基于碘吸收譜外調(diào)制三次諧波解調(diào)的Nd-YAG激光器穩(wěn)頻技術(shù)研究.pdf

1、近年來，在各類電子產(chǎn)品需求的推動下，微電子光刻機等半導(dǎo)體制造裝備的加工性能和加工效率性能不斷提升?，F(xiàn)有高端微電子光刻機中普遍采用快速超精密激光干涉儀作為其高速、動態(tài)、實時位姿測量手段，其相對測量準確度要求達到10-8量級；與此對應(yīng)地，新一代和下一代微電子光刻機中可能采用性能提升后的快速超精密激光干涉儀或者在干涉儀的基礎(chǔ)上融合平面光柵技術(shù)形成多維光柵干涉儀，以滿足10-9量級的相對測量精度需求。隨著下一代快速超精密激光干涉儀、光柵干涉儀的

2、發(fā)展，其對激光光源的激光頻率準確度和光源功率的需求，將大大超出現(xiàn)有激光干涉儀中氣體穩(wěn)頻激光器的相應(yīng)能力。為滿足上述干涉光源特性需求，本文以輸出光功率達到數(shù)十毫瓦的Nd:YAG激光器為對象，研究基于碘吸收譜外調(diào)制的Nd:YAG激光穩(wěn)頻控制方法和關(guān)鍵技術(shù)。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以光刻機中典型的激光外差干涉測量系統(tǒng)和光柵干涉測量系統(tǒng)為例，分析激光外差干涉測量和光柵干涉測量的工作原理，并建立測量系統(tǒng)中激光頻率相關(guān)的位移測量誤差

3、模型和干涉光源功率損耗、功率需求模型；在此基礎(chǔ)上，給出下一代微電子光刻機中對激光頻率準確度和光源功率的需求。
　　(2)針對自由運轉(zhuǎn)條件下Nd:YAG激光器起始頻率隨機范圍大大超出諧振腔PZT掃描范圍，導(dǎo)致不能完整覆蓋預(yù)定吸收譜、無法有序輸出超精細分量特征信號的問題，提出激光晶體溫度和諧振腔PZT電壓兩個參數(shù)分級掃描的方法，利用激光晶體溫度對頻率大范圍掃描和諧振腔PZT電壓對頻率的精細掃描，實現(xiàn)激光器頻率對碘分子超精細吸收分量的完

4、整掃描覆蓋。
　　(3)針對碘分子吸收譜包含數(shù)十個超精細吸收峰且吸收峰存在光強調(diào)制斜坡噪聲、導(dǎo)致特定吸收峰難以有效識別和精確鎖定的問題，首先設(shè)計了基于吸收譜超精細吸收峰閾值觸發(fā)、首峰判讀和序列計數(shù)的特征吸收峰識別方法，并利用滑動窗口數(shù)字積分平均方法來消除吸收峰存在的光強調(diào)制斜坡噪聲，實現(xiàn)激光頻率對碘分子特定的超精細吸收分量的精確鎖定。
　　(4)碘吸收譜外調(diào)制三次諧波解調(diào)穩(wěn)頻裝置研制。設(shè)計了激光頻率調(diào)制光路、碘吸收與差分探測