用于宽带辐射生成的基于空芯光子晶体光纤的光学部件的制作方法

用于宽带辐射生成的基于空芯光子晶体光纤的光学部件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年8月24日提交的ep申请19204985.6和于2019年12月18日提交的ep申请19217381.3的优先权，这些ep申请通过引用被整体并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种基于空芯光子晶体光纤的宽带辐射生成器，尤其涉及与集成电路制造中的量测应用相关的这种宽带辐射生成器。


背景技术：

4.光刻设备是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(ic)的制造中。例如，光刻设备可以在图案形成装置(例如，掩模)处将图案(通常也称为”设计布局”或”设计”)投射到被设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
5.为了在衬底上投射图案，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4至20nm范围内(例如6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。
6.低k1光刻可以用于处理具有小于光刻设备的传统分辨率极限的尺寸的特征。在这种工艺中，分辨率公式可以表示为cd＝k1×
λ/na，其中λ是所采用的辐射波长，na是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，cd是”临界尺寸”(通常是被印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半间距)，以及k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，为了实现特定的电功能性和性能，在衬底上复制类似于电路设计者所设计的形状和尺寸的图案就越困难。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些包括例如但不限于na的优化、自定义的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学邻近校正(opc，有时也称为”光学和工艺校正”))、或通常被定义为”分辨率增强技术”(ret)的其他方法。备选地，用于控制光刻设备的稳定性的紧控制环可以用于在低k1下改善图案的再现。
7.在ic制造工艺的许多方面中使用量测工具，例如作为用于在曝光之前正确定位衬底的对准工具，用于测量衬底的表面拓扑的校平工具，用于例如基于聚焦控制和散射测量的工具，以用于在工艺控制中检查/测量经曝光和/或经蚀刻的产品。在每种情况下，都需要辐射源。由于各种原因，包括测量鲁棒性和准确性，宽带或白光辐射源越来越多地用于这种量测应用。期望改进用于宽带辐射生成的现有装置。


技术实现要素：

8.在本发明的第一方面，提供了一种光学部件，包括：空芯光子晶体光纤，包括用于引导辐射的内部毛细管和包覆内部毛细管的外部毛细管；以及至少一个输出端区段，该至
少一个输出端区段在所述输出端区段的至少一部分上的内径大于沿空芯光子晶体光纤在输出端区段之前的中心部分的外部毛细管的内径。
9.在本发明的第二方面，提供了一种光学部件，该光学部件包括空芯光子晶体光纤和套管装置，该套管装置包括至少一个套管，该至少一个套管至少覆盖所述空芯光子晶体光纤的每个端部中的相应端部分；其中：空芯光子晶体光纤的内部毛细管被塌缩以在空芯光子晶体光纤的每个端部处限定锥形芯区域，该锥形芯区域包括空芯光子晶体光纤的空芯的直径朝向空芯光子晶体光纤的每个端部增大的区域；以及接触区域，其中所述套管装置接触所述空芯光子晶体光纤，该接触区域相对于空芯光子晶体光纤的主轴全部位于或超出锥形芯区域。
10.本发明的其他方面包括宽带光源和量测装置、以及制造第一方面和第二方面的光学部件的方法，该宽带光源和量测装置包括第一方面和第二方面的光学部件。
附图说明
11.现在将参照所附示意图仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
12.图1描绘了光刻设备的示意概图；
13.图2描绘了光刻单元的示意概图；
14.图3描绘了整体光刻的示意性表示，表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
15.图4描绘了用作量测装置的散射测量设备的示意概图，该散射测量设备可以包括根据本发明的实施例的辐射源；
16.图5描绘了可以包括根据本发明的实施例的辐射源的水平传感器设备的示意性概图；
17.图6描绘了可以包括根据本发明的实施例的辐射源的对准传感器设备的示意性概图；
18.图7示意性地描绘了用于超连续谱生成的多个hc-pcf设计的横截面；
19.图8示意性地描绘了已知配置中的基于充气hc-pcf的宽带光源装置；
20.图9示意性地描绘了根据(a)第一实施例和(b)第二实施例的充气hc-pcf灯泡；
21.图10示意性地描绘了可用于安装如在本文中所公开的光学装置的安装装置；
22.图11(a)至图11(c)示意性地描绘了第二实施例在三个不同配置中的光学部件的示例；
23.图12示意性地描绘了根据本发明的实施例的hc-pcf的放大的端区段；
24.图13示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的hc-pcf的备选的放大的端区段；以及
25.图14(a)至图14(e)示意性地描述了用于制造如图12和13所示的hc-pcf的制造方法。
具体实施方式
26.在本文件中，术语”辐射”和”束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365、248、193、157或126nm的波长)和euv(极紫外辐射，例如具有在约5-100nm范围内
的波长)。
27.在本文中使用的术语”掩模板”、”掩模”或”图案形成装置”可以被广义地解释为指的是可以用于向入射辐射束赋予与要在衬底的目标部分中创建的图案相对应的图案化横截面的通用图案形成装置。在此上下文中也可以使用术语”光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二元、相移、混合等)之外，其他这种图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程lcd阵列。
28.图1示意性地描绘了光刻设备la。光刻设备la包括：照射系统(也称为照射器)il，被配置为调节辐射束b(例如，uv辐射、duv辐射或euv辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)mt，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)ma，并且连接到第一定位器pm，第一定位器pm被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置ma；衬底支撑件(例如，晶片台)wt，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)w，并且连接到第二定位器pw，第二定位器pw被配置为根据某些参数精确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)ps，被配置为将由图案形成装置ma赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个管芯)上。
29.在操作中，照射系统il例如经由束传递系统bd从辐射源so接收辐射束。照射系统il可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性、电磁型、静电型和/或其他类型的光学部件、或它们的任意组合，用于引导、成形和/或控制辐射。照射器il可以用于调节辐射束b，使其在图案形成装置ma的平面处的横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
30.本文中所使用的术语”投影系统”ps应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反折射型、失真型、磁性、电磁型和/或静电型光学系统、或它们的任意组合，视所使用的曝光辐射而定，和/或视诸如浸没液体的使用或真空的使用的其他因素而定。本文中对术语”投影透镜”的任何使用可以被认为与更一般的术语”投影系统”ps同义。
31.光刻设备la可以是以下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统ps与衬底w之间的空间，这也被称为浸没光刻。关于浸没技术的更多信息在us6952253中给出，其通过引用并入本文。
32.光刻设备la也可以是具有两个或多个衬底支撑件wt的类型(也称为”双台”)。在这种”多台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件wt，和/或可以在位于衬底支撑件wt之一上的衬底w上执行对衬底w的后续曝光进行准备的步骤，同时另一衬底支撑件wt上的另一衬底w用于曝光另一衬底w上的图案。
33.除了衬底支撑件wt之外，光刻设备la可以包括测量台。测量台被布置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统ps的性质或辐射束b的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被设置为清洁光刻设备的部分，例如投影系统ps的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件wt远离投影系统ps时，测量台可以在投影系统ps下面移动。
34.在操作中，辐射束b入射到被保持在掩模支撑件t上的图案形成装置(例如掩模)ma上，并且由图案形成装置ma上存在的图案(设计布局)进行图案化。在穿过掩模ma之后，辐射束b通过投影系统ps，投影系统ps将辐射束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置测量系统if，衬底支撑件wt可以精确地移动，例如以便将辐射束b的路径中的不同
目标部分c定位在聚焦和对准的位置。类似地，第一定位器pm和可能的另一位置传感器(图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案形成装置ma。可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准图案形成装置ma和衬底w。虽然所示的衬底对准标记p1、p2占据专用的目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记p1、p2位于目标部分c之间时，它们被称为划道(scribe-lane)对准标记。
35.如图2所示，光刻设备la可以形成光刻单元lc的部分，有时也称为光刻单元或(光刻)簇，其通常还包括用于在衬底w上执行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些包括旋转涂布机sc以沉积抗蚀剂层，包括显影件de以显影被曝光的抗蚀剂，包括冷却板ch和烘烤板bk，例如用于调节衬底w的温度，例如用于调节抗蚀剂层的溶解。衬底处理器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底w，在不同的处理设备之间移动衬底w，并且将衬底w传送到光刻设备la的装载舱lb。光刻单元中经常也统称为轨道的装置通常在轨道控制单元tcu的控制下，该轨道控制单元tcu本身可以由监控系统scs控制，监控系统scs也可以例如经由光刻控制单元lacu控制光刻设备la。
36.为了使由光刻设备la曝光的衬底w被正确且一致地曝光，希望检查衬底以测量图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。为此目的，检查工具(未示出)可以被包括在光刻单元lc中。如果检测到误差，则例如可以对后续衬底的曝光或对要在衬底w上执行的其他处理步骤进行调整，尤其是如果在相同批次或批的其他衬底w仍要被曝光或处理之前进行检查。
37.也可以称为量测设备的检查设备用于确定衬底w的性质，并且特别地，不同衬底w的性质如何变化或与同一衬底w的不同层相关联的性质如何逐层变化。备选地，检查设备可以被构造为标识衬底w上的缺陷，并且例如可以是光刻单元lc的部分，或者可以被集成到光刻设备la中，或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(曝光之后的抗蚀剂层中的图像)、或半潜像(曝光后烘烤步骤peb之后的抗蚀剂层中的图像)、或经显影的抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光或未曝光部分已被去除)、或甚至经蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的性质。
38.通常，光刻设备la中的图案化工艺是处理中最关键的步骤之一，其要求在衬底w上的结构的尺寸标注和放置的高精度。为了确保该高精度，可以将三个系统组合在如图3中示意性示出的所谓的”整体”控制环境中。这些系统之一是(虚拟地)连接到量测工具mt(第二系统)和计算机系统cl(第三系统)的光刻设备la。这种”整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作，以增强整个工艺窗口并且提供紧控制环，以确保由光刻设备la执行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口限定了工艺参数(例如剂量、焦距、套刻精度)的范围，在该范围内，特定的制造工艺生成了限定的结果(例如功能半导体器件)-典型地，在该范围内，允许光刻工艺或图案化工艺中的工艺参数变化。
39.计算机系统cl可以使用待图案化的设计布局(的部分)来预测使用哪些分辨率增强技术并且执行计算光刻仿真和计算以确定哪种掩模布局和光刻设备设置实现图案化工艺的最大总工艺窗口(在图3中由第一标尺sc1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被设置为与光刻设备la的图案化可能性相匹配。计算机系统cl还可以用于检测光刻设备la当前在工艺窗口内的何处操作(例如，使用来自量测工具mt的输入)，以预测是否由于例如次优处理(在图3中由第二标尺sc2中指向”0”的箭头描绘)而存在缺陷。
40.量测工具mt可以向计算机系统cl提供输入以实现准确的仿真和预测，并且例如在光刻设备la的校准状态下，可以向光刻设备la提供反馈以标识可能的漂移(在图3中由第三标尺sc3中的多个箭头描绘)。
41.在光刻工艺中，希望频繁地对所创建的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的工具通常被称为量测工具mt。用于进行这种测量的不同类型的量测工具mt是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具mt。散射仪是多功能的仪器，其允许通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数，测量通常被称为基于光瞳的测量，或者通过在图像平面或与图像平面共轭的平面中具有传感器来测量光刻工艺的参数，在这种情况下，测量通常被称为基于图像或场的测量。在专利申请us20100328655、us2011102753a1、us20120044470a、us20110249244、us 20110026032或ep1,628,164a中进一步描述了这种散射仪和相关的测量技术，通过引用将这些专利申请整体并入本文中。上述散射仪可以使用来自软x射线和可见到近红外波长范围的光来测量光栅。
42.在第一实施例中，散射仪mt是角分辨散射仪。在这种散射仪中，可以将重建方法应用于测量信号，以重建或计算光栅的性质。例如，这种重建可以通过利用目标结构的数学模型仿真散射辐射的相互作用并将仿真结果与测量结果进行比较而得到。调整数学模型的参数，直到仿真的相互作用生成与从真实目标观察到的图案类似的衍射图案。
43.在第二实施例中，散射仪mt是光谱散射仪mt。在这种光谱散射仪mt中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且来自目标的反射或散射辐射被引导到光谱仪检测器，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，对作为波长的函数的强度的测量)。根据该数据，例如通过严格的耦合波分析和非线性回归或通过与仿真光谱库比较，引起检测到的光谱的目标的结构或轮廓可以被重建。
44.在第三实施例中，散射仪mt是椭圆偏振散射仪。该椭圆偏振散射仪允许通过测量针对每个偏振态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区中使用例如适当的偏振滤光器来发射偏振光(诸如线性，圆形或椭圆形)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在美国专利申请11/451，599、11/708，678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中描述了现有椭圆偏振散射仪的各种实施例，通过引用将这些申请整体并入本文中。
45.图4描绘了诸如散射仪sm1的量测设备。它包括将辐射投射到衬底上的宽带(白光)辐射投影仪2。被反射或散射的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱6(即，对作为波长的函数的强度的测量)。根据该数据，可以通过处理单元pu，例如通过严格的耦合波分析和非线性回归或者通过与图3底部所示的仿真光谱库进行比较来重构产生检测到的光谱的结构或轮廓8。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且根据制造结构的过程的知识来假定一些参数，仅留下结构的几个参数由散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置作为垂直入射散射仪或倾斜入射散射仪。
46.经由对量测目标的测量的光刻参数的整体测量质量至少部分地通过用于测量该光刻参数的测量配方来确定。术语”衬底测量配方”可以包括测量本身的一个或多个参数、被测量的一个或多个图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量配方中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、
辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的取向等。用于选择测量配方的标准之一例如可以是测量参数之一对处理变化的灵敏度。在美国专利申请us2016-0161863和公布的美国专利申请us2016/0370717a1中描述了更多的示例，这些申请通过引用被整体并入本文中。
47.用于ic制造的另一类型的量测工具是形貌测量系统、水平传感器或高度传感器。这种工具可以被集成在光刻设备中，用于测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。衬底的形貌图(也称为高度图)可以根据这些测量结果来生成，这些测量结果指示作为衬底上的位置的函数的衬底高度。该高度图随后可以用于在衬底上转移图案期间校正衬底的位置，以便提供图案形成装置在衬底上的适当聚焦位置中的空间图像。应当理解，本文中的”高度”是指从平面到衬底的广义维度(也称为z轴)。通常，水平或高度传感器在固定位置(相对于其自身的光学系统)处执行测量，并且水平或高度传感器的在衬底和光学系统之间的相对移动导致在跨衬底的位置处的高度测量。
48.在图5中示意性地示出了本领域中已知的水平或高度传感器ls的示例，图5仅示出了操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元lsp和检测单元lsd。投影单元lsp包括提供辐射束lsb的辐射源lso，该辐射束lsb由投影单元lsp的投影光栅pgr赋予。辐射源lso可以是例如窄带或宽带辐射源，诸如超连续光源、偏振或非偏振、脉冲或连续的、诸如偏振或非偏振激光束。辐射源lso可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个led。水平传感器ls的辐射源lso不限于可见辐射，而是可以附加地或替代地涵盖uv和/或ir辐射以及适于从衬底表面反射的任何范围的波长。
49.投影光栅pgr是包括周期性结构的周期性光栅，该周期性结构导致辐射束be1具有周期性变化的强度。具有周期性变化强度的辐射束be1被导向衬底w上的测量位置mlo，具有相对于与入射衬底表面垂直的轴(z轴)在0度和90度之间(典型地在70度和80度之间)的入射角ang。在测量位置mlo处，图案化的辐射束be1被衬底w反射(由箭头be2指示)并且被导向检测单元lsd。
50.为了确定在测量位置mlo处的高度水平，水平传感器还包括检测系统，该检测系统包括检测光栅dgr、检测器det和用于处理检测器det的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅dgr可以与投影光栅pgr相同。检测器det产生指示所接收的光(例如指示所接收的光的强度)的检测器输出信号，诸如光电检测器，或者产生表示所接收的强度的空间分布的检测器输出信号，诸如相机。检测器det可以包括一种或多种检测器类型的任意组合。
51.通过三角测量技术，可以确定在测量位置mlo处的高度水平。检测到的高度水平通常与由检测器det测量的信号强度有关，该信号强度具有取决于投影光栅pgr和(倾斜)入射角ang的设计等的周期性。
52.投影单元lsp和/或检测单元lsd可以包括沿着投影光栅pgr与检测光栅dgr之间的图案化辐射束的路径的另外的光学元件，诸如透镜和/或反射镜(未示出)。
53.在一个实施例中，可以省略检测光栅dgr，并且可以将检测器det放置在检测光栅dgr所处的位置。这样的配置提供了对投影光栅pgr的图像的更直接的检测。
54.为了有效地覆盖衬底w的表面，水平传感器ls可以被配置为将测量束be1的阵列投射到衬底w的表面上，从而生成覆盖较大测量范围的测量区域mlo的阵列或斑。
55.例如在us7265364和us7646471中公开了通用类型的各种高度传感器，这两个专利
都通过引用被并入本文。在us2010233600a1中公开了一种使用uv辐射代替可见光或红外辐射的高度传感器，其通过引用被并入本文中。在通过引用被并入的wo2016102127a1中，描述了一种紧凑的高度传感器，其使用多元件检测器来检测和识别光栅图像的位置，而不需要检测光栅。
56.在ic制造中使用的另一种类型的量测工具是对准传感器。因此，光刻设备的性能的关键方面是(通过相同的设备或不同的光刻设备)相对于被铺设在先前层中的特征正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底被提供有一组或多组标记或目标。每个标记是其位置可以在稍后的时间使用位置传感器(通常是光学位置传感器)来测量的结构。位置传感器可以被称为”对准传感器”，标记可以被称为”对准标记”。
57.光刻设备可以包括一个或多个(例如多个)对准传感器，通过该对准传感器可以精确地测量被设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉的光学现象来从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。在当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于如us6961116中所描述的自参考干涉仪。已经开发了位置传感器的各种增强和修改，例如在us2015261097a1中所公开的。所有这些公开的内容通过引用被并入本文中。
58.图6是诸如在us6961116中描述的已知对准传感器as的实施例的示意框图，其通过引用被并入本文中。辐射源rso提供一个或多个波长的辐射束rb，该辐射束rb由转向光学器件转向到标记(诸如位于衬底w上的标记am)上，作为照射斑sp。在该示例中，转向光学器件包括斑反射镜sm和物镜ol。照射标记am的照射斑sp的直径可以略小于标记本身的宽度。
59.由对准标记am衍射的辐射(在本示例中经由物镜ol)被准直成信息承载束ib。术语”衍射”旨在包括来自标记的零级衍射(其可以被称为反射)。自参考干涉仪sri(例如上述us6961116中公开的类型)使束ib与其自身干涉，之后由光电检测器pd接收束。可以包括附加的光学器件(未示出)，以在辐射源rso产生多于一个波长的情况下提供分离的束。如果需要，光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括多个像素。光电检测器可以包括传感器阵列。
60.在本示例中包括斑反射镜sm的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零级辐射，使得信息承载束ib仅包括来自标记am的较高级衍射辐射(这对于测量不是必需的，但是改善了信噪比)。
61.强度信号si被提供给处理单元pu。通过块sri中的光学处理和单元pu中的计算处理的组合，输出衬底上相对于参考框架的x-和y-位置的值。
62.所示类型的单次测量仅将标记的位置固定在对应于标记的一个间距的特定范围内。较粗糙的测量技术与此结合使用以标识正弦波的哪个周期是包含标记位置的周期。可以在不同的波长下重复较粗糙和/或较精细水平下的相同过程，用于提高标记的准确性和/或稳健地检测标记，而不管制作标记的材料以及在其上和/或其下提供标记的材料。波长可以被光学多路复用和解复用以便同时处理，和/或它们可以通过时分或频分被多路复用。
63.在本示例中，对准传感器和斑sp保持静止，而衬底w移动。因此，可以将对准传感器牢牢地且精确地安装到参考框架，同时在与衬底w的移动方向相反的方向上有效地扫描标记am。通过将衬底w安装在衬底支撑件上和控制衬底支撑件的移动的衬底定位系统来控制衬底w的移动。衬底支撑件位置传感器(例如干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在一
个实施例中，在衬底支撑件上提供一个或多个(对准)标记。对被提供在衬底支撑件上的标记的位置的测量允许校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置(例如，相对于对准系统所连接的框架)。对被设置在衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。
64.对于光学半导体量测，检查应用，诸如在前述量测工具中的任一量测工具中，输出相干辐射(同时覆盖宽波长范围(例如，从uv到ir))的亮光源通常是优选的。通过允许在相同的设置/系统中光学地检查具有不同材料特性的晶片而不需要任何硬件改变(例如，改变光源以具有特定波长)，这样的宽带光源可以帮助改善应用的灵活性和鲁棒性。允许针对特定应用优化波长还意味着可以进一步提高测量的精度。
65.基于气体放电效应以同时发射多个波长的气体激光器可以用于这些应用中。然而，与气体激光器相关联的诸如高强度不稳定性和低空间不相干性的固有问题可能使它们不适合。备选地，来自具有不同波长的多个激光器(例如，固态激光器)的输出可以在空间上被组合到量测或检查系统的光学路径中，以便提供多波长源。随着所需波长数目的增加而增加的复杂性和高实现成本阻碍了这种解决方案的广泛使用。相反，基于光纤的宽带或白光激光器，也称为超连续谱激光器，能够发射具有高空间相干性和宽光谱覆盖范围的辐射，例如从uv到ir，因此是非常有吸引力和实用的选择。
66.空芯光子晶体光纤(hc-pcf)是一种特殊类型的光纤，其包括中心空芯区域和围绕空芯的内包层结构，两者都沿整个光纤轴向延伸。光引导机制由内包层波导结构实现，内包层波导结构可以包括例如薄壁玻璃元件。因此，辐射主要被限制在空芯内，并且以横向芯模式的形式沿光纤传播。
67.可以设计多种类型的hc-pcf，每种基于不同的物理引导机制。两种这样的hc-pcf包括：空芯光子带隙光纤(hc-pbf)和空芯反谐振反射光纤(hc-arf)。
68.hc-pcf包括被填充有流体的中空通道，使得它们具有用于各种光导应用的最终期望特性；例如，使用hc-pbf的高功率束传递和使用hc-arf的基于气体的白光生成(或超连续谱生成)。关于hc-pcf的设计和制造的细节可以在美国专利us2004175085(对于hc-pbf)和国际pct专利申请wo2017032454(对于hc-arf)中找到，这些申请通过引用并入本文。hc-pbf被配置为经由光子带隙效应提供低损耗但窄带宽的光引导，该光子带隙效应是由围绕中心空芯的包层结构建立的。然而，hc-arf被设计为经由来自包层的光的反谐振反射来显著加宽传输带宽。
69.图7以横截面描绘了许多已知类型的hc-pcf，并且是hc-pcf的示例，在本文中所公开的概念可以被组合用于和/或应用于hc-pcf。图7(a)示出了包括kagome晶格结构的kagome光纤。图7(b)示出了单环或回转轴光纤(revolver fiber)，其中空芯区域由非接触环层形成并围绕。
70.图7(c)示出了在上述wo2017032454中公开的hc-pcf的另一个实践示例的横截面。圆圈表示are或外包层区域的固体材料，如石英玻璃或二氧化硅，而阴影部分不含固体材料(抽空或被填充有气体或液体)。hc-pcf包括空芯区域10(在图7(c)中由虚线圆表示)、具有多个反谐振元件(are)21的内包层区域20以及外包层区域30。空芯区域10是are21之间的空的空间，沿hc-pcf的纵向长度延伸并具有最小的横向芯尺寸d。内包层区域20的are 21可以包括具有壁厚t和最小横向are尺寸d的毛细管。are 21可以被固定到外包层区域30的内表
面。外包层区域30可以包括较大的毛细管，该较大的毛细管由例如玻璃制成并提供hc-pcf的闭合包层。图7(c)的hc-pcf示出了一个实施例，其中are21包括具有圆形横截面的六个薄壁毛细管的单环，该六个薄壁毛细管以六重对称模式被布置在外包层区域30的较大毛细管内，以便创建直径为d(直径上相对的are21之间的最短距离)的中心空芯。
71.可以修改如图7(c)所示的本发明的hc-pcf的示例，特别是关于are 21的数目。例如，are可以编号为4或5或7或更多。are布置可以以多种其他方式变化。每个are 21可以具有例如椭圆形或多边形截面；外包层30的内部形状可以具有例如多边形截面；并且are 21的固体材料可以包括例如塑料材料，如pma、玻璃、如二氧化硅、或软玻璃。
72.对于基于气体的白光生成，hc-pcf可以被包括在气室中，该气室被设计为在例如高达许多10的巴(例如，在高达100巴之间)的压力下操作。当被具有足够峰值功率的超短泵浦激光脉冲泵浦时，充气hc-pcf可以充当光学频率转换器。从超短泵浦激光脉冲到宽带激光脉冲的频率转换通过充气光纤内的色散与非线性光学过程的复杂相互作用来实现。转换的激光脉冲主要以横向芯模式的形式被限制在空芯内并被引导到光纤端部。辐射的部分(例如高阶横向芯模式或特定波长)可能通过内包层波导结构从空芯泄漏，并且在其沿光纤传播期间经受强烈衰减。hc-pcf的芯区域和包层区域可以被配置为使得高阶芯模式与高阶包层模式相位匹配。
73.沿着hc-pcf传输的激光脉冲的时空传输特性(例如其频谱幅度和相位)可以通过调整泵浦激光器参数、填充气体参数以及光纤参数来改变和调谐。所述传输特性可以包括以下项中的一项或多项：输出功率，输出模式分布，输出时间分布，输出时间分布的宽度(或输出脉冲宽度)，输出频谱分布和输出频谱分布的带宽(或输出频谱带宽)。所述泵浦激光器参数可以包括以下项中的一项或多项：泵浦波长，泵浦脉冲能量，泵浦脉冲宽度，泵浦脉冲重复率或泵浦脉冲形状。所述光纤参数可以包括以下项中的一项或多项：光纤长度，中空芯的尺寸和形状，包层结构的尺寸和形状(或毛细管数目)，围绕中空芯的壁的厚度。所述填充气体参数可以包括以下项中的一项或多项：气体类型，气体压力和气体温度。光纤和/或气体的参数也沿着光纤经历变化，例如光纤可以是渐缩的或者可以存在气体梯度。
74.填充气体可以是稀有气体，诸如氩气、氪气和氙气，可以是拉曼活性气体，诸如氢气、氘气和氮气，或者可以是气体混合物，诸如氩气/氢气混合物、氙气/氘气混合物、氪气/氮气混合物或氮气/氢气混合物。根据填充气体的类型，非线性光学过程可以包括调制不稳定性(mi)、孤子分裂、克尔效应、拉曼效应和色散波生成，其细节在wo2018/127266a1和us9160137b1中进行了描述(两者都通过引用结合于此)。由于可以通过改变气室压力来调谐填充气体的散布，因此所生成的宽带脉冲动态特性和相关的谱展宽特性可以被调整，以便优化频率转换。所生成的宽带激光输出可以覆盖从uv(例如，《200nm)到中ir(例如，》2000nm)的波长。
75.如图8所示，宽带光源装置100包括输出泵浦脉冲序列111的泵浦激光器110、光谱展宽输入泵浦脉冲的光学部件120以及测量输出宽带光谱的光学诊断装置130。光学部件120包括具有特定光纤长度的hc-pcf(例如hc-arf)101和被填充有特定压力下或具有某种压力分布的工作气体或气体混合物的气室102。气室102还包括位于气室102的相应端部的输入光学窗口103a和输出光学窗口103b。输入光学窗口103a可操作以允许超短泵浦激光脉冲经由窗口进入气室102。在被耦合到充气hc-pcf 101中之后，泵浦激光脉冲111沿着光纤
传播，其中它们经历显著的光谱展宽。所得到的宽带激光脉冲随后经由输出光学窗口103b从气室102排出，并且由光学诊断装置130(例如光谱仪)测量。
76.为了利用工作气体填充hc-pcf 101，气室102可以与加压气体供应或储存器(未示出)连通。气室102的壁和窗口的内表面103a、103b围合空腔。气室的轴线平行于hc-pcf 101的轴线。
77.典型地，hc-pcf(当在本文中所描述的量测应用中使用时)使用相对于光学系统内的固定点对光纤进行定位的安装件来至少在其两端部被支撑。现有技术的安装方法包括使用粘合剂、胶带和经由开槽套圈、v形槽、使用装载弹簧的保持器或磁体所施加的夹持力。发明人最近在通过引用并入本文的荷兰专利申请nl2023515a中公开了这些方法的使用不适合于基于气体的超连续谱(或白光)源。其原因包括粘合剂的放气，导致污染和寿命降低，以及在hc-pcf上引起应力，这恶化了光学性能。在nl2023515a中，示出了可以通过使用被设计为相对于内部hc-pcf结构具有对称应力分布的安装件来减缓这些缺点。
78.当操作基于hc-pcf的光源时，污染物随时间在hc-pcf的端面上生长。特别地，本发明人已经观察到污染生长主要在hc-pcf的输出面上发展。污染的生长似乎发生在光强度高的地方。污染物的生长似乎也发生在光已经被光谱加宽的地方，特别地，污染物在输入面上没有强烈地生长。此外，污染主要在hc-pcf的输出面上被观察到，而不是在hc-pcf本身内部。
79.污染物可能由于从气室的窗口或从hc-pcf烧蚀的二氧化硅颗粒而生成。污染物可能随着来自pcf的展宽的输出光经历光诱导过程，并且改变它们的化学结构和/或在输出面上结晶。在一定量的工作小时之后(例如，在已传输一定剂量(j)的激光能量之后)，这种污染导致光纤的性能降低；这种降低可以被称为玻璃质生长现象(glassy growth phenomenon，ggp)。或者，ggp可能涉及经由物理或化学溅射的硅(作为原子，或挥发性物质，诸如sih4)的移动和/或涉及在光纤的输出端部处的等离子体诱导或温度诱导的沉积。
80.这些污染物的累积导致光源的寿命缩短。在输出面处的ggp和所造成的污染物生长可能突出到发散光束的光学路径中。这导致输出光的散射，从而导致光源的输出功率的衰减。ggp缩短了源的寿命：ggp引起光散射，因此光纤失去其性能。例如，这可能导致在一定时段之后不满足传感器所需的光子预算。此外，ggp引起光源功率/光谱密度和模式分布的漂移，如果未解决，这将需要频繁的重新校准。这样，光纤的短寿命意味着现场中频繁的光纤替换。
81.为了减少hc-pcf的端面上的污染物生长，hc-pcf的毛细管可以被塌缩。毛细管的锥形端部可以防止污染物生长的发生。然而，这种解决方案没有解决设备中的污染物的潜在问题，并且不能完全避免污染物生长，特别是如果毛细管中的锥形不是完美的。
82.现在将描述用于增加hc-pcf的寿命的改进的方法和布置。在一些实施例中，这可以包括在超连续辐射源内安装hc-pcf的改进方法。其他方法可以包括改进hc-pcf的几何形状以减少ggp的形成。
83.hc-pcf灯泡
84.在第一实施例中，建议完全省去气室102。相反，建议使用hc-pcf101内(即，实际光纤内)的中空区域作为主气体储存器。这种概念可以被认为类似于在照明应用中使用的传统灯泡。因此，本实施例的所提出的hc-pcf布置在整个描述中将被称为hc-pcf灯泡。
85.图9示出了根据两个这样的实施例的组合的hc-pcf灯泡900、900’的一端部。在每种情况下，另一端部可以基本上相似，或者hc-pcf光纤910可以在一端部具有图9(a)的布置，在另一端部具有图9(b)的布置(或者落入本公开范围内的任何其他组合)。
86.在每个实施例中，hc-pcf光纤910的端部包括端区段或外端毛细管920、920’和端帽930。外端毛细管920、920’在外端毛细管920、920’的至少一部分上包括比hc-pcf光纤910的内径更大的内径。在图9(a)的实施例中，外端毛细管920、920’可以被拼接到hc-pcf光纤910的每个端部并且由端帽(例如，透明窗口)930密封。端帽930例如可以由玻璃制成。端帽930还可以包括位于一端部的用于耦入泵浦光束的输入透镜和/或位于另一端部的用于准直输出光束的输出透镜(或者可选地，透镜可以是分离的)。
87.在图9(a)中，外端毛细管920包括锥形外端毛细管920，每个锥形外端毛细管向外成锥形(例如，限定从hc-pcf光纤外部毛细管或外护套925的内径沿着hc-pcf光纤910的长度朝向端帽930的扩张内径)。这是因为泵浦激光器的超短激光束可能不可逆地损坏被直接附接到hc-pcf光纤910的端帽。另外，局部毛细管直径应显著大于输入/输出端部处的聚焦/发散激光束。在图9(b)中，端区段或外端毛细管920’包括基本上均匀的内径，该内径大于hc-pcf光纤外部毛细管925的内径。可以理解的是，这些仅是示例，并且针对端区段的至少一部分具有较大内径的端区段使得从hc-pcf光纤910发射的发散宽带辐射在从hc-pcf光纤910的端部的轴向传播方向上不被相应的端区段阻挡(或者聚焦的泵浦辐射不被阻挡进入hc-pcf光纤910)的任何配置落入本公开的范围内。
88.将外端毛细管920、920’拼接到hc-pcf光纤910可以使用商业上可获得的光纤拼接机(例如，使用电弧，电加热丝)、或诸如火焰或激光的备选方法以相对直接的方式被执行。在端毛细管920、920’与hc-pcf光纤外部毛细管925的拼接期间，hc-pcf光纤910的内部毛细管可以塌缩，形成加宽或锥形芯区域940(朝向光纤端部扩张空芯直径)。这可以提高超连续光源的寿命，如在欧洲专利申请ep17171468中所描述的，该专利通过引用被并入本文中。将端帽930拼接到端毛细管920、920’上可以类似地实现。备选地，内部毛细管的塌缩可以在初始步骤中执行，随后是执行拼接的第二步骤。
89.应在进行最后的拼接之前将加压气体填充到hc-pcf中。因为需要几十巴的压力，所以耗散到玻璃中的任何热量都可能导致光纤膨胀。已建立的用于制造加压的玻璃灯泡或等离子体灯的方法可以适用于制造如本文中所公开的hc-pcf灯泡900。这样的方法可以包括将hc-pcf灯泡900(在最终拼接之前)插入到已被排空的容器中(以从hc-pcf灯泡900去除任何空气)，并且利用加压的气体冲洗hc-pcf灯泡900。然后在高压环境中进行最终的拼接，以便不局部地膨胀hc-pcf光纤910。如果拼接形成防漏连接，hc-pcf灯泡900在从容器中取出时将保持加压的气体被限制。一种备选方法可以包括将喷嘴插在这些连接之一(例如，端毛细管920、920’与端帽930之间的连接)之间，并且使用该喷嘴来注入加压的气体。通过在快速移除喷嘴的同时加热光纤，可以密封最后打开的连接，同时将加压的气体维持在hc-pcf灯泡900内。
90.虽然工作气体主要由在二氧化硅中具有低扩散的相对大的原子(例如，氪)组成，但也可以最初添加氢以帮助增加hc-pcf灯泡900的寿命。该氢将倾向于更快速地扩散出hc-pcf灯泡900。在某些应用中，hc-pcf灯泡900可以被插入具有与hc-pcf灯泡900内初始存在的氢分压相同或相似的氢分压的环境中。hc-pcf灯泡900的气体消耗最终由工作气体在熔
融石英(或更一般地hc-pcf灯泡900材料)中的溶解度和扩散率以及端毛细管920、920’被拼接到主hc-pcf光纤910(在实施例中)的拼接点的保真度提供。与外部气室相比，避免了任何o-环连接(或多种材料的密封剂或粘合剂)，减少了气体泄漏。
91.虽然轴向尺寸hc-pcf 900相对于图8的常规气室布置没有改变，但是横向尺寸可以减小到亚毫米级。与目前的气室概念(5cm直径)相比，这将横截面直径减小约20至100倍。与气室概念相比，最小化的气体体积和管状设计可以改善安全性方面。
92.hc-pcf灯泡900的整个低容量气体储存器使工作气体的原子/分子的数目密度最小化。因此，污染物的数量将显著减少。与典型的气室相比，污染物数量密度可以减少100倍或更多倍(例如，当假设气室内径为1mm时，其实际上小于目前典型的直径，并且这里所公开的hc-pcf灯泡900的中空直径为0.1mm)。另外，hc-pcf灯泡900可以由惰性材料(二氧化硅和工作气体)制成。因此，避免了来自不清洁表面的任何污染物(例如来自在生产金属气室期间使用的润滑剂)或来自o-环的有机分子。
93.为了安装hc-pcf灯泡900，它可以在毛细管920、920’上的某点处被夹持。因此，避免了实际波导(光纤940)上的任何机械应力。与在外部气室中安装hc-pcf所需的特殊安装相比，这应该能够使用工业化的安装概念。
94.在外部气室中，应当小心地去除hc-pcf光纤的聚合物涂层，因为否则脱气会污染气体环境并降低超连续光源的寿命。在这里所公开的hc-pcf灯泡900中，可以优选地保持光纤涂层完整，或者甚至增强涂层以用于附加保护(例如，使用重涂机)。这增加了稳定性并且保护hc-pcf灯泡900免受环境影响(例如，刮擦，机械冲击)。
95.预期与外部气室设计相比，这种hc-pcf灯泡900的成本将降低。不再存在金属气室的生产成本。当然，尽管将存在hc-pcf灯泡900的生产成本，但是材料成本将在很大程度上可以忽略，因为其仅包括玻璃，并且所需的机器不包括成本密集的机加工工具(例如，cnc机器)。
96.用于改进安装的套管式hc-pcf
97.如已被描述的，nl2023515a描述了提供比常规安装件更对称的应力分布的安装装置的数目。nl2023515a公开了一种包括hc-pcf的被安装的空芯光纤布置和安装装置，其中该安装装置包括多个安装接触件，该多个安装接触件被配置为向空芯光纤的外层施加力。空心光纤的部分位于安装装置的接收区域中。多个安装接触件被设置在接收区域周围。安装接触件被分布在接收区域周围，安装接触件的分布对应于空芯光纤的微结构的特征的分布。特别地，安装接触件的分布可以确保对称的应力分布(例如，使应力分布的对称性最大化)。
98.图10示出了nl2023515a中所公开的示例安装装置。hc-pcf光纤1000位于安装装置的接收区域1030内。安装装置包括基底1020和盖子1040。可以将(例如，可调节的)力af施加到盖子1040(或盖子和基底两者)，使得它们被朝向彼此按压。可以例如经由弹簧加载的螺钉、电布置(例如，经由使用在安装装置的任一侧上的带相反电荷的板的静电吸引)或磁布置(例如，使用在安装装置的任一侧上的磁体)来施加力。基底1020可以包括限定接收区域1030的槽。在所示的示例中，凹槽是v形槽。然而，一个或多个槽(例如，在基底1020和盖子1040中可以存在互补的槽)可以限定具有多边形形状(例如，五边形或六边形)、弯曲形状或不规则形状的接收区域1030。
99.如nl2023515a中所描述的(并且在该公开中由图8示出)，施加过高的预占力(camping force)会使超连续光源的光学性能变差。然而，即使当使用图10的安装装置时，所允许的夹持力(即，在这种性能劣化之前)可能不足以稳固地安装光纤，特别是抵抗在工业化环境中施加的冲击和振动。为了实现更高的夹持力，光纤安装概念的概念需要确保更对称的应力分布，或者光纤需要更耐应力。前者已经在nl2023515a中提出，并且在实践中不可能实现对应力分布对称性的显著进一步改进。使光纤更耐应力需要不同的光纤结构(例如，更大的光纤外径或光纤内应力吸收器，如荷兰专利申请nl 2022892a中所公开的，其通过引用被并入本文)。然而，这些概念需要实验验证并且可能证明实现起来具有挑战性。
100.本文公开了混合概念，其中hc-pcf光纤被插入到毛细管(例如套管)中。套管的内径(稍)大于hc-pcf光纤的外径。然后可以通过适当的安装件(例如在nl 2023515a中所公开的并且在图10中所示出的任何安装件)牢固地夹持套管。这种布置的优势在于，夹持力可以相对较强(例如，足以工业化，并且比当被直接施加到光纤时可能的更强)，而该力不被直接施加到hc-pcf上，并且因此不损害光学性能。
101.图11示出了根据该概念的多个实施例。在所示的每个实施例中，hc-pcf光纤1100在每一端部处被插入到套管1130中。这些套管中的每个套管可以在一端部处具有略微锥形的轮廓1140。注意，该锥形轮廓1140是可选的，并且hc-pcf 1100可以备选地被结合在轴向均质的套管内。在实施例中，hc-pcf光纤1100的端部可以被插入到锥形套管1130中，直到与锥形轮廓1140齐平(在接触点1150处)。这种实施例的优势在于，当套管被夹持时，hc-pcf光纤1100与套管1130之间的间隔用作附加的弹簧。
102.在图11(a)中，hc-pcf光纤1100和套管1130都在相同的位置1160或接近相同的位置1160处终止，使得在每一端部处存在很少或没有超出hc-pcf光纤1100的套管(图11(a)和(b)仅示出了一个端部；两端部相似)。在图11(b)中示出了一个实施例，其中套管1130’从hc-pcf光纤1100的端面突出1160’。这改进了夹持并且具有降低气体湍流和污染物积聚的额外优势，潜在地改进了系统寿命。
103.图11(c)示出了另一实施例，其中提供了沿着整个光纤1100延伸的单个套管1130”，而不是在每一端部处存在套管。在所示的实施例中，光纤可以在两端部处突出(以类似于图11(b)中所示的方式)，其中套管的端部由端帽1170密封，端帽1170包括相应的透明窗口(例如，用于接收泵浦激光辐射的输入窗口和用于输出超连续辐射的输出窗口)。以这种方式，套管可以用作并有效地替换气室(例如，图8的气室102)。与常规气室布置相比，这具有小体积气室的优势。端帽1170可以包括在一端部处用于耦入泵浦束的输入透镜和/或在另一端部处用于准直输出束的输出透镜。
104.为了确保所限定的夹持，应建立套管1130、1130’、1130”与hc-pcf 1100之间的牢固连接；例如，在套管和hc-pcf之间形成化学连接。一种提出的方法包括将套管1130、1130’、1130”塌缩到hc-pcf 1100上。这可以通过使用具有比hc-pcf 1100材料(其典型地包括具有tg≈1200℃的二氧化硅)更低的转变温度(tg)的套管材料来实现。作为示例，可以使用硼硅酸盐玻璃，其具有tg≈165℃的转变温度。其他示例包括软玻璃，诸如硫属化物或亚碲酸盐。然而，较低的转变温度不是必需的，并且当套管材料是与光纤相同的材料(例如，二氧化硅)时，这种塌缩套管的方法也起作用。通过局部加热套管-hc-pcf混合结构(例如，通过火焰、电加热丝、电弧或激光施加加热)，同时调整加热强度和加热时间，直到实现牢固的
机械连接，可以实现塌缩，而不使局部hc-pcf结构变形。
105.应注意，套管在hc-pcf上的塌缩引入应力。对于材料之间的热膨胀系数的较大差异，这变得更加明显(在0到200℃的范围内，hc-pcf的热膨胀系数约为0.57
×
10-6
/
°
k；硼硅酸盐的热膨胀系数约大5倍)。基于已知的内容(例如，如nl2023515a中所描述的)，这将可能恶化超连续光源的光学性能。为了解决这个问题，在实施例中提出了局部塌缩的位置可以从hc-pcf的波导区域被解耦。如已经关于hc-pcf灯泡实施例所描述的，hc-pcf可以被处理以在两端部处制造锥形1110(例如，以改善如ep17171468中所描述的超连续光源的寿命)；这可以通过在套入之前塌缩薄壁内部毛细管来实现，因此限定了空芯直径朝向端部增加的区域。发明人已经认识到，在该区域(其通常为几百μm长)中，hc-pcf实际上不是波导，并且因此该区域局部地更耐应力。如果塌缩的套管在锥形区域1110内，则所引起的应力不应(或仅在减小的程度上)损害光学性能，同时仍提供牢固的安装解决方案。
106.如此，提出了(所描述的任何实施例的)带套管的hc-pcf与被定位为与hc-pcf内部锥形区域1110重合的塌缩的套管区域1140(套管锥形区域)组装。更具体地，提出了所述套管装置接触所述空芯光子晶体光纤的任何接触区域位于沿空芯光子晶体光纤轴的锥形芯区域处或超出锥形芯区域(在本文中，超出锥形芯区域意味着在朝向相应端部的方向上超出锥形芯区域)。套管1130和光纤1100之间的接触区可以包括小于锥形长度并与之重合的轴向长度，使得接触区和hc-pcf的主波导区域沿轴向长度不重合。
107.喇叭hc-pcf
108.如已进行描述的，作为hc-pcf的有限寿命的主要贡献者的玻璃质生长现象主要在光纤的输出端面上看到，特别是在毛细管的锐利边缘处和在包覆光纤的外部毛细管或外护套的边缘处。
109.在该实施例中，将描述使光纤的玻璃外护套进一步远离发散光束和/或有效避免在光纤端面处的任何开口玻璃截面的布置。该布置可以使得空芯保持通畅以允许光束在下游使用。这种经修改的光纤可以显著地降低玻璃质材料的生长速率，因为成核/凝结位置被有效地移离束的强电场。
110.为了实现这种经修改的光纤，建议在光纤端部处创建喇叭形状。这种布置可以类似于上述hc-pcf灯泡实施例中的一些，但是没有密封端帽(例如，使得该实施例的光纤可以被用在更常规的气室布置中)。喇叭形状可以例如通过使光纤输出端区段成形、或附接/接合适当成形的输出端区段而形成。
111.如此，hc-pcf光纤的输出端区段在所述输出端区段的至少一部分上可以包括比沿着空芯光子晶体光纤的在输出端区段之前的中心部分的外部毛细管/护套的内径更大的内径。该中心部分可以涉及光纤长度的主要部分，或者在沿着hc-pcf的长度的一半处的内径。基本上，在任何锥形的内部毛细管或任何扩大的端区段之间的中心部分中，hc-pcf内径通常可以沿着长度标称恒定，忽略由于加工缺陷/变化或随着时间的损坏而引起的任何不希望的变化。
112.芯内径和外径在扩张前的尺寸分别为30 /-10μm和125 /-25μm。在扩张之后，这些尺寸可以随着所使用的制造方法而变化，但是芯内径d
core
可以在从100μm至4.5mm的范围内并且外径d
outer
可以在从150μm至7mm的范围内。下面将描述每种制造方法的更具体的范围。
113.图12示出了hc-pcf光纤f的一端部的示意图，其中光纤端部(即，内部毛细管或反
共振元件are和外部毛细管或外部护套oj)是向外成锥形的；即，远离光纤的纵轴。此外，内部毛细管are可以在该向外成锥形的区域(沿着长度l
tp
延伸的区域)中被塌缩。内部毛细管are可以如图所示延伸到光纤端部，或者可以在端部之前被终止。在后一种情况下，内部毛细管可以被混合到外部护套oj中，以避免形成用于玻璃质生长的成核侧。例如，这样的hc-pcf光纤f可以使用下面所描述的并且在图14(a)和14(b)中示出的玻璃吹制方法中的任一来制造。
114.图13示出了包括单独制造的玻璃喇叭tp(沿长度l
tp
延伸)的hc-pcf光纤f，该玻璃喇叭tp被附接(例如，对接耦合或拼接)到光纤f。光纤的内部毛细管are可以被塌缩，并且如图所示，也可以被混合到外部护套oj中。在该实施例中，可以避免或至少相当大地减小光纤端部处的开口玻璃截面。例如，这样的hc-pcf光纤f可以使用下面所描述的并且在图14(c)、14(d)和14(e)中示出的拼接方法中的任一来制造。
115.现在将描述用于制造本实施例的喇叭端部的多种方法。应注意，这些方法也可以用于制造上述hc-pcf灯泡实施例，在该实施例中的附加步骤是用工作气体填充光纤并且附接/拼接端帽或窗口以密封在工作气体中。两种方法依赖于在施加热的同时在光纤内部和外部之间生成压力差；也称为玻璃吹制。该两种其他方法依赖于单独地创建喇叭形件并将其熔合到光纤的端面。
116.图14(a)示意性地示出了第一玻璃吹制示例的布置，其中玻璃吹制在劈开之后进行。在当前的光纤加工中，最后的步骤可以包括在内部毛细管变细之后劈开光纤。为了使该光纤端部形成喇叭形，建议将光纤f的尖端靠近计数器体cb(其可以是例如较大直径的实心光纤)，并且在光纤f的另一端部施加气体压力。在所示的示例中，使用气体储存器gr或气体源和压力调节器pr来施加气体压力，其可以经由压力帽pc被引入光纤f中。如果到光纤尖端的距离生成对流动的主要限制，则计数器主体cb允许在光纤尖端处建立压力。该距离可以是例如5μm或更小，因为光纤的内径是～30μm。然而，注意，计数器主体cb不应与光纤尖端接触以避免熔合或几何形状的不受控变形。一旦紧密靠近并处于压力下，光纤的尖端可以由热源hs加热到软化温度，在该软化温度下，光纤将径向向外扩张。可以在常规的或市场上可买到的拼接器中执行整个过程。在这种拼接器中，热源可以是例如电弧放电或co2激光器。例如，在扩张之后，内芯直径d
core
可以在100μm与450μm之间并且外芯直径d
outer
在150μm与500μm之间。喇叭长度l
tp
的值也可以在150μm和500μm之间，并且可以类似于d
outer
的实际值。
117.图14(b)示意性地示出了第二玻璃吹制示例的布置，其中玻璃吹制在劈开之前进行。该布置通过在将光纤劈开到其最终长度之前将压力施加到光纤中而使光纤端部扩张。这可以与用于使内部毛细管are逐渐变细的任何渐缩步骤结合或作为其替换来完成。通过经由气体储存器gr对光纤施加压力并经由热源hs局部加热，光纤可被局部吹起以生成小气泡。在生成气泡之后，可以在沿气泡长度的位置处(例如，在气泡的最宽点处或其周围)劈开光纤以获得喇叭形光纤端部。这种方法可以导致与图14(a)所述方法类似的针对芯直径和喇叭长度的值。
118.图14(c)示出了第一制造方法的第一步骤，其中喇叭端区段被制造为例如来自毛细管光纤cf的单独部件。毛细管光纤cf可以例如具有大约1mm的外径。通过在从两端部拉光纤的同时施加热源hs，生成锥形。锥形应使得该锥形的腰部处(或周围)的内径与hc-pcf的内径匹配。锥形毛细管被劈开(例如，在毛细管光纤cf的内径与hc-pcf的内径匹配的点处)。
如图14(e)所示，一旦被劈开，喇叭端区段tp就可以被拼接到hc-pcf光纤f的端面。这两个制造步骤都可以使用传统的光纤拼接器来执行。基于这种方法，例如，内芯直径d
core
可以在300μm与800μm之间并且外芯直径d
outer
可以在700μm与1200μm之间。喇叭长度l
tp
的值可以在3mm和7mm之间。
119.图14(d)示出了第二制造方法的第一步骤，其中喇叭端区段被制造为例如来自毛细管光纤cf的单独部件。在该方法中，喇叭端区段tp被形成在光纤拉制塔中，其中玻璃被拉动通过热源hs。如图14(e)所示，一旦形成，喇叭端区段在光纤拼接器中被拼接到hc-pcf的端面。在该配置中，与前述实施例相比，可以实现更大的外径；例如，内芯直径d
core
可以是毫米的数量级，例如在1.5mm与4.5mm之间，并且外芯直径d
outer
例如在3mm与7mm之间。喇叭长度l
tp
的值可以是厘米的数量级，例如在1cm与5cm之间。
120.应注意，hc-pcf灯泡或喇叭hc-pcf的实施例可以与套管式hc-pcf实施例结合。例如，hc-pcf灯泡或喇叭hc-pcf也可以包括套管(例如，如图11(a)或11(b)所示)，其可以在拼接锥形端部920或喇叭端区段tp之前(或在玻璃吹制步骤之前)被添加。
121.在随后的编号条款中讨论了另外的实施例：
122.1.一种光学部件，包括：
123.空芯光子晶体光纤，包括用于引导辐射的内部毛细管和包覆内部毛细管的外部毛细管；以及
124.至少一个输出端区段，在所述输出端区段的至少一部分上的内径大于沿空芯光子晶体光纤在输出端区段之前的中心部分的外部毛细管的内径。
125.2.根据条款1所述的光学部件，其中输出端区段被配置为使得从所述空芯光子晶体光纤发射的发散宽带辐射在轴向传播方向上不被输出端区段阻挡。
126.3.根据条款1或2所述的光学部件，其中空芯光子晶体光纤的内部毛细管被塌缩以在空芯光子晶体光纤的每个端部处限定锥形芯区域，该锥形芯区域包括其中空芯光子晶体光纤的空芯具有朝向空芯光子晶体光纤的每个端部增加的直径的区域。
127.4.根据条款1、2或3所述的光学部件，还包括：
128.输入端区段；
129.第一透明端帽和第二透明端帽，密封空芯光子晶体光纤的相应端部；以及气体介质，被密封在由所述空芯光子晶体光纤、端区段和端帽共同限定的空间内；
130.其中输入端区段被包括在空芯光子晶体光纤的输入端部和第一端帽之间，并且输出端区段被包括在空芯光子晶体光纤的输出端部和第二端帽之间。
131.5.根据条款4所述的光学部件，其中输入端区段被配置为使得被允许进入所述空芯光子晶体光纤的会聚泵浦辐射在轴向传播方向上不被输入端区段阻挡。
132.6.根据条款4或5所述的光学部件，其中一个或两个端区段是锥形端区段，该锥形端区段向外成锥形以限定从空芯光子晶体光纤朝向相应端帽的扩张内径。
133.7.根据条款4或5所述的光学部件，其中一个或两个端区段在空芯光子晶体光纤和相应的端帽之间具有基本上均匀的内径。
134.8.根据条款4至7中任一项所述的光学部件，其中所述第一透明端帽被配置为接收泵浦辐射束以激发用于超连续谱生成的所述气体介质，并且所述第二透明端帽被配置为发射从超连续谱生成得到的输出束。
135.9.根据条款8所述的光学部件，其中所述第一透明端帽包括用于耦入泵浦辐射束的输入透镜和/或所述第二透明端帽包括用于准直输出束的输出透镜。
136.10.根据条款4至9中任一项所述的光学部件，其中所述端帽由二氧化硅或硼硅酸盐组成。
137.11.根据条款1、2或3所述的光学部件，其中输出端区段向外加宽以限定从空芯光子晶体光纤朝向输出端区段的输出端部的扩张内径。
138.12.根据条款11所述的光学部件，其中输出端区段包括至少所述外部毛细管的加宽的输出端部分。
139.13.根据条款12所述的光学部件，其中空芯光子晶体光纤的内部毛细管在输出端区段处远离光学部件的纵轴而成形。
140.14.根据条款13所述的光学部件，其中内部毛细管在输出端区段处被混合到外部毛细管中。
141.15.根据条款11所述的光学部件，其中输出端区段包括与空芯光子晶体光纤的端部拼接或以其他方式接合的端区段。
142.16.根据条款11至15中任一项所述的光学部件，其中输出端区段在其最宽点处的内径可以是在100μm至4.5mm范围内的任何值。
143.17.根据前述条款中任一项所述的光学部件，其中空芯光子晶体光纤包括光纤涂层。
144.18.根据条款17所述的光学部件，其中光纤涂层包括聚合物。
145.19.根据前述条款中任一项所述的光学部件，其中至少所述输出端区段由二氧化硅或硼硅酸盐组成。
146.20.一种宽带光源装置，被配置用于生成宽带输出，包括：
147.根据前述条款中任一项所述的光学部件；以及
148.安装装置，在所述端区段上的一个或多个点处夹持所述光学部件。
149.21.根据条款20所述的宽带光源装置，还包括泵浦激光器，该泵浦激光器用于输出多个泵浦脉冲以激发用于超连续谱生成的所述气体介质。
150.22.根据条款20或21所述的宽带光源装置，其中所述宽带输出包括200nm至2000nm的波长范围、或在该范围内的子范围。
151.23.一种制造条款4至10中任一项所述的光学部件的方法，包括：
152.将所述端区段中的每个端区段拼接到空芯光子晶体光纤的相应端部，每个端区段被附接有相应的端帽；以及
153.利用所述气体介质来填充光学部件。
154.24.根据条款23所述的方法，其中在所述拼接步骤的最终拼接被执行之前，所述气体介质的填充被执行。
155.25.根据条款24所述的方法，包括：
156.在所述最终拼接之前，将光学部件插入到抽空的容器中；
157.利用加压气体来冲洗光学部件；以及
158.在高压环境中制造最终拼接。
159.26.根据条款25所述的方法，其中所述冲洗步骤包括：加热空芯光子晶体光纤，同
时移除在所述冲洗步骤中使用的喷嘴。
160.27.一种制造条款12至14中任一项所述的光学部件的方法，包括：
161.在空芯光子晶体光纤的内部区域和空芯光子晶体光纤的外部之间建立压力差，同时向所述空芯光子晶体光纤局部地施加热以使得所述空芯光子晶体光纤在所述热被施加的区域处扩张。
162.28.根据权利要求27所述的方法，包括：初始劈开空芯光子晶体光纤的输出端部；以及
163.其中压力差通过以下来建立：在空芯光子晶体光纤的输出端部附近放置平衡体(counter body)以阻止来自所述输出端部的流动并且在空芯光子晶体光纤的输入端部处引入流体。
164.29.根据权利要求27所述的方法，包括：
165.建立所述压力差以沿着所述空芯光子晶体光纤的长度、在所述热被局部地施加的区域形成气泡；以及
166.在所述气泡处劈开空芯光子晶体光纤的输出端部。
167.30.一种制造条款15所述的光学部件的方法，包括：
168.在毛细管光纤上局部地施加热源，同时从所述光纤的两端施加拉力以创建锥形；
169.在所述锥形处劈开光纤以创建所述输出端区段；以及
170.将输出端区段拼接到所述空芯光子晶体光纤的输出端部。
171.31.一种制造条款15所述的光学部件的方法，包括：
172.在拉丝塔中形成所述输出端区段；以及
173.将输出端区段拼接到所述空芯光子晶体光纤的输出端部。
174.32.一种光学部件，包括：
175.空芯光子晶体光纤；以及
176.套管装置，包括至少一个套管，该至少一个套管至少覆盖所述空芯光子晶体光纤的每个端部中的相应端部分；其中：
177.空芯光子晶体光纤的内部毛细管被塌缩以在空芯光子晶体光纤的每个端部处限定锥形芯区域，该锥形芯区域包括空芯光子晶体光纤的空芯的直径朝向空芯光子晶体光纤的每个端部增大的区域；以及
178.所述套管装置接触所述空芯光子晶体光纤的接触区域，所述接触区域相对于空芯光子晶体光纤的主轴全部位于或超过锥形芯区域。
179.33.根据条款32所述的光学部件，其中套管装置包括第一套管和第二套管，该第一套管用于覆盖所述空芯光子晶体光纤的第一端部分，该第二套管用于覆盖所述空芯光子晶体光纤的第二端部分。
180.34.根据条款33所述的光学部件，包括：
181.气室，用于至少部分地围合空芯光子晶体光纤和套管装置；以及
182.气体介质，被容纳在所述气室内。
183.35.根据条款32所述的光学部件，其中套管装置包括覆盖空芯光子晶体光纤的长度的单个套管。
184.36.根据条款35所述的光学部件，包括：
185.第一透明端帽和第二透明端帽，密封套管的相应端部，以及
186.气体介质，被容纳在所述套管内。
187.37.根据条款36所述的光学部件，其中所述第一透明端帽被配置为接收泵浦辐射束以激发用于超连续谱生成的所述气体介质，并且所述第二透明端帽被配置为发射从超连续谱生成得到的输出束。
188.38.根据条款37所述的光学部件，其中所述第一透明端帽包括用于耦入泵浦辐射束的输入透镜和/或所述第二透明端帽包括用于准直输出束的输出透镜。
189.39.根据条款32至38中任一项所述的光学部件，其中套管装置延伸超过空芯光子晶体光纤的每个端部。
190.40.根据条款32至38中任一项所述的光学部件，其中套管装置在空芯光子晶体光纤的每个端部处或接近空芯光子晶体光纤的每个端部处终止。
191.41.根据条款32至40中任一项所述的光学部件，其中套管装置包括朝向空芯光子晶体光纤的锥形，该锥形在空芯光子晶体光纤的朝向所述接触区域的每个端部处。
192.42.根据条款32至41中任一项所述的光学部件，其中所述接触区域中的每个接触区域应具有小于相应的锥形芯区域的锥形长度的轴向长度。
193.43.根据条款32至42中任一项所述的光学部件，其中所述套管材料包括硼硅酸盐玻璃、二氧化硅、或硫属化物、亚碲酸盐或其他软玻璃。
194.44.一种制造条款32至43中任一项所述的光学部件的方法，包括：将所述空芯光子晶体光纤引入到所述套管装置中；以及
195.局部地加热套管装置以将其塌缩到空芯光子晶体光纤上。
196.45.根据条款44所述的方法，其中局部加热的步骤包括：在该步骤期间调整加热强度和加热时间，直到实现牢固的机械连接，以便使空芯光子晶体光纤的扭曲最小化。
197.46.一种宽带光源装置，被配置用于生成宽带输出，包括：
198.根据条款32至43中任一项所述的光学部件；以及
199.安装装置，将所述光学部件夹持在所述套管装置上。
200.47.根据条款46所述的宽带光源装置，还包括泵浦激光器，该泵浦激光器用于输出多个泵浦脉冲以激发被容纳在空芯光子晶体光纤内用于超连续谱生成的气体介质。
201.48.根据条款46或47所述的宽带光源装置，其中所述宽带输出包括230nm至2300nm的波长范围、或在该范围内的子范围。
202.49.一种量测装置，包括根据条款20至22或46至48中任一项所述的宽带光源装置。
203.50.根据条款49所述的量测装置，其中所述量测装置能够作为散射仪量测设备来操作。
204.51.根据条款49所述的量测装置，其中所述量测装置能够作为水平传感器或对准传感器来操作。
205.52.一种光刻设备，包括根据条款51中所述的至少一个所述量测装置，该至少一个所述量测装置用于执行对准和/或校平量测。
206.53.一种光刻单元，包括根据条款52所述的光刻设备和根据条款50所述的量测装置。
207.54.一种光学部件，包括：
208.空芯光子晶体光纤；
209.第一透明端帽和第二透明端帽，密封空芯光子晶体光纤的相应端部，
210.在空芯光子晶体光纤的每个端部与其相应的端帽之间的端区段，该端区段在所述端区段的至少一部分上包括比空芯光子晶体光纤的内径更大的内径；以及
211.气体介质，被密封在由所述空芯光子晶体光纤、端区段和端帽共同限定的空间内。
212.55.根据条款54所述的光学部件，其中一个或两个端区段是锥形端区段，该锥形端区段向外成锥形以限定从空芯光子晶体光纤朝向相应端帽扩张的内径。
213.56.根据条款54所述的光学部件，其中一个或两个端区段在空芯光子晶体光纤和相应的端帽之间具有基本上均匀的内径。
214.57.根据条款54、55或56所述的光学部件，其中端区段被配置为使得从所述空芯光子晶体光纤发射的发散宽带辐射和/或被允许进入所述空芯光子晶体光纤的会聚泵浦辐射在轴向传播方向上不被相应的端区段阻挡。
215.58.根据条款54至57中任一项所述的光学部件，其中所述第一透明端帽被配置为接收泵浦辐射束以激发用于超连续谱生成的所述气体介质，并且所述第二透明端帽被配置为发射从超连续谱生成得到的输出束。
216.59.根据条款58所述的光学部件，其中所述第一透明端帽包括用于耦入泵浦辐射束的输入透镜和/或所述第二透明端帽包括用于准直输出束的输出透镜。
217.60.根据条款54至59中任一项所述的光学部件，其中空芯光子晶体光纤的内部毛细管被塌缩以在空芯光子晶体光纤的每个端部处限定锥形芯区域，该锥形芯区域包括其中空芯光子晶体光纤的空芯的直径朝向空芯光子晶体光纤的每个端部增大的区域。
218.61.根据条款54至60中任一项所述的光学部件，其中空芯光子晶体光纤包括光纤涂层。
219.62.根据条款61所述的光学部件，其中光纤涂层包含聚合物。
220.63.根据条款54至62中任一项所述的光学部件，其中所述端区段和/或端帽由二氧化硅或硼硅酸盐组成。
221.64.一种宽带光源装置，被配置用于生成宽带输出，包括：
222.根据条款54至63中任一项所述的光学部件；以及
223.安装装置，在所述端区段上的一个或多个点处夹持所述光学部件。
224.65.根据条款64所述的宽带光源装置，还包括泵浦激光器，该泵浦激光器用于输出多个泵浦脉冲以激发用于超连续谱生成的所述气体介质。
225.66.根据条款64或65所述的宽带光源装置，其中所述宽带输出包括200nm至2000nm的波长范围、或在该范围内的子范围。
226.67.一种制造条款54至63中任一项所述的光学部件的方法，包括：
227.将所述端区段中的每个端区段拼接到空芯光子晶体光纤的相应端部，每个端区段被附接有相应的端帽；以及
228.利用所述气体介质填充光学部件。
229.68.根据条款67所述的方法，其中在所述拼接步骤的最终拼接被执行之前，所述气体介质的填充被执行。
230.69.根据条款68所述的方法，包括：
231.在所述最终拼接之前，将光学部件插入到抽空的容器中；
232.利用加压气体冲洗光学部件；以及
233.在高压环境中进行最终拼接。
234.70.根据条款69所述的方法，其中所述冲洗步骤包括：加热空芯光子晶体光纤，同时移除在所述冲洗步骤中使用的喷嘴。
235.尽管在本文中可以具体参考光刻设备在ic制造中的使用，但是应当理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等。
236.尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用在其他设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的部分。这些设备通常称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
237.尽管上面已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用，但是应当理解，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻并且可以用于其他应用，例如压印光刻。
238.虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实施。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离以下阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。