波导及其制造方法与流程

本发明涉及波导，诸如光纤。

背景技术：

1、光刻设备是被构造成将期望的图案涂覆至衬底上的机器。光刻设备可以例如用于制造集成电路(ic)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影至设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

2、为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定可以在衬底上形成的特征的最小大小。当前在使用中的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用(例如)具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有在4nm至20nm范围内(例如6.7nm或13.5nm)的波长的极紫外(euv)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小特征。

3、低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻设备的典型分辨率限制的特征。在这样的过程中，可以将分辨率公式表达为cd＝k1×λ/na，其中，λ是所使用的辐射的波长，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”(通常是所印制的最小特征大小，但在这种情况下是半节距)，并且k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，则越难以在衬底上再现类似于由电路设计者规划的形状和尺寸以便实现特定电功能性和性能的图案。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。这些步骤包括例如但不限于：na的优化、定制照射方案、相移图案形成装置的使用、诸如设计布局中的光学邻近效应校正(opc，有时也称为“光学和过程校正”)的设计布局的各种优化，或通常定义为“分辨率增强技术”(ret)的其它方法。替代地，用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路可以用于改善在低k1下的图案的再现。

4、在光刻的领域中，在光刻设备内和光刻设备外部都可以使用许多测量系统。通常，这种测量系统可以使用辐射源以用辐射来照射目标，并且检测系统可操作以测量入射辐射从目标散射的部分的至少一个性质。在光刻设备外部的测量系统的示例是检查设备或量测设备，其可以用于确定先前通过光刻设备投影至衬底上的图案的性质。这些外部检查设备可以例如包括散射仪。可以设置在光刻设备内的测量系统的示例包括：形貌测量系统(也称为水平传感器)；位置测量系统(例如干涉装置)，其用于确定掩模版或晶片平台的位置；和对准传感器，其用于确定对准标记的位置。这些测量装置可以使用电磁辐射来执行测量。

5、可以使用不同类型的辐射来查询图案的不同类型的性质。一些测量系统可以使用宽带辐射源。这种宽带辐射源可以是超连续谱源，并且可以包括具有非线性介质的波导(例如，光纤)，脉冲式泵浦辐射束传播通过所述非线性介质以加宽辐射的光谱。

6、与实施这种超连续谱源相关联的一个挑战是所述波导的使用寿命，并且可能严重地限制所述波导的使用寿命的一个因素是在光离开所述波导时可能由于所述加宽辐射光谱的高的峰强度而发生损坏。

7、在光纤的情况下，所述出口处的损坏可以呈由电离所产生的光纤材料的经沉积的粒子的形式，从而导致由于溅镀而使得玻璃态结构在所述光纤的所述输出处“生长”。在不希望受理论束缚的情况下，针对所述中空芯部光子晶体光纤(hc-pcf)的示例，通常包括熔融硅石玻璃且填充有呈诸如wo2018127266a1(其以引用的方式而被合＝并入本文中)中所描述的气体的形式的非线性光学介质，这种损坏可以是由强烈的泵浦辐射所引发的气体的电离而引起的。所产生的离子可蚀刻玻璃，并且经蚀刻的玻璃可以接着优先在边缘和突起部处再沉积。由于将已通过拆分过程产生光纤的事实，则这些边缘和突起部的密度在所述光纤的所述端部处可能特别高，这引入缺陷中心和结构瑕疵。另外，在所述光纤内部，所述等离子体受到约束，这意味着在所述电离过程中所产生的电子将在附近壁上快速地重组。然而，在所述光纤的所述出口处，电子不受约束且形成具有较高自由电子密度的等离子体，这继而可以从传播通过所述等离子体的辐射脉冲吸收更多功率。这具有放大效应，从而产生更多等离子体，并且必然地进一步蚀刻所述光纤且进一步再沉积经蚀刻的玻璃。

8、因此，可能期望提供用于接收输入辐射且加宽所述输入辐射的频率范围以便提供(宽带)输出辐射的替代波导(例如，光纤)，该输出辐射至少部分地解决与本文中或其它处所辨识的与现有技术相关联的一个或更多个问题。

技术实现思路

1、在本文中描述一种波导，包括：第一区段，所述第一区段被配置成通过非线性光学过程来产生被提供至所述波导的输入端的脉冲辐射的加宽波长光谱；第二区段，所述第二区段包括所述波导的输出端，所述第二区段被配置成展现比所述第一区段更大的群速度色散的绝对值；其中所述第二区段的长度在0.5cm与20cm之间，并且被配置成使所述加宽波长光谱的一个或更多个峰的峰强度减小至少20％。

2、有利地，减小在所述加宽波长光谱中的一个或更多个峰的峰强度可能导致在所述所述波导的输出端处由强峰所引起的被减少的损坏。减少由多个单独的光谱峰引起的损坏有利地增加在所述波导被损坏至其不再可用的点之前可以传递穿过所述波导的所述输出的光谱峰的数目，由此增加所述波导的总使用寿命。

3、在一些示例中，所述加宽波长光谱中的所述一个或更多个峰的所述峰强度甚至可以进一步通过所述波导的所述第二区段减小，例如减小25％、50％或甚至75％。

4、在一些示例中，所述波导可以是光纤，例如，中空芯部光纤，诸如中空芯部光子晶体光纤(hc-pcf)。在所述波导是hca-pcf的实施例中，所述第二区段可以被配置成展现正常的群速度色散。在一些示例中，所述波导可以是实心芯部光纤。

5、应了解，所述波导的所述第一区段可以被配置成通过被提供至所述波导的所述输入端的所述脉冲辐射与所述波导内部的非线性介质之间的相互作用来产生加宽波长光谱。在一些示例中，所述非线性介质可以是气体。在一些示例中，产生所述加宽波长光谱可以包括以下各项中的一个或更多个：四波混合、调制不稳定性、工作气体的电离、拉曼(raman)效应、克尔(kerr)非线性、光孤子形成、光孤子拆分和/或光孤子自压缩。

6、应理解，“正常分散”对应于正群速度色散(也表示为β2)的范围。在一些示例中，所述波导的所述第一区段被配置成展现“异常分散”，即，负群速度色散(β2)。应进一步理解，所述加宽波长光谱中的峰的峰强度通常在所述峰传播通过所述波导的所述第二区段时在所述第二区段的长度上减小。应理解，所述峰的强度的减小是由因所述第二区段的正常分散所引起的峰在时间上的伸展引起的。

7、在一些示例中，所述波导包括沿所述波导的所述第一区段和所述第二区段在轴向延伸的芯部，其中，所述芯部在所述第二区段中的直径大于所述芯部在所述第一区段中的直径。芯部直径替代地称为所述波导的内部直径。

8、所述波导的所述第一区段与所述第二区段之间的改变的芯部直径有利地改变所述波导相对于传播辐射脉冲的分散性质，使得所述脉冲在时间上伸展且峰强度被减小。

9、在一些示例中，所述芯部在所述第二区段中的直径在所述第二区段的长度的范围内是恒定的。有利地，可以直接地制造包括在其长度上具有恒定芯部直径的第二区段的波导。例如，在波导是光纤的情况下，可以通过将两段光纤附接在一起而形成所述波导的所述第一区段和所述第二区段。

10、在一些示例中，所述第二区段中的所述芯部的直径在所述第二区段的至少一部分的范围内随着距所述第一区段的距离增加而增加。例如，所述第二区段可以包括向上渐缩的区段。

11、由于所述加宽光谱中的峰的峰强度与所述波导的内部(芯部)直径的平方成反比，则甚至略微向上渐缩的第二区段也将会有利地使峰强度在很大程度上减小，从而使得所述波导的使用寿命进一步改善。

12、在一些示例中，所述波导还包括围绕所述第一区段中的所述芯部的多个反谐振元件。应理解，所述反谐振元件用于限制传播通过所述波导的辐射且沿所述波导引导所述辐射。所述反谐振元件还可以用于抑制基本光模态至高阶光模态的耦合，因而减少所述波导中的损耗。在一些示例中，所述反谐振元件可以是毛细管。

13、在一些示例中，所述多个反谐振元件可以围绕所述第二区段的至少一部分中的所述芯部，并且所述反谐振元件中的每个反谐振元件的横截面积在所述第二区段中随着距所述第一区段的距离增加而减小。例如，所述反谐振元件可以在所述波导的所述第二区段的长度的至少一部分的范围内倾倒(collapsed)。

14、应了解，所述反谐振元件的减小的横截面积可以对应于所述波导的向上渐缩的内部直径的替代形式。有利地，可以例如通过对所述波导的包括反谐振元件的现有部分进行加热和伸展来直接地制造包括具有减小的横截面积的反谐振元件的第二区段。

15、在一些示例中，所述反谐振元件的横截面积可以在所述第二区段的长度的至少一部分的范围内以足以满足绝热性标准的速率减小，因而防止基本光模态耦合至较高阶模态，否则所述较高阶模式将会由于内部波导直径的急剧改变而另外发生且将导致所述波导中的损耗。

16、在一些示例中，所述第一区段可以包括围绕所述芯部的多个反谐振元件，并且可以将所述第二区段设置成不具有任何反谐振元件。

17、有利地，可以例如通过将基线光纤的一部分附接至具有反谐振元件的光纤的一部分来直接制造不具有任何反谐振元件的第二区段。

18、在本文中也描述一种制造波导的方法，所述方法包括：形成所述波导的第一区段，所述第一区段被配置成通过非线性光学过程来加宽被提供至所述波导的输入端的脉冲辐射的波长光谱；和形成所述波导的第二区段，所述第二区段包括所述波导的输出端，所述第二区段被配置成展现比所述第一区段更大的群速度色散的绝对值；其中所述第二区段的长度在0.5cm与20cm之间，并且被配置成使所述加宽波长光谱中的一个或更多个峰的峰强度减小至少20％。

19、有利地，减小所述加宽波长光谱中的一个或更多个峰的峰强度可能导致在所述波导的所述输出端处由强峰所引起的减少的损坏。减少由多个单独的光谱峰所引起的损坏有利地增加在波导损坏至其不再可用的点之前可以传递穿过所述波导的所述输出的光谱峰的数目，由此增加所述波导的总使用寿命。

20、在一些示例中，所述加宽波长光谱中的所述一个或更多个峰的所述峰强度甚至可以进一步通过所述波导的所述第二区段减小，例如减小25％、50％或甚至75％。

21、在一些示例中，所述方法可以是制造波导的方法，所述波导是光纤，例如中空芯部光纤，诸如中空芯部光子晶体光纤(hc-pcf)。在所述波导是hc-pcf的实施例中，所述第二区段可以被配置成展现正常的群速度色散。在一些示例中，所述方法可以被应用于制造作为实心芯部光纤的波导。

22、应了解，所述波导的所述第一区段可以被配置成通过被提供至所述波导的所述输入端的脉冲辐射与所述波导内部的非线性介质之间的相互作用来产生加宽波长光谱。在一些示例中，所述非线性介质可以是气体。在一些示例中，产生所述加宽波长光谱可以包括以下各项中的一个或更多个：四波混合、调制不稳定性、工作气体的电离、拉曼效应、克尔非线性、光孤子形成、光孤子拆分和/或光孤子自压缩。

23、应理解，“正常分散”对应于正群速度色散(也表示为β2)的范围。在一些示例中，所述波导的所述第一区段被配置成展现“异常分散”，即，负群速度色散(β2)。应进一步理解，所述加宽波长光谱中的峰的峰强度通常在所述峰传播通过所述波导的所述第二区段时在所述第二区段的长度上减小。应理解，所述峰的强度的减小是由因所述第二区段的正常分散所引起的峰在时间上的伸展引起的。

24、在一些示例中，形成所述波导的所述第一区段和所述第二区段可以包括：接收波导；和修改所述波导的包括所述波导的所述输出端的区段。应理解，修改所述波导的包括所述波导的所述输出端的区段可以包括将所述波导的另外的区段附接至所述波导的所述输出端，和/或直接对所接收的波导的所述输出端进行调整。

25、在一些示例中，形成所述波导的所述第二区段可以包括例如通过将所述第二区段拼接至所述第一区段和/或将所述第二区段联接至所述第一区段来将所述第二区段附接至所述第一区段。

26、有利地，将所述第二区段附接至所述第一区段可以实现简化的制造过程，例如由此可以根据两个区段的特定要求单独地制造所述波导的所述两个区段，并且接着在制造过程结束时使所述两个区段结合在一起。

27、替代地或另外，形成所述波导的所述第二区段可以包括直接调整所接收的波导的输出端。例如，在所接收的波导包括围绕芯部的多个反谐振元件的情况下，直接调整所接收的波导的输出端可以包括使反谐振元件倾倒以形成所述第二区段。

28、在一些示例中，所述波导的所述第一区段和所述第二区段可以包括围绕芯部的多个反谐振元件，并且形成所述第二区段可以包括使所述第二区段中的所述多个反谐振元件倾倒。

29、在一些示例中，使所述第二区段中的所述多个反谐振元件倾倒包括：加热所述第二区段；和通过施加拉力来使所述第二区段伸长。

30、有利地，使所述第二区段中的所述反谐振元件倾倒使得能够从包括反谐振元件的波导的单个现有段形成所述第一区段和所述第二区段。