられ得る。これらのスポットの強度分布は、ビーム強度プロファイルの測定値も提供する。代表的な実施形態において、波面センサ７０４は、レーザビームパラメータの略リアルタイムの測定値を提供する。
【００３４】
図８を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム診断システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、ビーム診断システム８００は集束レンズ８０２を備える。ビーム診断システム８００は光８０１（例えば、光８０１はビームサンプラからビーム診断システム８００に提供され得る）を受容する。受容された光８０１は、前記光が集束してビームウェスト部８０３が形成されるよう、集束レンズ８０２を通して誘導され得る。さらなる実施形態において、ビーム診断システム８００は、軸方向スキャン範囲８０６に沿った複数の異なる位置における集束光のビームプロファイルを利用（例えば、測定）するよう構成される。代表的な実施形態において、スキャニングスリット、スキャニングナイフエッジ、スキャニングピンホール、および／またはアレイ検出器のうちの１つまたは複数がビームプロファイルを測定するために実装され得る。さらに、ビームプロファイルは、軸方向スキャン範囲８０６に沿った様々な位置において測定され得る。なお、この軸方向スキャン範囲はイントラフォーカル断面８０４およびエクストラフォーカル断面８０５を含む。例えば、断面の軸方向位置、測定された４σ断面直径、および入射光８０１の波長が、ビーム品質値Ｍ２および垂直軸および水平軸におけるビームウェスト部８０３の位置を正確に計算するために用いられ得る。次いで、ビームウェスト部８０３の寸法および／または位置における測定された変化は、本明細書において開示される実施形態のうちの１つまたは複数において説明されるように、ビーム補正システムにフィードバックするために用いられ得る。
【００３５】
図９を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、ビーム補正システム９００は、レンズシステム９０２と、レンズシステム９０２に接続（例えば、動作可能に連結）された平行移動要素９０３と、平行移動要素９０３に接続（例えば、動作可能に結合）された位置決め要素９０４と、平行移動要素９０３に接続（例えば、動作可能に結合）された位置検出要素９０５と、を備え得る。
【００３６】
本開示の様々な実施形態において、ビーム補正システム９００は光９０１を受容するよう構成され得る。さらなる実施形態において、光９０１はレンズシステム９０２を通過し得る。例えば、光９０１は、発散、集束、または、略平行であり得る。例示の実施形態において、レンズシステム９０２は、光９０１が、レンズシステム９０２を通過後に、略平行光９０６となるよう、構成され得る。さらなる実施形態において、レンズシステム９０２は、レンズから出る光９０６が発散または集束するよう、構成され得る。さらなる実施形態において、レンズシステム９０２は単一のレンズ要素（例えば、レンズ）または２つ以上のレンズ要素を備え得る。
【００３７】
本開示の代表的な実施形態において、レンズシステム９０２は平行移動要素９０３上において構成（例えば、設置または配置）され得る。さらに、平行移動要素９０３は、位置決め要素９０４を利用することにより、正確に位置決めされるよう構成され得る。さらなる実施形態において、位置検出要素９０５は平行移動要素９０３の位置を正確に判定するために利用され得る。例えば、位置検出要素９０５は、平行移動要素９０３の位置を設定（例えば、変位）および保持するために閉ループ回路を介して平行移動要素９０３および位置決め要素９０４に接続され得る。
【００３８】
さらなる実施形態において、レンズシステム９０２のレンズ要素（単数または複数）は球面（単数または複数）を有し得、円筒形要素（単数または複数）であり得、または非球面（単数または複数）を有し得る。代表的な実施形態において、平行移動要素９０３は、他の実施形態に示されるようにビーム診断システムにより測定されたビームパラメータを調節するために移動されるよう構成される。レンズシステム９０２の軸上球面要素を軸に沿って平行移動することにより波面出力が調節され得る。レンズシステム９０２の軸上円筒形要素を軸に沿って平行移動することにより波面非点収差が調節され得る。レンズシステム９０２の非球面要素を平行移動することにより高次波面収差が調節され得る。レンズシステム９０２の要素のコマ収差および回転を調節することにより非点収差を調節するために、レンズシステム９０２の要素の横方向位置を調節することも可能である。
【００３９】
図１０を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、ビーム補正システム１０００は、加熱要素１００３と、加熱要素１００３に動作可能に連結された（例えば、近接する）レンズ要素（例えば、レンズ）１００２と、加熱要素１００３およびレンズ要素１００２に接続（例えば、動作可能に連結）されたヒータ制御１００４と、を備え得る。
【００４０】
代表的な実施形態において、ビーム補正システム１０００は光１００１を受容するよう構成され得る。さらなる実施形態において、光１００１（例えば、発散光、集束光、または略平行光）はレンズ要素１００２を通過し得る。レンズ要素１００２は、レンズ要素１００２を通過する光１００１が、略平行である、発散する、または集束する光１００７としてレンズ要素１００２から出るよう、構成され得る。さらなる実施形態において、ビーム補正システム１０００は２つ以上のレンズ要素１００２を実装し得る。
【００４１】
上述のように、レンズ要素１００２は加熱要素１００３に近接し得る。さらに、加熱要素１００３はヒータ制御１００４を用いて制御され得る。代表的な実施形態において、ヒータ制御１００４は加熱要素１００３の温度を検出（加熱要素から受容したフィードバック１００６を介して）するよう構成される。さらに、前記受容されたフィードバック１００６に基づいて、ヒータ制御１００４は、ヒータ制御１００４が加熱要素１００３に供給する電力１００５の量を変更し、それにより加熱要素１００３の温度を変更し得る。さらに、加熱要素１００３の温度が変化するにつれてレンズ要素１００２の温度は変化する。レンズ要素１００２の温度を変化させることにより、レンズ要素１００２の率、厚さ、および曲率が効果的に変化され、それにより、波面における変化が促進される。代表的な実施形態において、レンズ要素１００２は、波面の出力を調節するために軸に沿って光１００１と位置合わせされた軸上球面要素として構成され得る。さらなる実施形態において、レンズ要素１０２は、波面の非点収差を調節するために軸に沿って位置合わせされた軸上円筒形要素として構成され得る。結果として生じた発散光１００７の波面に影響を与えるために温度を用いることによる補正の他の例も可能である。
【００４２】
図１１を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、ビーム補正システム１１００は第１レンズ要素（例えば、第１レンズ）１００２および第２レンズ要素（例えば、第２レンズ）１００４を備え得る。なお、これらのレンズ要素（１００２および１００４）は相互に対して近接するが、相互から可変距離１００３だけ離間する。本開示の実施形態において、ビーム補正システム１１００は入力光（例えば、略平行光、発散光、または集束光）１１０１を受容するよう構成される。これらのレンズ要素（１１０２、１１０４）は、入力光１１０１が、第１レンズ要素１１０２を通過すること、第２レンズ要素１１０４を通過すること、および出射光（例えば、発散光、集束光、または略平行光）１１０５として第２レンズ要素１１０４から出ること、を可能とするよう構成される。
【００４３】
さらなる実施形態において、レンズ要素（１１０２、１１０４）の組み合わせは略ゼロの正味出力を生成する。要素（１１０２、１１０４）間の距離（例えば、間隔）１１０３を変化させることにより、レンズ要素１１０４から出る光１１０５の出力は変化され得る。例えば、間隔１１０３は、圧電要素、モータ駆動要素、または温度制御要素等の様々な方法および／または機構により変化され得る。
【００４４】
代表的な実施形態において、レンズ要素（１１０２、１１０４）は、波面の出力を調節するために軸に沿って光１１０１と位置合わせされた軸上球面要素として構成され得る。さらなる実施形態において、レンズ要素（１１０２、１１０４）は、波面の非点収差を調節するために軸に沿って光１１０１と位置合わせされた軸上球面要素として構成され得る。さらに、結果として生じた出射光１１０５の波面を変更するために相互に対して近接して配置されたレンズ要素間の可変間隔を用いることによる補正の他の例も可能である。
【００４５】
図１２を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図が示される。本開示の代表的な実施形態において、ビーム補正システム１２００は第１レンズ要素（例えば、第１レンズ）１２０２および第２レンズ要素１２０３を備え得る。なお、これらのレンズ要素（１２０２および１２０３）は相互に対して動作可能に結合される。さらなる実施形態において、ビーム補正システム１２００は入力光１２０１を受容するよう構成される。例えば、入力光１２０１は、発散光、集束光、または、略平行光であり得る。さらなる実施形態において、受容される光１２０１は第１レンズ要素１２０２を通過し得る。さらに、第１レンズ要素１２０２を通過した後、光１２０１は集束により誘導され、次いで、第２レンズ要素１２０３により集光され得る。代替的な実施形態において、光１２０１は第１レンズ要素１２０２を通過し、集束により誘導されることなく第２レンズ要素１２０３に誘導され得る。次いで、光１２０１は出射光１２０７として第２レンズ要素１２０３を通過し（例えば、出）得る。例えば、出射光１２０７は、発散光、集束光、または、略平行光であり得る。
【００４６】
代表的な実施形態において、これらのレンズ要素（１２０２、１２０３）の組み合わせは略ゼロの正味出力を生成し得る。要素（１２０２、１２０３）間の距離（例えば、間隔）を変化させることにより、出射光１２０７の出力は変化され得る。さらなる実施形態において、第２レンズ要素１２０３はビーム補正システム１２００の平行移動要素１２０４に接続（例えば、搭載）され得る。ビーム補正システム１２００の位置決め要素１２０５は平行移動要素１２０４に接続され得る。さらに、位置検出要素１２０６は平行移動要素１２０４および位置決め要素１２０５に接続され得る。第２レンズ要素１２０３の位置（例えば、第１レンズ要素１２０２に対する）は、平行移動要素１２０４、位置決め要素１２０５、および位置検出要素１２０６を介して、設定、変化、および／または制御され得る。なお、これらの平行移動要素１２０４、位置決め要素１２０５、および位置検出要素１２０６は閉フィードバックループを介して動作可能に連結される。位置決め要素１２０５および平行移動要素１２０４は、圧電要素、モータ駆動要素、温度制御要素、および／または平行移動ステージを含む様々な方法および／または機構を実装し得る。上記において説明された前述の例の場合と同様に、光学要素（１２０２、１２０３）は軸に沿って光１２０１と位置合わせされた軸上球面要素であり、波面の出力を調節するよう構成され得る。代替的に、光学要素（１２０２、１２０３）は軸に沿って光１２０１と位置合わせされた軸上円筒形要素であり、波面の非点収差を調節するよう構成され得る。さらなる実施形態において、相互に対して近接して配置されたレンズ要素間の可変間隔を実装する他の機構が、結果として生じた出射光１２０７の波面に対して補正（例えば、変更）を提供するために利用され得る。
【００４７】
図１３を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるビーム補正システムの実施形態のうちの１つまたは複数において使用されるための代表的な傾斜光学要素（例えば、傾斜レンズ要素、傾斜レンズ）の概略ブロック図が示される。本開示の代表的な実施形態において、傾斜レンズ要素１３０２は、入力光１３０１（例えば、発散光、集束光、または略平行光）が傾斜レンズ要素１３０２を通過することが可能となるよう、構成され得る。傾斜レンズ要素１３０２は、入力光１３０１が傾斜レンズ要素１３０２を通過し出射光１３０４として傾斜レンズ要素１３０２から出るとき、出射光１３０４が発散光、集束光、または略平行光となり得るよう、さらに構成され得る。例えば、図１３において示される例示的な実施形態において、入力光１３０１は発散光である一方、出射光１３０４は略平行光である。さらなる実施形態において、２つ以上の傾斜レンズ要素１３０２が、本明細書において説明されるビーム補正システムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る。
【００４８】
本開示の代表的な実施形態において、光学要素１３０２は、出射光１３０４の波面の非点収差を変更するために、様々な角度（参照番号１３０３で示される）の範囲内で傾斜されるよう構成され得る。上記において説明された前述の例の場合と同様に、傾斜光学要素１３０２は（非傾斜時）、軸上球面要素であり得る。なお、この軸上球面要素は、最初は、光軸に沿って入力光１３０１に対して位置合わせされた状態にある。代替的に、光学要素１３０２も、円筒形表面またはその他の非球面形状（単数または複数）を有し得る。さらに、傾斜レンズ１３０２は、結果として生じた出射光１３０４の波面を変更するために、角度範囲に沿って傾斜され得る。
【００４９】
図１４を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるビーム補正システムの実施形態のうちの１つまたは複数において使用されるための代表的な傾斜光学要素システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、傾斜光学要素システム１４００は第１光学要素１４０１および第２光学要素１４０３を備え得る。例えば、第１光学要素１４０１および第２光学要素１４０３はそれぞれ円筒形表面を備え得る。さらなる実施形態において、第１および第２光学要素（１４０１、１４０３）は、光を通すように構成され得る。例示的な実施形態において、光は図示されないが、図１４が示されるページにまたはそのページから伝播するものとして視覚化され得る。第１の構成において、第１光学要素１４０１は第２光学要素１４０３に対して垂直配向され得る。例えば、第１の構成において、第１光学要素１４０１の円筒形構造は第１軸１４０２に沿って位置合わせされる一方で、第２光学要素の円筒形構造は第２軸１４０４に沿って位置合わせされ得る。なお、第１軸１４０２は第２軸１４０４に対して垂直である。
【００５０】
代表的な実施形態において、第１光学要素１４０１および第２光学要素が図１４に示す相対的垂直配向にあるとき、正味非点収差はこれらの光学要素（１４０１、１４０３）を通過する光には含まれない。一方、第１傾斜光学要素１４０３等の光学要素のうちの１つ（または両方）が、傾斜光学要素１４０３であり、第１光学要素１４０１に対して角度（例えば、回転経路）１４０５だけ回転される（図１４に示すように）と、波面における正味非点収差は最大非点収差が達成される（例えば、第２光学要素１４０３が第１光学要素１４０１に対して平行配列するまで移動する時点において）まで増加し得る。
【００５１】
図１５を参照すると、本開示のさらなる実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、代表的なビーム補正システムの概略ブロック図が示される。代表的な実施形態において、ビーム補正システム１５００は第１ミラー要素１５０２および第２ミラー要素１５０３を実装し得る。なお、第２ミラー要素１５０３は第１ミラー要素１５０２に動作可能に結合される。ビーム補正システム１５００は、レーザシステムにより生成される波面（例えば、光、ビーム）の角度変化および横方向位置変化の両方を補正するよう構成される。
【００５２】
本開示の実施形態において、ビーム補正システム１５００は入射光１５０１を受容するよう構成され得る。入射光１５０１は、付加的な角度を光１５０１に与える第１ミラー１５０２から反射され得る。さらに、光１５０１は次いで第２ミラー１５０３から反射され、それにより出射光１５０４が生成される。さらなる実施形態において、第１ミラー１５０２は、第２ミラー１５０３の近傍において横方向変位１５０６を生成するために、移動（小さい角度変化１５０５を介して）され得る。次いで、第２ミラー１５０３は小さい角度変化１５０７を生成し（例えば、作り）得る。正味角度変化は角度１５０５および角度１５０７の和であり得る。角度変化１５０７が角度変化１５０５に等しく角度変化１５０５に対して逆である場合、正味角度変化はまったく存在せず、純粋な変位（例えば、純粋な角度変化）１５０６が達成される。純粋な角度変化は、第１ミラー１５０２の角度を一定に保つ一方で第２ミラー１５０３の角度のみを変化させることにより、達成され得る。
【００５３】
図１６を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、単一レンズシステムにおいて波面集束および波面非点収差を補正するためのシステムが示される。本開示の代表的な実施形態において、波面集束および非点収差補正システム１６００は第１レンズ（例えば、球面レンズ）１６０２、第２レンズ（例えば、円筒レンズ）１６０４、および第３レンズ（例えば、円筒レンズ）１６０５を備え得る。なお、これらのレンズ（１６０２、１６０４、１６０５）は相互に対して動作可能に結合される。図１６において示される例示的な実施形態において、入力光（例えば、発散光）１６０１はシステム１６００により受容され、前記光が第３レンズ１６０５から略平行光１６０７として出るよう、レンズ（１６０２、１６０４、１６０５）のそれぞれを通過し得る。さらなる実施形態において、入力光１６０１は、発散光、集束光、または略平行であり得る一方、出射光１６０７は発散光、集束光、または略平行光であり得る。さらなる実施形態において、システム１６００は付加的レンズ（例えば、レンズ要素）を備え得、および／またはこれらのレンズ要素は図１６において示されるものとは異なる構成／配列で配列され得る。
【００５４】
本開示の代表的な実施形態において、波面（例えば、光１６０１および／または１６０７）の集束は第１レンズ要素１６０２の位置１６０３を変化させることにより、変化され得る。例えば、要素１６０２は、本明細書において開示された前述の例において説明されたようにモータおよび／または圧電要素を介することを含む様々な方法でまたは様々な機構を介して位置決め（例えば、近接して位置決め）され得る。さらなる実施形態において、波面の非点収差は第３レンズ要素１６０５の位置１６０６を変化させることにより、変化され得る。レンズ要素１６０５は第１レンズ要素１６０１と同様の方法／機構を介して位置決めされ得る。本明細書において検討されるシステム１６００は、波面集束および非点収差の両方を効果的に管理し得る。複数の収差補正も、本明細書において開示された前述の例において提示された技術の組み合わせを用いて、可能となり得る。
【００５５】
図１７を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、本明細書において説明されるレーザシステムの実施形態のうちの１つまたは複数において実装され得る、単一レンズシステムにおいて波面集束および波面非点収差を補正するためのシステムが示される。代表的な実施形態において、波面集束および非点収差補正システム１７００は第１レンズ（例えば、球面レンズ）１７０２、第２レンズ（例えば、円筒レンズ）１７０７、および第３レンズ（例えば、円筒レンズ）１７０８を備え得る。なお、これらのレンズ（１７０２、１７０７、１７０８）は相互に対して動作可能に結合される。さらなる実施形態において、第１レンズ１７０２は加熱組立体（例えば、加熱要素）１７０３に接続され（例えば、内部に含まれ）得る。さらに、第３レンズ１７０８は加熱組立体１７０９に接続され（例えば、内部に含まれ）得る。代表的な実施形態において、システム１７００は第１ヒータ制御器１７０４および第２ヒータ制御器１７１０を備え得る。第１ヒータ制御器１７０４は第１加熱要素１７０３に接続され得る一方、第２ヒータ制御器１７１０は第２加熱要素１７０９に接続され得る。
【００５６】
代表的な実施形態において、入射光１７０１はシステム１７００により受容され（例えば、入り）、第１レンズ１７０２、第２レンズ１７０７、および第３レンズ１７０８を通過し、出射光１７１３として第３レンズ１７０８から出得る。図１７において示される例示的な実施形態において、入射光１７０１は発散光であり、出射光１７１３は略平行光である。一方、代替的な実施形態において、入射光１７０１は、集束光または略平行であり、出射光１７１３は集束光または発散光であり得る。さらなる実施形態において、図１７において示されるものとは異なる（例えば、より多いまたはより少ない）個数のレンズ要素がシステム１７００において実装され得る。さらなる実施形態において、システム１７００のレンズ要素は、図１７において示される配列とは異なる複数の構成または配列のうちの任意のいずれか１つにおいて構成され得る。
【００５７】
本開示の１つの実施形態において、レーザシステムの波面の集束は第１レンズ要素１７０２の温度を変化させることにより、補正システム１７００を介して変化され得る。例えば、第１ヒータ制御器１７０４が電流１７０５を第１加熱要素１７０３に提供し、それにより、第１加熱要素１７０３は第１レンズ要素１７０２を加熱する。温度第１レンズ要素１７０２の温度は、第１レンズ要素１７０２、第１加熱要素１７０３、および第１ヒータ制御器１７０４が閉フィードバックループを介して接続されているという事実により、保持され得る。例えば、第１ヒータ制御器１７０４の温度検出要素は、第１レンズ要素１７０２および／または第１加熱要素１７０３の現在における温度の表示１７０６を受容し得る。受容した表示１７０６に基づいて、第１ヒータ制御器１７０４の温度検出要素は、第１レンズ要素１７０２を加熱することまたは第１レンズ要素１７０２の加熱を停止することのいずれかを行うことを第１加熱要素１７０３に行わせるための電流を提供することまたはその電流の供給を停止することを第１ヒータ制御器１７０４に行わせる。
【００５８】
代表的な実施形態において、レーザシステムの波面の非点収差は、第３レンズ要素１７０８の温度を変化させることにより、補正システム１７００により変化され得る。例えば、第２ヒータ制御器１７１０は電流１７１１を第２加熱要素１７０９に提供し、それにより、第２加熱要素１７０９は第３レンズ要素１７０８を加熱する。第３レンズ要素１７０８の温度は、第３レンズ要素１７０８、第２加熱要素１７０９、および第２ヒータ制御器１７１０が閉フィードバックループを介して接続されているという事実により、保持され得る。例えば、第２ヒータ制御器１７１０の温度検出要素は、第３レンズ要素１７０８および／または第２加熱要素１７０９の現在における温度の表示１７１２を受容し得る。受容した表示１７１２に基づいて、第２ヒータ制御器１７１０の温度検出要素は、第３レンズ要素１７０８を加熱することまたは第３レンズ要素１７０８の加熱を停止することのいずれかを行うことを第２加熱要素１７０９に行わせるための電流を提供することまたはその電流の供給を停止することを第２ヒータ制御器１７１０に行わせる。したがって、本明細書において説明され図１７において示されるシステム１７００は、波面集束および非点収差の両方を効果的に管理し得る。さらにシステム１７００は、複数の収差補正を提供するシステム１７００の能力を促進するための技術、機構、および／または方法の上記の組み合わせのうちの任意の１つまたは複数も実装し得る。さらなる実施形態において、システム１７００は、位置決め要素と温度制御された要素とを並列的に実装し得る。
【００５９】
図１８を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、複数のビームサンプリングサブシステムおよび複数のビーム補正サブシステムを含む複数段階周波数変換レーザシステムが示される。レーザシステム１８０１により生成された、生成された周波数のうちの２つ以上が用いられる場合、複数のビームサンプリングサブシステムおよび複数のビーム補正サブシステムが必要となり得る。
【００６０】
代表的な実施形態において、レーザシステム１８０１は、レーザ光（例えば、光）を生成（例えば、発生）するよう構成された基本レーザ１８０２を備える。基本レーザ１８０２は任意の標準的レーザ、固定レーザ、またはファイバレーザであり得る。代替的な実施形態において、光は、単に、外部光源により生成された基本光を伝達するファイバの出力であり得る。さらなる実施形態において、システム１８０１は、基本レーザ１８０２に接続された、集光および集束要素１８０３を備え得る。システム１８０１は、集光および集束要素１８０３に接続された２次高調波生成結晶システム１８０４をさらに備え得る。例えば、基本レーザ１８０２の出力は、集光および集束要素１８０３を介して、２次高調波生成結晶システム１８０４に集光および集束され得る。集光および集束要素１８０３は単一のレンズまたはミラー要素を単に備えるか、または集光および集束要素１８０３は複数のレンズまたはミラー要素を備え得る。
【００６１】
さらなる実施形態において、２次高調波生成結晶システム（例えば、２次高調波サブシステム）１８０４は、サブシステム１８０４の結晶を所望温度に保持するための加熱要素を備え得、サブシステム１８０４の結晶の環境を制御するための筐体をさらに備え得る。さらなる代表的な実施形態において、液体および気体を含む他の形態の周波数変換が用いられ得る。
【００６２】
本開示の１つの実施形態において、システム１８００はさらにダイクロイック要素１８０５を備え得る。なお、このダイクロイック要素１８０５は２次高調波サブシステム１８０４に接続され、２次高調波光から基本光を分離するよう構成され得る。基本光はダイクロイック要素１８０５を通過し、ミラー１８０６から反射（例えば、反射）し、ビーム集光および成形サブシステム１８０９に誘導され得る。次いで、基本光はサンプリングサブシステム１８０７に進行し得る。図１８において示される実施形態において、サンプリングサブシステム１８０７は部分反射ミラー１８０７を備え得る。一方、本明細書において開示されるサンプリング機構の他の例が、サンプリングサブシステム１８０７においてまたはサンプリングサブシステム１８０７の一部として、実装され得る。さらなる実施形態において、ビームサンプリングサブシステム１８０７からのサンプリングされた基本光は、システム１８００のビーム診断サブシステム１８０８に進行し得る。代表的な実施形態において、ビーム診断サブシステム１８０８は、基本光、２次高調波光、および４次高調波光に対して作用し得る。次いで、ビームサンプリングサブシステム１８０７からのサンプリングされていない光は、１８１０においてレーザシステム１８０１から出得る。
【００６３】
本開示の代表的な実施形態において、２次高調波光は、ダイクロイック要素１８０５から反射し、ミラー１８１１からも反射し、次いで、集光および集束要素１８１２を介して、４次高調波生成結晶システム１８１３に集光および集束され得る。集光および集束要素１８１２は、単一のレンズまたはミラー要素を単に備えるか、または複数の要素を備える。４次高調波サブシステム１８１３は、サブシステム１８１３の結晶を所望温度に保持するための加熱要素を備え、サブシステム１８１３の結晶の環境を制御するための筐体も備え得る。さらなる代表的な実施形態において、液体および気体を含む他の形態の周波数変換が用いられ得る。
【００６４】
本開示の実施形態において、ダイクロイック要素１８１４は４次高調波光から２次高調波光を分離するために利用され得る。２次高調波光はダイクロイック要素１８１４から反射し、次いで、ビーム集光および成形要素１８１６に進行し得る。次いで、２次高調波光はサンプリングサブシステム１８１５に進行し得る。例示的な実施形態において、サンプリングサブシステム１８１５は部分反射ミラーを備えるが、さらなる実施形態においては他のサンプリング装置または機構が実装され得る。さらなる実施形態において、サンプリングサブシステム１８１５からのサンプリングされた２次高調波光は、次いでビーム診断サブシステム１８０８に進行し得る。次いで、ビームサンプリングサブシステム１８１５からのサンプリングされていない光１８１７はレーザシステム１８０１から出得る。本開示の代表的な実施形態において、４次高調波光はダイクロイック要素１８１４から進行（例えば、通過）し、ビーム集光および成形サブシステム１８１８に誘導され、次いでビームサンプリングサブシステム１８１９に誘導される。次いで、ビームサンプリングサブシステム１８１９はサンプリングされた基本光をミラー１８２０に誘導し、サンプリングされた基本光はミラー１８２０から反射しビーム診断サブシステム１８０８に誘導され得る。さらに、ビームサンプリングサブシステム１８１９を通過するサンプリングされていない光１８２１はレーザシステム１８０１から出得る。
【００６５】
図１９を参照すると、本開示のさらなる代表的な実施形態に係る、レーザシステムにおけるビーム補正を提供するための方法を示すフローチャートが示される。方法１９００は、レーザシステムのレーザ光源から放射される光の１部分をレーザシステム１９０２のビームサンプリング装置に誘導するステップを含み得る。方法１９００は、放射光のその部分を、ビームサンプリング装置を介してサンプリングし、サンプリングされた光の部分をレーザシステム１９０４のビーム診断システムに提供するステップをさらに含み得る。方法１９００は、放射光のサンプリングされた部分のパラメータの現在状態を、ビーム診断システムを介して測定し、パラメータの測定された状態をレーザシステム１９０６のビーム補正システムに提供するステップをさらに含み得る。方法１９００は、パラメータの測定された状態を、レーザシステム１９０８のビーム補正システムを介して、放射光に対するパラメータの所望の状態に対して比較するステップをさらに含み得る。方法１９００は、所望の波面１９１０を取得するために、ビーム補正システムを介して、前記比較に基づいてレーザシステムに補正を提供するステップをさらに含み得る。
【００６６】
前記に開示された方法におけるステップの特定の順序または階層は代表的なアプローチの例であることが理解されるであろう。設計上の選好に基づいて、方法におけるステップの特定の順序または階層は、本発明の範囲から逸脱することなく、再編可能であることが理解される。添付の方法請求項は、様々なステップの要素を１つの順序例において提示するものであり、提示された特定の順序または階層への限定を意図するものではない。
【００６７】
本発明およびそれに付随する利点の多くは、前述の説明により理解されるであろう。様々な変更例が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、または本発明の物質的利点の必ずしも全部を犠牲にすることなく、本発明の構成要素の形態、構成、および配列において可能であることが明白となることも考えられる。本明細書において前述の形態は本発明の説明的な実施形態に過ぎず、係る変更例を網羅し含むことは以下の請求項は意図するところである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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