[发明专利]多于一个倍频程的声光偏转器

说明书

相关申请

本申请要求2010年8月30日提交的第61/378,251号美国临时专利申请发明名称为“多于一个倍频程的声光偏转器(Acousto-Optic Deflectors Over One Octave)”的权益。

本发明人关于声光偏转器的先前研究包括2004年3月2日公告的第6,700,600号美国专利。

背景技术

对于本发明的分类，我们建议本公开的所属技术领域被视为涉及一种光学元件，该光学元件与施加到衍射晶体上的时变声音频率信号成比例地改变穿射的光束（traversing optical light）的特征方向（characteristic direction），具体地、所谓的声光偏转器（Acousto-Optic Deflector，AOD）。当导致偏转的信号改变时，穿过该声光偏转器的光的衍射是时间的函数。该导致偏转的信号改变了该衍射晶体的大量光学特性，通过光学传播媒质来改变衍射。在光控元件的表面或里面产生的超声波在该元件内建立产生光学参数(例如折射率)的改变的条件，从而直接控制该光。

瑞典Micronic Mydata AB公司(下称″Micronic公司″)构建了用于掩模制造和直接刻写工件的基础设备。Prexision和LRS图形生成器可制作大面积的掩模；所制作的掩模可用于，例如，生产采用最新图形生成器模型中的在第十代基板上的大尺寸平板显示器或电视机。Omega图形生成器可制作用于芯片制造的掩模或中间掩膜（reticle）。这些图形生成器的共同之处在于使用扫描激光光束在工件的表面形成潜像，并使用声光偏转器(AOD)控制扫描。本申请描述了一种改良的声光偏转器，其实际应用优于Micronic公司的图形生成器。

应供应商的指定，Micronic公司曾使用了一种以100兆赫兹的带宽工作的声光偏转器。在某些应用中，施加到这种声光偏转器的驱动频率的中心在大约200兆赫兹。在实际应用中，人们已确定可以在大约130兆赫兹的频率范围上使用这种声光偏转器。通过施加中心在200兆赫兹的带宽，工作范围中的最低频率和最高频率分别为：200-130/2=135兆赫兹；以及200+130/2=265兆赫兹。Micronic公司已测试的其它声光偏转器已具有150兆赫兹的指定带宽。

存在一种普遍的设计常规规则，声光偏转器必须以小于一个倍频程来操作声光偏转器，即最高频率必须小于最低频率的两倍。该常规规则防止被声光偏转器扫描的光获得扫描光束的更高衍射级(任何频率的倍数)。为驱动声光偏转器，曾使用由直接数字合成(DDS)卡生成的5兆赫兹/微秒的频率啁啾（chirp，或线性调频）。与上述常规规则一致，该频率啁啾具有大约为24微秒的扫描时间。所谓的啁啾产生一种锯齿图形（pattern），即频率逐渐上升至最大频率限制，然后逐步下降至最小频率限制。这种啁啾产生频率的逐渐上升和不连续的逐步下降的重复序列。在以下附图中，典型地呈现了这种啁啾的仅一个周期。所属领域的技术人员明白，这种锯齿图形通过许多周期无限地继续。

本发明公开的方法可推翻旧的常规规则，获得一种具有扩展频率带宽的声光偏转器，其带宽多于一个倍频程的大约10-30%。

有机会改善构图（patterning）和检查系统的扫描电子器件。可获得更好、更快、更高效的部件和系统。公开的技术适用于光束的刻写和读取。

发明内容

所描述的技术利用多于一个倍频程的扩展频率范围来驱动声光偏转器，从而挑战了将带宽限制到就在一个倍频程以内的设计常规规则。通过该扩展频率范围和时间正好的光束消隐相组合，减少了由于光束消隐所消耗的所谓啁啾信号的比例。这增加了扫描信号的工作和有效部分。在本发明的权利要求书、说明书和附图中描述了本发明的具体方面。

附图说明

图1说明了在一种简化的光学系统上使用带有声光偏转器的视场光阑（field stop）。

图2说明了一种位于孔径的右边缘处的、尺寸适合于容纳200-380兆赫兹的驱动频率的视场光阑、以及一种限制晶体内的光束的大小的孔径光阑。

图3说明了消隐时间如何与孔径光阑的宽度相互影响。

图4-5表示了与啁啾信号成比例地减少的消隐时间。

图6示出了可在哪儿设置孔径光阑。通常，可将其设置在照明被准直（collimate）或近似准直的位置。

具体实施方式