用各向异性声光调制器产生光束的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种包括光束源的光源系统，所述光束源产生具有第一光束成分和第二光束成分的第一输入光束。第一成分具有第一线偏振态和第一频率。第二成分具有第二线偏振态和第二频率。第一线偏振态和第二线偏振态正交。设置各向异性声光调制器（ＡＯＭ）来接收第一输入光束。ＡＯＭ可以响应于控制信号改变第一光束成分和第二光束成分的偏振态和频率，从而产生分别对应于第一成分和第二成分的第一输出光束和第二输出光束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
基于偏振的或复用的外差干涉仪中的测量光学器件，例如那些在半导体器件制造设备中用于精密测量的测量光学器件，通常使用包括不同频率的正交偏振成分的光束。在外差干涉中使用双频/双偏振光源。两个正交偏振的光束成分之间的频率差很重要，因为它可能限制物体以多大速度移动时仍能够用这类测量系统精确测量距离。Zeeman(塞曼)分裂HeNe激光器可以提供正交偏振的光成分，但是差频限制在最大约为8MHz。双模稳频HeNe激光器也可以提供具有频率间隔的两个正交偏振光束，但是这个频率差在500-1500MHz范围内，不易由处理电路使用。满足光刻产业对于速度的要求而又与目前的电子技术相符的期望频率范围约为7-30MHz。以往使用了一些方法来产生外差干涉仪中期望的频率分裂。这些现有解决方案大部分包括在稳定激光源后对光进行调节以得到期望的频率。一种现有解决方案是使用两个高频声光调制器(AOM)来产生期望的差频。源激光束被分为正交偏振的两束。使每个线偏振光束都经过AOM。对来自每个AOM的第一级衍射光束用反射镜进行重定向，再用第二分束器重新组合使之共线、共心(co-bore)。尽管在这种现有解决方案中AOM的绝对频率通常太高，不够理想(例如80MHz)，但是可以对两个不同AOM之间的频率差进行调整(例如一个在80MHz而另一个在90MHz)以使得当两个正交线偏振光束成分重新组合时，它们具有期望的差频。但是，这是一个更加昂贵的解决方案，因为获得期望的结果要使用两个AOM(以及分束器、两个旋转反射镜和作为光束复合器的第二分束器)。也有使用两个AOM的其他解决方案，但是都具有元件多的缺点(例如至少要两个AOM单元和一个分束器)，这会增加解决方案的成本。另一种现有的途径是使用单一的低频各向同性AOM，具有单一的声波和双折射复合棱镜。尽管这种方法与前述双AOM解决方案相比减少了元件的数量，但是它具有自身的严重问题。主要的缺点包括光源的相当一部分光被遗弃(即使使用单偏振输出的激光器)；完成此解决方案需要占据大量空间；以及此解决方案不能完全获得AOM移频器为激光提供隔离这一附属好处，因为它只隔离了对一个偏振态的回馈。这种现有方法中要求在AOM器件之前只有一个单独的偏振态和频率，所以对于Zeeman分裂HeNe激光器，通常用偏振器滤去来自光源激光器的另一个偏振态/频率成分。因此，在光束进入AOM之前，失去了光源的一半光。在这种现有解决方案的各向同性声波作用中，对光束的偏振态没有影响，所以经过衍射(第一级)、频移的光束与零级或未衍射的光束偏振态相同。目前的市售器件中，零级和第一级光束在射出AOM时具有约20MHz的频率差。使光束再次共线的任务是通过使光束经过双折射复合棱镜来完成的。射出这种AOM的光束分离角较小，所以在用复合棱镜使它们平行之后，不进行使这些光束再次共心的补偿。通常，复合棱镜的光轴与光束的偏振态成45度角。复合棱镜将每个光束分为两个正交偏振成分。一个成分经历折射率ne，另一个成分经历折射率no。由于这种折射率差异，两个光束在入射和出射的棱镜/空气界面处发生不同的折射。棱镜的顶角优化为使得每个光束的一个偏振成分再次平行。另外两个不期望的光束从复合棱镜射出时不与所希望的光束平行并被挡掉了。这种复合方案实际上丢掉了第一级和零级光束中的一半光功率。最终结果是，使用这种现有的单各向同性AOM方法增加频率分裂，对于Zeeman分裂激光器，损失了光源四分之三的初始光功率(如果AOM器件以Raman Nath机制工作，损失将更多)。期望外差干涉光源具有较小的覆盖区或封装，因为此光源经常安装在客户的设备中。单一低频各向同性AOM解决方案中存在所需空间超过期望的问题。为了使低频各向同性AOM实现足够的效率，较长的相互作用长度是必需的，从而器件自身相当长。而且，此器件上的衍射级之间的分离角较小，所以通常使用较长距离来获得足够的光束分离量，以挡掉复合棱镜之后不期望的光束。因此，可能使用较长的覆盖区、将光聚焦到针孔空间滤波器的附加光学器件、或者使光路在封装中折叠的附加光学器件来解决此问题。此外，当使用具有零级和第一级光束的单一低频各向同性AOM时，零级光束不能使激光器不受回馈影响，因为沿该光路的频率仍然是激光频率(没有上移或下移)。由此光束向上游的反射使之返回激光器，会给波长稳定度带来问题并可能使激光器失锁。在另一种现有的途径中，在同一个各向同性AOM中产生两个频移光束。两光束的频移是通过几种不同的方法实现的。第一种是在AOM中使用一个声波。在AOM前(或附在AOM上)有偏振分束器将单频偏振光束分为两个正交偏振光束。偏振分束器还将两个正交偏振光束与AOM器件的正负Bragg角对准以通过一个声波使一个光束上移而另一个光束下移。AOM自身是各向同性的，不影响光束的偏振。输出光束之间的频率差是AOM频率的两倍。单一各向同性AOM解决方案的另一种形式使用更长的晶体，每个偏振光束依次通过由AOM的两个换能器产生的两个声波。对输出光束最终结果是频率差为两个AOM换能器频率差的两倍。这也是一种各向同性作用(即它不影响偏振态)，在AOM器件前使用分束器产生两个正交偏振并沿发散方向行进的光束。
技术实现思路
本专利技术公开了一种包括光束源的光源系统，所述光束源产生具有第一光束成分和第二光束成分的第一输入光束。第一成分具有第一线偏振态和第一频率。第二成分具有第二线偏振态和第二频率。第一线偏振态和第二线偏振态正交。设置各向异性声光调制器(AOM)来接收第一输入光束。AOM可以响应于控制信号改变第一光束成分和第二光束成分的偏振态和频率，从而产生分别对应于第一成分和第二成分的第一输出光束和第二输出光束。本专利技术还提供了一种产生光束的方法，所述方法包括提供各向异性声光调制器；将第一输入光束导入所述声光调制器，所述第一输入光束包括第一光束成分和第二光束成分，所述第一光束成分具有第一线偏振态和第一频率，所述第二光束成分具有第二线偏振态和第二频率，其中，所述第一线偏振态和所述第二线偏振态正交；向所述声光调制器施加控制信号，从而使所述声光调制器改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，并产生相应的第一输出光束和第二输出光束。本专利技术还提供了一种干涉仪系统，包括产生具有第一光束成分和第二光束成分的第一输入光束的光束源，所述第一成分具有第一线偏振态和第一频率，所述第二成分具有第二线偏振态和第二频率，其中，所述第一线偏振态与所述第二线偏振态正交；设置为接收所述第一输入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器响应于控制信号改变所述第一光束成分的偏振态和频率，从而产生相应的第一输出光束，并改变所述第二光束成分的偏振态和频率，从而产生相应的第二输出光束；用于基于所述第一输出光束和所述第二输出光束产生参考光束和测量光束的干涉仪光学器件；用于基于所述参考光束和所述测量光束确定运动信息的分析系统。附图说明图1是图示了根据本专利技术的第一实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。图2是图示了根据本专利技术的第二实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。图3是图示了根据本专利技术的第三实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光源系统，包括：产生具有第一光束成分和第二光束成分的第一输入光束的光束源，所述第一成分具有第一线偏振态和第一频率，所述第二成分具有第二线偏振态和第二频率，其中，所述第一线偏振态和所述第二线偏振态正交；设置为接收所述第一输 入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器能够响应于控制信号改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，并从而产生分别对应于所述第一成分和所述第二成分的第一输出光束和第二输出光束。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗尔J考尔维勒，朱淼，凯丽D巴戈维尔，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]