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近年来,在各类电子产品需求的推动下,微电子光刻机等半导体制造装备的加工性能和加工效率性能不断提升。现有高端微电子光刻机中普遍采用快速超精密激光干涉仪作为其高速、动态、实时位姿测量手段,其相对测量准确度要求达到10-8量级;与此对应地,新一代和下一代微电子光刻机中可能采用性能提升后的快速超精密激光干涉仪或者在干涉仪的基础上融合平面光栅技术形成多维光栅干涉仪,以满足10-9量级的相对测量精度需求。随着下一代快速超精密激光干涉仪、光栅干涉仪的发展,其对激光光源的激光频率准确度和光源功率的需求,将大大超出现有激光干涉仪中气体稳频激光器的相应能力。为满足上述干涉光源特性需求,本文以输出光功率达到数十毫瓦的Nd:YAG激光器为对象,研究基于碘吸收谱外调制的Nd:YAG激光稳频控制方法和关键技术。论文主要研究内容如下:(1)以光刻机中典型的激光外差干涉测量系统和光栅干涉测量系统为例,分析激光外差干涉测量和光栅干涉测量的工作原理,并建立测量系统中激光频率相关的位移测量误差模型和干涉光源功率损耗、功率需求模型;在此基础上,给出下一代微电子光刻机中对激光频率准确度和光源功率的需求。(2)针对自由运转条件下Nd:YAG激光器起始频率随机范围大大超出谐振腔PZT扫描范围,导致不能完整覆盖预定吸收谱、无法有序输出超精细分量特征信号的问题,提出激光晶体温度和谐振腔PZT电压两个参数分级扫描的方法,利用激光晶体温度对频率大范围扫描和谐振腔PZT电压对频率的精细扫描,实现激光器频率对碘分子超精细吸收分量的完整扫描覆盖。(3)针对碘分子吸收谱包含数十个超精细吸收峰且吸收峰存在光强调制斜坡噪声、导致特定吸收峰难以有效识别和精确锁定的问题,首先设计了基于吸收谱超精细吸收峰阈值触发、首峰判读和序列计数的特征吸收峰识别方法,并利用滑动窗口数字积分平均方法来消除吸收峰存在的光强调制斜坡噪声,实现激光频率对碘分子特定的超精细吸收分量的精确锁定。(4)碘吸收谱外调制三次谐波解调稳频装置研制。设计了激光频率调制光路、碘吸收与差分探测光路、信号采集与数字解调电路、吸收峰判别计数与锁定控制单元、稳频装置一体化机械结构等,并集成了Nd:YAG激光器稳频装置。对所集成的Nd:YAG激光器稳频装置进行测试,实验结果表明:该装置可实现碘吸收谱的完整覆盖、特定吸收峰的有效识别和精确锁定;频率锁定后,激光器输出激光功率大于27m W,激光的相对频率稳定度为1.2×10-9(1小时);进一步的不确定度分析表明,稳频装置输出激光的频率准确度为1.2×10-9(1小时)。