非线性光学晶体的钝化的制作方法

本申请是申请日为2012年10月05日、申请号为“201280059827.9”、发明名称为“非线性光学晶体的钝化”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案交叉参考

本申请案涉及且主张来自下列申请案(“相关申请案”)的最早可用有效申请日期的权益(例如，主张除临时专利申请案以外的最早可用优先权日期或依据35usc§119(e)主张临时专利申请案、相关申请案的任何或全部父代申请案、祖父代申请案、曾祖父代申请案等的权益)。

相关申请案：

出于uspto法外要求的目的，本申请案构成2011年10月7日提出申请的发明人为庄泳和(yung-hochuang)及弗拉基米尔·杜宾斯基(vladimirdribinski)、标题为“通过氢钝化实现的nlo晶体性质(nlocrystalpropertiesbyhydrogenpassivation)”、申请号为61/544,425的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。

本发明涉及非线性光学材料领域，且特定来说，涉及一种用于钝化非线性光学晶体以处置晶体缺陷的系统及方法。

背景技术：

许多现代激光系统需要非线性光学(nlo)元件。举例来说，nlo元件通常用于例如混频(例如，谐波产生、参数产生/放大等)、拉曼放大、克尔透镜锁模、电光调制、声光调制以及其它应用的应用中。

nlo元件的激光诱发损伤(lid)是许多现代激光系统的主要限制。lid因激光辐射与组成给定nlo元件的材料之间的相互作用而发生。因此，随着时间，nlo元件遭受lid，此可负面地影响例如透射率、反射率、折射率等的物理性质。继而，因所发生的lid而引起的物理性质的此退化最终导致激光系统内的nlo元件的故障。

lid在利用较短波长的电磁光谱(例如具有小于300nm的波长的深紫外(duv)光)的激光系统中变得更成问题。另外，激光诱发损伤率也受存在于nlo元件中的材料缺陷(例如错位、杂质、空位等)影响。在大多数情况下，给定nlo元件中的材料缺陷导致nlo元件对lid的抵抗力下降。因此，nlo元件因材料缺陷而具有较短寿命。

本发明针对于通过利用本文中所揭示的新颖系统及方法来改进nlo元件的损伤抵抗力而减轻上述问题。

技术实现要素：

本发明揭示一种用于处置一或多个非线性光学(nlo)晶体的晶体缺陷以改进性能或提高对激光诱发损伤的抵抗力的系统及方法。在一个方面中，提供一种用于通过利用氢分子或原子钝化晶体缺陷来提高一或多个非线性光学(nlo)晶体对激光诱发损伤的抵抗力的系统，其中所述系统可包括：暴露室，其经配置以含纳具有处于或接近选定氢浓度的氢浓度的钝化气体，所述室进一步经配置以含纳待暴露于所述室内的钝化气体的至少一个nlo晶体；钝化气体源，其流体连接到所述暴露室，所述钝化气体源经配置以将钝化气体供应到所述暴露室的内部部分；及衬底，其经配置以将所述nlo晶体固持于所述室内，所述衬底进一步经配置以使所述nlo晶体的温度维持处于或接近选定温度，所述选定温度低于所述nlo晶体的熔化温度。

在另一方面中，提供一种用于通过利用氢钝化晶体缺陷来提高nlo晶体对激光诱发损伤的抵抗力的方法，其中所述方法可包括以下步骤：(i)使nlo晶体的温度维持处于或接近选定温度，所述选定温度低于所述nlo晶体的熔化温度；及(ii)将所述nlo晶体暴露于具有处于或接近选定氢浓度的氢浓度的钝化气体。

在另一方面中，提供一种用于通过利用氢分子或原子钝化晶体缺陷来提高非线性光学(nlo)晶体对激光诱发损伤的抵抗力的方法，其中所述方法可包括以下步骤：(i)对nlo晶体执行退火过程以减小所述nlo晶体的水或oh含量；及(ii)将所述nlo晶体暴露于具有处于或接近选定氢浓度的氢浓度的钝化气体。

在另一方面中，提供一种用于光学检验一或多个样本的系统，其中所述系统可包括：样本载台；激光系统，其经配置以用于照射安置于所述样本载台上的一或多个样本的表面的一部分，所述激光系统包含：至少一个经钝化及经退火nlo晶体，所述nlo晶体经充分退火以建立低于选定水平的水含量，所述nlo晶体进一步经充分钝化以建立选定钝化水平；至少一个光源，其经配置以产生选定波长的光，所述光源进一步经配置以将光传输穿过所述nlo晶体；及晶体外壳单元，其经配置以装纳所述nlo晶体；检测器，其经配置以接收从所述样本的表面反射的照射的至少一部分；及计算系统，其通信耦合到所述检测器，所述计算系统经配置以获取关于由所述检测器接收的照射的至少一部分的信息，所述计算系统进一步经配置以利用关于由所述检测器接收的照射的至少一部分的信息来确定所述样本的至少一个缺陷的存在或不存在。

应理解，上述大体描述及下述详细描述两者均仅为示范性及解释性而未必限制所主张的本发明。并入于本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并与所述大体说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明

所属领域的技术人员可通过参考附图来更好地理解本发明的众多优点，附图中：

图1a是图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的系统的框图。

图1b图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的系统的暴露室的概念图。

图2a是图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的方法的流程图。

图2b是图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的方法的流程图。

图2c是图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的方法的流程图。

图2d是图解说明根据本发明的一个实施例用于钝化nlo晶体的方法的流程图。

图3a是图解说明根据本发明的一个实施例用于退火并钝化nlo晶体的方法的流程图。

图3b是图解说明根据本发明的一个实施例用于退火并钝化nlo晶体的方法的流程图。

图3c是图解说明根据本发明的一个实施例用于退火并钝化nlo晶体的方法的流程图。

图3d是图解说明根据本发明的一个实施例用于退火并钝化nlo晶体的方法的流程图。

图4是图解说明根据本发明的一个实施例配备有经退火及经钝化nlo晶体的激光系统的框图。

图5是图解说明根据本发明的一个实施例用于检验晶片或光掩模的系统的框图。

具体实施方式

现在将详细参考图解说明于附图中的所揭示的标的物。

大体参考图1a到5，根据本发明描述用于钝化非线性光学(nlo)晶体的系统及方法。激光系统通常将nlo晶体用于例如混频、拉曼放大、克尔透镜锁模、电光调制及声光调制以及其它应用的许多应用。暴露于激光系统内的电磁辐射影响nlo晶体的物理性质(例如，透射率、反射率、折射率等)。对nlo晶体的物理性质的所得改变通常称作激光诱发损伤(lid)且往往会削弱nlo晶体的正常功能。nlo晶体在其具有较大数量或量的晶体缺陷(例如错位、杂质、空位等)时对lid具有较低的抵抗力。本发明针对于一种用于利用氢钝化及/或晶体退火来处置nlo晶体的晶体缺陷的系统及方法。

如本发明通篇所使用，术语“晶体”、“nlo晶体”或“非线性晶体”通常是指适合于变频的非线性光学晶体。举例来说，本发明的非线性光学晶体可经配置以将第一波长(例如，532nm)的入射照射变频为较短波长(例如，266nm)的输出照射。此外，本发明的非线性光学晶体可包括但不限于β-硼酸钡(bbo)、三硼酸锂(lbo)、四硼酸锂(ltb)、硼酸铯锂(clbo)、硼酸铯(cbo)、氧化物型非线性晶体等。

如本发明通篇所使用，术语“晶片”通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。举例来说，半导体或非半导体材料包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。晶片可包括一或多个层。举例来说，此类层可包括但不限于抗蚀剂、电介质材料、导电材料及半导电材料。许多不同类型的此类层在此项技术中是已知的，且如本文中所使用的术语晶片打算囊括可在其上形成所有类型的此类层的晶片。

图1a及1b图解说明用于钝化nlo晶体104以便处置晶体内的晶体缺陷的系统100。可通过将氢原子附着到晶体104内的悬键或断键来处置这些缺陷。举例来说，所述悬键或断键可包括通常为影响物理/光学性质以及nlo晶体寿命的主要类型的缺陷的悬氧键。在一个实施例中，系统100可包括经配置以含纳一定体积的钝化气体的暴露室101。暴露室101可进一步经配置以含纳nlo晶体104使得可将nlo晶体104暴露于暴露室101内所含纳的钝化气体。另外，暴露室101可进一步经配置以含纳经配置以在nlo晶体104暴露于暴露室101内所含纳的钝化气体时固持nlo晶体104的衬底102。或者，衬底102可为室101的内部表面的一部分。

本发明的钝化气体可包括具有选定氢浓度的两种或两种以上气体的气体混合物。在一个实施例中，所述气体混合物可包括分子氢(h2)。在另一实施例中，钝化气体可包括可在化学反应或离解后即刻产生氢的低分子量气体。此类低分子量气体可包括但不限于nh3或ch4。所要氢浓度可包括超过在正常大气条件下存在的自然氢丰度的浓度。就此来说，钝化气体的氢浓度可由超过在空气中自然存在的氢浓度的浓度组成。在另一方面中，所要氢浓度还可为用户选定浓度或利用nlo晶体104的一或多种物理属性确定的浓度。所述钝化气体混合物可进一步包括例如氩、氮、氦等的惰性气体。

在又一实施例中，本发明的钝化气体可包括具有在5％到10％的范围内的氢浓度的气体混合物。本文中注意到，此氢浓度范围并非为限制且仅出于说明的目的而呈现。预期钝化气体的氢浓度水平可包括适合于给定应用的任何范围。在又一实施例中，为改进钝化效果，钝化气体混合物的氢浓度可包括氢的重同位素，氘。混合物中的氘的确切量可通过优化钝化结果来确定且可从总氢浓度的一分数到混合物中的所有氢的100％而变化。

在一实施例中，所述系统可进一步包括流体耦合到暴露室101且经配置以给所述暴露室供应钝化气体的钝化气体源108。暴露室101可包括经配置以从钝化气体源108接收钝化气体且进一步经配置以将从钝化气体源108接收的钝化气体传输到暴露室101的内部部分的气体流入口105。暴露室101可进一步包括经配置以从暴露室101的内部部分释放钝化气体的气体流出口106。

在又一实施例中，系统100可包括流体连接于钝化氧化源108与暴露室101中间的流量控制器110。流量控制器110可经配置以控制钝化气体供应到暴露室101的速率。流量控制器110可包括阀、调节器或用于调节钝化气体流动穿过将流量控制器110流体连接到暴露室101的至少一个管道的压力或速率的任何其它构件。所述流量控制器可进一步经配置以流体连接到暴露室的气体流入口105且进一步经配置以控制钝化气体经由气体流入口105供应到暴露室101的内部部分的速率。在另一实施例中，流量控制器110或额外流量控制器(未展示)可经配置以流体连接到暴露室101的气体流出口106且进一步经配置以控制从暴露室101的内部部分移除钝化气体的速率。

在另一实施例中，系统100可进一步包括通信耦合到流量控制器110的一或多个计算系统112。计算系统112可经配置以给流量控制器110提供关于控制钝化气体供应到暴露室101的速率的指令。计算系统112可进一步经配置以给流量控制器110或额外流量控制器(未展示)提供关于控制从暴露室101移除钝化气体的速率的指令。所述计算系统可含纳配置有包括流量控制算法118在内的程序指令116的载体媒体114，例如快闪、固态、光学、随机存取或其它静态或动态存储器装置。流量控制算法118是此项技术已知的，例如用于配置可包括于流量控制器110中的压力阀的算法。举例来说，流量控制算法118可基于压力阀的机械性质与所要流率之间的相关性来引导流量控制器110致动所述压力阀。在一些实施例中，10cm³/min到200cm³/min的用户选定流率可为用于钝化暴露室101内所含纳的nlo晶体104的所要流率。然而，取决于钝化气体混合物或nlo晶体104的组成，在10cm³/min到200cm³/min范围之外的流率可为所要的。上述流率范围仅为示范性的而决不打算限制本发明。

在又一实施例中，经配置以将nlo晶体104固持于暴露室101内的衬底102可进一步经配置以控制nlo晶体104的温度。在一个方面中，用户可选择大于环境或室内温度但小于nlo晶体104的熔化温度的温度。举例来说，衬底102可经配置以将nlo晶体加热到300℃到350℃的范围或某一其它选定温度以改进氢到晶体中的渗透，减少分子氢(例如，h2)或其它含氢分子到原子氢的分解或消除氢与nlo晶体之间的不合意反应产物(例如，弱oh键、水等)。本文中预期衬底102可经配置以使nlo晶体104的温度提高、降低及/或维持在成功钝化nlo晶体104所要的任何可行温度或温度范围。因此，上述温度范围仅为示范性的而决不打算限制本发明。

根据上述系统100，图2a到2d图解说明有关用氢来钝化nlo晶体104以便处置由悬键或断键导致的晶体缺陷的方法200的流程图。参考图2a，方法202可包括以下步骤中的一或多者：(i)步骤202，使nlo晶体104的温度维持处于或接近作为用户选定温度或利用nlo晶体104的一或多个属性(例如，组成、水含量、缺陷水平等)确定的温度的选定温度；及(ii)步骤204，将nlo晶体104暴露于具有作为用户选定氢浓度或利用nlo晶体104的一或多个属性确定的氢浓度的选定氢浓度的钝化气体。

在步骤202中，可通过例如经配置以将nlo晶体104固持于系统100的暴露室101中的衬底102的任何加热及/或冷却元件(下文称“加热元件”)来控制nlo晶体104的温度。加热元件可经配置以将nlo晶体104加热或冷却到可为用户选定温度、利用nlo晶体104的一或多个属性确定的温度或改进氢到晶体中的渗透、减轻h2分子到h原子的分解或消除来自氢与nlo晶体104之间的一或多个反应的不合意产物(例如，弱oh键、水等)的任何温度的选定温度。举例来说，在一个实施例中，选定温度可为在大约300℃到350℃的范围内的温度。加热元件可进一步经配置以使nlo晶体104的温度维持处于或接近选定温度达选定时间周期，例如充分钝化nlo晶体104所需的时间。举例来说，充分钝化nlo晶体104所需的时间可在大约100小时到200小时的范围内。因此，在一个实施例中，加热元件可经配置以使nlo晶体104的温度维持处于或接近选定温度达在大约100小时到200小时的范围内的选定时间周期。仅以实例方式包括上述温度及持续时间，且预期可在不背离本发明的本质的情况下显著更改这些参数。因此，本文中的任何内容决不应理解为限制本发明。

在步骤204中，可将nlo晶体104暴露于例如系统100的暴露室101的气氛控制容器内的钝化气体。所述钝化气体可为具有选定氢浓度的气体混合物。所述选定氢浓度可为用户选定浓度、利用nlo晶体104的一或多个属性确定的浓度或用于通过将来自钝化气体的氢原子附着到nlo晶体104的断键或悬键来处置nlo晶体104的晶体缺陷的任何可接受浓度。举例来说，在一个实施例中，钝化气体的选定氢浓度可为在钝化气体混合物的大约5％到10％的范围内的氢浓度。然而，仅以实例方式包括上述氢浓度，且其决不打算限制本发明。

参考图2b，步骤204可包括使钝化气体可流动穿过容器的流率维持处于或接近例如用户选定流率、利用nlo晶体104的一或多个属性确定的流率、对于使容器内的钝化气体的氢浓度维持处于或接近选定氢浓度可接受的流率或足以通过将来自钝化气体的氢原子附着到nlo晶体104的断键或悬键来处置nlo晶体104的晶体缺陷的任何流率的选定流率的步骤206。可通过系统100的流量控制器110或通过用于控制气体移动穿过一或多个管道的压力或速率的任何阀、调节器或其它构件来调节流率。举例来说，在一个实施例中，流量控制器110可经配置以将钝化气体流动穿过暴露室的流率调节到在大约10cm³/min到200cm³/min的范围内的选定流率。然而，仅以实例方式包括上述流率范围，且其决不应理解为本发明。

参考图2c及2d，方法200的一个实施例可进一步包括监测nlo晶体104的钝化程度的步骤208。可使钝化程度与nlo晶体104的oh键的量或量改变相关，因为oh键的量通常随着nlo晶体104由于使氢原子附着到nlo晶体104的悬氧键被钝化而提高。因此，可通过分析nlo晶体104的一或多个吸收带来监测钝化程度，其中吸收带受nlo晶体104的oh键的数目的改变影响。可通过使用此项技术已知的用于检测nlo晶体104吸收具有一或多个波长的照射的水平的任何方法来分析吸收带。在一个实施例中，利用傅里叶变换红外光谱法(ftir)来监测钝化程度。举例来说，利用傅里叶变换红外光谱法(ftir)，可经由观察nlo晶体104在红外(ir)光谱中的至少一个吸收带来监测nlo晶体104的钝化程度。用于监测nlo晶体104的钝化程度的ftir过程可包括以下步骤中的一或多者：(i)将具有一或多个波长的照射传输穿过nlo晶体104；(ii)检测传输穿过nlo晶体104的照射；及(iii)利用关于传输穿过nlo晶体104的照射的信息来确定在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射量；及(iv)利用在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射与nlo晶体104的oh键的量或量改变之间的相关性来确定nlo晶体104的钝化程度。

在方法200的又一实施例中，可在步骤204中将nlo晶体104暴露于钝化气体直到nlo晶体104充分钝化为止。可利用监测nlo晶体104的钝化程度的步骤208来确定nlo晶体104是否已充分钝化。举例来说，可通过观察nlo晶体104的在大约3200cm^-1到4000cm^-1的范围内的ir光谱的一或多个波长下出现或改变强度的一或多个吸收带来确定nlo晶体104的钝化程度，其中在所述波长下出现或改变强度的吸收带的振幅或强度与nlo晶体104的oh键的量或量改变相关。举例来说，可使用ftir来监测在红外光谱中接近3580cm-1处-oh键(包括h2o)的吸收。举例来说，可原位执行ftir监测，其中在晶体经历钝化的同时用ftir监测所述晶体。步骤208可进一步通过监测ftir吸收光谱中的一或多个选定峰值的经积分峰值强度的相对改变来确定nlo晶体104是否已充分钝化。举例来说，步骤208可在观察到-oh吸收峰值的5％减小时确定充分钝化。

仅以实例方式包括上述吸收带波长范围及针对充分钝化的百分比改变且预期可在ir、可见光及/或uv光谱中的其它波长下出现一或多个吸收带；因此，上述波长范围决不打算限制本发明。

上述步骤既非循序的也非强制的且可以任何次序发生或彼此同时发生。举例来说，预期在方法200的一个实施例中，可如步骤204中所规定将nlo晶体104暴露于钝化气体；且同时，可如步骤208中所规定利用ftir来监测nlo晶体104的钝化程度。在一些例子中，组合步骤中的一些或全部及按不同于本文中已按其论述步骤的次序的顺序来布置所述步骤可为有利的。本文中的论述仅为解释性的而非打算将本文中所揭示的方法限制于任何特定步骤顺序、次序或组合。

图3a到3d图解说明用于钝化并退火nlo晶体104的方法300。参考图3a，方法300可包括以下步骤中的一或多者：(i)步骤302，其对nlo晶体104执行退火过程以减小nlo晶体104的水或oh含量；及(ii)步骤304，其将nlo晶体104暴露于具有为用户选定氢浓度或利用nlo晶体104的一或多个属性确定的氢浓度的选定氢浓度的钝化气体。

在步骤302中，nlo晶体104可在干燥气氛(例如，洁净干燥空气或干燥惰性气体)中经历退火过程以从nlo晶体104移除水或oh分子的至少一部分。退火过程是此项技术已知的且可包括以下步骤中的一或多者：(i)将nlo晶体104的温度提高或降低到选定温度，例如足够高以从nlo晶体104移除水分子而不熔化或损伤nlo晶体104的值；(ii)使nlo晶体104的温度维持处于或接近选定温度达选定时间周期，例如足以将nlo晶体104的水含量降低到选定水平的时间周期；及(iii)当nlo晶体104的水含量已减小到选定水平时将nlo晶体104的温度提高或降低到选定最终温度，例如环境或室内温度。选定水含量水平可为用户选定水平、利用nlo晶体104的一或多个属性确定的水含量水平或与所要光学/物理性能或提高的晶体寿命相关的任何水含量水平。

在一个实施例中，步骤302的退火过程可进一步包括在选定时间间隔内将nlo晶体104的温度提高或降低到选定温度的步骤。举例来说，可在大约2小时的选定时间周期的过程内逐渐将nlo晶体104加热到大约150℃的选定温度。可通过任何已知加热或冷却装置来提高、降低或维持nlo晶体104的温度。举例来说，衬底102可配备有适合于加热或冷却nlo晶体104的加热或冷却装置。在另一例子中，室101可配置为烘箱或冷柜。加热或冷却装置可进一步经配置以使nlo晶体104的温度维持处于或接近选定温度达选定时间周期，例如用户选定时间周期或利用nlo晶体104的一或多个属性确定的时间周期。举例来说，可使nlo晶体104的温度维持处于或接近150℃达大约10小时。或者，可使nlo晶体104的温度维持处于或接近选定温度直到nlo晶体104的水或oh含量充分减小为止。仅以实例方式包括上述温度、时间周期及时间间隔，且预期可在不背离本发明的本质的情况下显著更改这些参数。因此，本文中的任何内容决不应解释为限制本发明。

在又一实施例中，可重复步骤302的退火过程以进一步减小nlo晶体104的水含量。可在必要时利用相同或不同参数(例如一或多个不同温度或不同时间周期或间隔)来重复退火过程。举例来说，可在大约1小时的过程内将nlo晶体104加热到大约200℃。类似地，可使nlo晶体104的温度维持处于或接近200℃达100小时或直到nlo晶体104的水或oh含量充分减小为止。仅以实例方式包括上述温度、时间周期及时间间隔，且预期可在不背离本发明的本质的情况下显著更改这些参数。因此，本文中的任何内容决不应理解为限制本发明。

步骤302的退火过程可进一步包括在选定时间间隔内逐渐将nlo晶体104的温度提高或降低到选定最终温度(例如，环境或室内温度)的步骤。举例来说，可逐渐冷却nlo晶体104或允许其在大约3小时或任何其它可接受时间间隔的过程内冷却到环境或室内温度。在一个实施例中，可通过逐渐移除热量以使得nlo晶体104的温度在选定时间间隔内逐渐降低到环境温度来冷却nlo晶体104。在另一实施例中，可利用冷却装置来冷却nlo晶体104以将nlo晶体104的温度降低到选定最终温度。选定时间间隔可为任何用户选定时间间隔或利用nlo晶体104的一或多个属性确定的时间间隔。因此，仅以实例方式包括本文中所包括的任何时间间隔且其决不打算限制本发明。

参考图3b及3d，步骤302的退火过程可进一步包括通过分析nlo晶体104的一或多个吸收带来监测nlo晶体的水或oh含量的步骤310，其中吸收带受nlo晶体104的oh键的数目的改变影响。可通过使用此项技术已知的用于检测nlo晶体104吸收具有一或多个波长的照射的水平的任何方法来分析吸收带。举例来说，利用ftir，可通过观察nlo晶体104在红外(ir)光谱中的至少一个吸收带来监测nlo晶体104的水或oh含量。用于监测nlo晶体104的水或oh含量的ftir过程可包括以下步骤中的一或多者：(i)将具有一或多个波长的照射传输穿过nlo晶体104；(ii)检测传输穿过nlo晶体104的照射；及(iii)利用关于传输穿过nlo晶体104的照射的信息来确定在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射量；及(iv)利用在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射与nlo晶体104的oh键的量或量改变之间的相关性来确定nlo晶体104的水或oh含量或者水或oh含量改变。

在又一实施例中，步骤302的退火过程可进一步包括执行所述退火过程的一或多个步骤直到利用步骤310的监测过程做出nlo晶体的水或oh含量已充分减小的确定为止的步骤312。举例来说，可通过观察nlo晶体104的在大约3200cm^-1到4000cm^-1的范围内的ir光谱的一或多个波长下出现的一或多个吸收带来确定nlo晶体104的水或oh含量，其中在所述波长下出现的吸收带的振幅或强度与nlo晶体104的oh键的量或量改变相关。仅以实例方式包括上述吸收带波长范围且预期可在ir光谱中的其它波长下出现一或多个吸收带；因此，上述波长范围决不打算限制本发明。

步骤302的退火过程的上述步骤既非循序的也非强制的。所述步骤可以任何次序发生或彼此同时发生。举例来说，预期可使nlo晶体104维持在选定温度下；同时，可如步骤310所规定利用ftir来监测nlo晶体104的水或oh含量。进一步预期可如步骤312所规定使nlo晶体104的温度维持在选定温度下直到nlo晶体104的水或oh含量已充分减小为止。在一些例子中，组合步骤中的一些或全部及按不同于本文中已按其论述步骤的次序的顺序来布置所述步骤可为有利的。本文中的论述仅为解释性的而非打算将本文中所揭示的方法限制于任何特定步骤顺序、次序或组合。

在已使nlo晶体104退火以减小nlo晶体104的水或oh含量之后，用氢来钝化nlo晶体104以处置由一或多个悬键或断键(其中的一些可能已由步骤302的退火过程引起)导致的晶体缺陷可为有利的。因此，在方法300的步骤304中，可将nlo晶体104暴露于例如系统100的暴露室101的容器内的钝化气体。所述钝化气体可为具有选定氢浓度的气体混合物。所述氢浓度可为用户选定浓度、利用nlo晶体104的一或多个属性确定的浓度或用于通过将来自钝化气体的氢原子附着到nlo晶体104的断键或悬键来处置nlo晶体104的晶体缺陷的任何可接受浓度。举例来说，在一个实施例中，钝化气体的选定氢浓度可为在钝化气体混合物的大约5％到10％的范围内的氢浓度。然而，仅以实例方式包括上述氢浓度，且其决不打算限制本发明。在一些实施例中，步骤304可进一步包括来自先前所论述的钝化nlo晶体104的方法200的一或多个步骤或元件。

参考图3c及3d，步骤304的钝化过程可进一步包括监测nlo晶体104的钝化程度的步骤320。可通过分析nlo晶体104的一或多个吸收带来监测钝化程度，其中吸收带受nlo晶体104的oh键的数目的改变影响。可通过使用此项技术已知的用于检测nlo晶体104吸收具有一或多个波长的照射的水平的任何方法来分析吸收带。举例来说，利用ftir，可通过观察nlo晶体104在红外(ir)光谱中的至少一个吸收带来监测nlo晶体104的钝化程度。用于监测nlo晶体104的钝化程度的ftir过程可包括以下步骤中的一或多者：(i)将具有一或多个波长的照射传输穿过nlo晶体104；(ii)检测传输穿过nlo晶体104的照射；及(iii)利用关于传输穿过nlo晶体104的照射的信息来确定在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射量；及(iv)利用在一或多个波长下由nlo晶体104吸收的照射与nlo晶体104的oh键的量或量改变之间的相关性来确定nlo晶体104的钝化程度。

在又一实施例中，步骤304可进一步包括将nlo晶体104暴露于钝化气体直到nlo晶体104充分钝化为止的步骤322。可利用监测nlo晶体104的钝化程度的步骤320来确定nlo晶体104是否已充分钝化。举例来说，可通过观察nlo晶体104的在大约3200cm^-1到4000cm^-1的范围内的ir光谱的一或多个波长下出现或改变强度的一或多个吸收带来确定nlo晶体104的钝化程度，其中在所述波长下出现或改变强度的吸收带的振幅或强度与nlo晶体104的oh键的量或量改变相关。仅以实例方式包括上述吸收带波长范围且预期可在ir光谱中的其它波长下出现一或多个吸收带；因此，上述波长范围决不打算限制本发明。

上述步骤既非循序的也非强制的且可以任何次序发生或彼此同时发生。举例来说，预期在步骤304的一个实施例中，可将nlo晶体104暴露于具有选定氢浓度的钝化气体；且同时，可如步骤320中所提供的，利用ftir来监测nlo晶体104的钝化程度。另外预期可如步骤322中所提供的，将nlo晶体暴露于钝化气体直到nlo晶体104已充分钝化为止，其中可利用步骤320的监测技术来确定nlo晶体104是否已充分钝化。在一些例子中，组合一些或全部步骤及按不同于本文中已论述之步骤次序的顺序来布置所述步骤可为有利的。本文中的论述仅为解释性的而不打算将本文中所揭示的方法限制于任何特定步骤顺序、次序或组合。

将已充分退火并钝化的nlo晶体104并入到激光系统中以实现比利用未经改性的nlo晶体104可实现的更好的物理/光学性能或更长的晶体寿命可为有利的。本发明的激光系统配置可包括但不限于例如锁模式、cw、q开关式及包括一或多个非线性晶体的任何其它激光器或激光系统的配置。本文中的描述进一步打算包括宽广范围的可能的激光光谱，包括但不限于例如深紫外(duv)、紫外(uv)、红外、可见光等的电磁光谱。如本文中所使用，术语“激光系统”及“激光器”可互换使用，以描述一或多个激光器的配置。

图4图解说明配备有经钝化及/或经退火nlo晶体104的激光系统400。本发明的激光系统400可包括但不限于光源402、第一组光束成形光学器件404、如本文中先前所描述的经钝化/经退火晶体104、外壳单元406、一组谐波分离元件408及第二组光束成形光学器件410。

在一个方面中，光源402的输出可使用光束成形光学器件404聚焦到处于经钝化/经退火nlo晶体104中或邻近于经钝化/经退火nlo晶体104的椭圆横截面高斯光束腰(gaussianbeamwaist)。如本文中所使用，术语“邻近于”优选地距晶体104的中心小于瑞利范围(rayleighrange)的一半。在一个实施例中，椭圆的主轴的高斯宽度之间的纵横比可介于约2:1与约6:1之间。在其它实施例中，椭圆的主轴之间的比率可在约2:1与约10:1之间。在一个实施例中，较宽的高斯宽度与nlo晶体的走离方向实质上对准(例如，在约10°的对准范围内)。

在另一方面中，外壳单元406可保护nlo晶体104免受环境大气条件及其它杂质影响，借此促进维持其经钝化/经退火条件。应注意，暴露于水及其它杂质的晶体将随着时间开始劣化且可复原回到未经钝化或未经退火状态。晶体外壳单元大体描述于2008年5月6日申请的标题为“用于控制光学晶体的环境的包壳(enclosureforcontrollingtheenvironmentofopticalcrystals)”的第12/154,337号美国专利申请案中，所述美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。在一些实施例中，外壳单元406可包括适合于装纳晶体104及激光系统400的其它组件的大型结构。在其它实施例中，外壳406可足够大以装纳激光系统400的所有组件。应注意，外壳越大，激光系统的维护及修理(保护晶体104免于降级并维持其经钝化/经退火条件)所需要的预防措施就越多。如此，在进一步方面中，外壳单元406可由适合于主要仅包封nlo晶体406的小型外壳结构组成。

光束成形光学器件404可包括可改变来自光源402的输出的横截面的变形光学器件。变形光学器件可包括(举例来说)棱镜、圆柱形曲率元件、径向对称曲率元件及衍射元件中的至少一者。在一个实施例中，光源402可包括产生处于可见光范围(例如，532nm)内以在晶体104内部加倍的频率的激光器。在其它实施例中，光源402可包括产生两个或两个以上频率以在晶体402内部组合以产生和或差频率的激光源。变频以及相关联光学器件及硬件描述于杜宾斯基等人的2012年3月6日申请的第13/412,564号美国专利申请案中，所述美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

图5图解说明检验系统500，所述检验系统经配置以用于测量或分析一或多个样本510(例如光掩模(即，光罩)、晶片或可利用光学检验系统来分析的任何其它样本)的缺陷。检验系统500可包括如上文所描述的激光系统400。激光系统400可包括本发明通篇所描述的经钝化/经退火nlo晶体104中的一或多者。在一个实施例中，激光系统40的nlo晶体104可经充分退火以将nlo晶体104的水含量减小到选定水含量水平。

在又一实施例中，激光系统400的nlo晶体104可经充分钝化以处置由例如悬氧键的悬键或断键导致的晶体缺陷。可经由通过将氢原子键合到nlo晶体104的断键或悬键的钝化来处置nlo晶体104的悬键或断键。在一些情况中，悬键或断键的一部分可为对nlo晶体104执行的退火过程的产物。nlo晶体104可钝化到对于实现所要物理/光学性能、改进的lid抵抗力、改进的输出光束质量、改进的输出稳定性、提高的晶体寿命或较高的操作功率可接受的选定钝化程度。

激光系统400的nlo晶体104可具有与nlo晶体104的oh键的存在、不存在或量相关的nlo晶体104在ir光谱中的至少一个吸收带。可利用ftir来测量nlo晶体104的吸收带以确定nlo晶体104的钝化程度或水含量水平。nlo晶体104的吸收带的指定振幅或强度可对应于nlo晶体104的充分退火水平或充分钝化水平。吸收带的指定振幅或强度可为用户选定值或利用nlo晶体104的一或多个属性确定的值。因此，激光系统400的nlo晶体104的吸收带可具有处于或接近指定振幅或强度的振幅或强度。激光系统400可进一步包括经配置以为nlo晶体104提供照射的至少一个电磁源，例如二极管泵激固态(dpss)源或光纤ir源。由所述电磁源提供的照射的至少一部分可在晶体104的变频过程中直接或间接传输穿过nlo晶体104。

检验系统500可进一步包括经配置以在检验过程期间固持样本510的样本载台512。样本载台512可经配置以将样本510固持于其中样本510可接收从激光系统400传输的照射的至少一部分的位置中。样本载台512可进一步经配置以将样本510致动到用户选定位置。样本载台512可进一步通信耦合到一或多个计算系统且经配置以将样本510致动到用户选定位置或由计算系统确定的位置，其中样本510可接收从激光系统400传输的照射的至少一部分。

检验系统500可进一步包括经配置以直接或间接接收从样本510的表面反射的照射的至少一部分的检测器504。检测器504可包括此项技术已知的任何适合检测器，例如电荷耦合装置(ccd)或基于时间延迟积分(tdi)ccd的检测器。检验系统500可进一步包括通信耦合到检测器504的一或多个计算系统514。计算系统514可经配置以从检测器504接收关于从样本510的表面反射的照射的特性的信息。计算系统514可进一步经配置以执行来自载体媒体516上的程序指令518的检验算法。所述检验算法可为此项技术已知的用于利用关于从样本510的表面反射的照射的特性的信息来测量样本510的一或多个缺陷的任何检验算法。因此，计算系统514可利用关于从样本510的表面反射的照射的信息来进行例如样本510的缺陷的存在、不存在、数量及/或类型的测量。

检验系统500可包括一或多个照射光学元件503(例如，延迟器、四分之一波板、聚焦光学器件、相位调制器、偏光器、反射镜、分束器、反射器、会聚/发散透镜、棱镜等)。照射光学元件503可经配置以直接或间接接收从激光系统400发出的照射。照射光学元件403可进一步经配置以将直接或间接从激光系统400接收的照射的至少一部分沿着检验系统500的照射路径传输及/或引导到样本510的表面。所述照射路径可为照射可沿着其从激光系统400行进到样本510的表面的任何路径，例如激光系统400与样本510的表面之间的直接视线。在一些实施例中，所述照射路径可为由一或多个光学元件(包括但不限于照射光学元件或本文中所揭示的任何其它光学元件)的配置所描绘的路径。

在一个实施例中，检验系统400的照射路径可包括经配置以将直接或间接从激光系统400接收的照射的至少一部分传输到样本510的表面或照射路径的又一组件的分束器508。分束器508可为能够将照射光束分成两个或两个以上照射光束的任何光学装置。所述照射路径可进一步包括经配置以将直接或间接从激光系统400接收的照射的至少一部分传输到样本510的表面的检验光学元件505(例如，延迟器、四分之一波板、聚焦光学器件、相位调制器、偏光器、反射镜、分束器、反射器、会聚/发散透镜、棱镜等)。

在一个实施例中，检验系统500可包括经配置以直接或间接接收从样本510的表面反射的照射的至少一部分的收集光学元件505(例如，延迟器、四分之一波板、聚焦光学器件、相位调制器、偏光器、反射镜、分束器、反射器、会聚/发散透镜、棱镜等)。收集光学元件506可进一步经配置以将直接或间接从样本510的表面接收的照射的至少一部分沿着检验系统500的收集路径传输到检测器504。所述收集路径可为照射可沿着其从样本510的表面行进到检测器504的任何路径，例如样本410的表面与检测器504之间的直接视线。在一些实施例中，所述收集路径可为由一或多个光学元件(包括但不限于收集光学元件或本文中所揭示的任何其它光学元件)的配置所描绘的路径。

尽管本发明在类属地检验一或多个样本的背景下描述了检验系统400，但预期检验系统400的发明性方面可扩展到在半导体或半导体组件的制作或分析中所利用的大量检验或度量衡系统。检验系统400可针对此项技术已知的一或多个操作模式而配置。举例来说，检验系统400可针对明场检验、暗场检验或者此项技术现在或以后知晓的任何其它模式或配置而配置。检验系统400可进一步针对此项技术已知的一或多个检验能力而配置。举例来说，检验系统400可针对检验一或多个光掩模、经图案化晶片、未经图案化晶片或者此项技术现在或以后知晓的任何其它检验能力而配置。

应认识到，本发明通篇所描述的各种步骤可由单计算系统或者替代地多重计算系统实施。此外，所述系统的不同子系统可包括适合于实施上文所描述的步骤的至少一部分的计算系统。因此，以上描述不应解释为对本发明的限制而仅为说明。此外，一或多个计算系统可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任一者的任何其它步骤。

所述计算系统可包括但不限于个人计算系统、大型计算系统、工作站、图像计算机、平行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广泛地定义为囊括具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。

实施例如本文中所描述的方法的方法的程序指令可经由载体媒体传输或存储于载体媒体上。所述载体媒体可为例如导线、电缆或无线传输链路的传输媒体。所述载体媒体还可包括例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带的存储媒体。

本文中所描述的所有方法可包括将方法实施例的一或多个步骤的结果存储于存储媒体中。所述结果可包括本文中所描述的结果中的任一者且可以此项技术中已知的任何方式存储。所述存储媒体可包括本文中所描述的任何存储媒体或此项技术中已知的任何其它适合存储媒体。在已存储结果之后，所述结果可在所述存储媒体中存取且由本文中所描述的方法或系统实施例中的任一者使用，经格式化以用于向用户显示，由另一软件模块、方法或系统等使用。此外，可“永久性地”、“半永久性地”、暂时性地或针对某一时间周期存储所述结果。举例来说，所述存储媒体可为随机存取存储器(ram)，且所述结果可不必无限期地存留于所述存储媒体中。

进一步预期，上文所描述的方法的实施例中的每一者可包括本文中所描述的任何其它方法的任何其它步骤。另外，上文所描述的方法的实施例中的每一者可由本文中所描述的系统中的任一者执行。

所属领域的技术人员将了解，存在可借以实现本文中所描述的过程及/或系统及/或其它技术的各种载具(例如，硬件、软件及/或固件)，且优选载具将随其中部署所述过程及/或系统及/或其它技术的背景而变化。举例来说，如果实施者确定速度及准确度是极为重要的，那么实施者可选择主要硬件及/或固件载具；或者，如果灵活性是极为重要的，那么实施者可选择主要软件实施方案；或者，再替代地，实施者可选择硬件、软件及/或固件的某一组合。因此，存在可借以实现本文中所描述的过程及/或装置及/或其它技术的数种可能载具，其中的任一者均不固有地优于另一者，因为将利用的任何载具是取决于其中将部署所述载具的背景及实施者的具体关注问题(例如，速度、灵活性或可预测性)(其中的任一者可变化)的选择。所属领域的技术人员将认识到，实施方案的光学方面通常将采用经光学定向的硬件、软件及/或固件。

所属领域的技术人员将认识到，在此项技术内以本文中所阐明的方式描述装置及/或过程且此后使用工程实践将此类所描述装置及/或过程集成到数据处理系统中是常见的。也就是说，本文中所描述的装置及/或过程的至少一部分可经由合理量的实验而集成到数据处理系统中。所属领域的技术人员将认识到，典型数据处理系统通常包括以下各项中的一或多者：系统单元外壳；视频显示装置；存储器，例如易失性及非易失性存储器；处理器，例如微处理器及数字信号处理器；计算实体，例如操作系统、驱动器、图形用户接口及应用程序；一或多个交互装置，例如触摸垫或触摸屏；及/或控制系统，包括反馈环路及控制电机(例如，用于感测位置及/或速度的反馈；用于移动及/或调整组件及/或数量的控制电机)。可利用任何适合市售组件(例如通常发现于数据计算/通信及/或网络计算/通信系统中的组件)来实施典型数据处理系统。

本文中所描述的标的物有时图解说明含纳于不同其它组件内或与不同其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的任何组件布置有效地“相关联”使得实现所要功能性。因此，可将本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件视为彼此“相关联”使得实现所要的功能性，而不管架构或中间组件如何。同样地，如此相关联的任何两个组件也可视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件也可视为彼此“可耦合”以实现所要功能性。可耦合的特定实例包括但不限于可物理配合及/或物理交互的组件及/或可以无线方式交互及/或以无线方式交互的组件及/或以逻辑方式交互及/或可以逻辑方式交互的组件。

尽管已展示并描述了本文中所描述的本发明标的物的特定方面，但所属领域的技术人员基于本文中的教示将明了，可在不背离本文中所描述的标的物及其更广泛的方面的情况下做出改变及修改，且因此，所附权利要求书将在本文中所描述的标的物的真正精神及范围内的所有此类改变及修改囊括于其范围内。

此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。

虽然已图解说明了本发明的特定实施例，但应明了，所属领域的技术人员可在不背离前述揭示内容的范围及精神的情况下做出本发明的各种修改及实施例。因此，本发明的范围应仅受所附权利要求书限制。

据信，通过上述描述将理解本发明及其许多附带优点，且将明了可在不背离所揭示标的物或不牺牲所有其材料优点的情况下在组件的形式、构造及布置上做出各种改变。所描述的形式仅为解释性的，且所附权利要求书的意图为囊括并包括此类改变。