[實用新型]一種激光器溫控系統

有效

• 申請號: 201320028516.8
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN203193112U
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 張立佳;吳曉斌;趙江山;丁金濱;陳進新;李慧;劉斌;崔惠絨;周翊;王宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H01S3/041
• 分類號: H01S3/041;G05D23/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本實用新型涉及氣體激光器技術領域，具體涉及激光器溫控系統，特別是準分子激光器的溫控系統。

背景技術

準分子激光器是工作在紫外波段的脈沖氣體激光器，目前，用于大規模集成電路的激光光刻技術突破45nm分辨率，是當前光刻光源的主流選擇。

放電腔是準分子激光器的核心部件，主要包括放電電極、氣體循環系統和散熱系統，其綜合運轉性能決定著激光器的高壓放電能力、激光輸出質量和整體運轉效率。

激光系統的性能在一定程度上取決于放電腔的工作溫度。作為激光工作增益介質工作氣體存在最佳溫度范圍，在該溫度范圍內，激光器具有較高的能量轉換效率和輸出能量穩定性。

在準分子激光器工作時，高壓氣體放電及風機運轉導致腔內溫度升高，若不能有效的控制溫度，采取相應散熱措施，會導致激光輸出質量下降，激光器能量轉換效率和能量穩定性也會受到很大影響。

圖1為現有技術的溫控系統結構原理圖。1為放電腔，2為放電電極，3為熱交換系統，4為流量調節閥門，5為進水管道，6為出水管道，7為冷卻系統，8為溫度傳感器，9為PID(Proportion?Integration?Differentiation)控制器。

如圖1所示，準分子激光器包括有放電腔1，放電腔1包括放電電極2等部件，傳統的溫控系統包括熱交換系統3和冷卻系統7。熱交換系統3用于吸收放電腔1內的熱量，并通過進水管道5從冷卻系統7輸入冷卻水，通過出水管道6向冷卻系統7輸出被加熱的水，從而將熱量排出放電腔1外；冷卻系統7將由熱交換系統3的出水管道6輸出的被加熱的水進行冷卻，并將冷卻水輸出到熱交換系統3的進水管道5，以向熱交換系統3循環輸入冷卻水。在熱交換系統3的進水管道5上安裝有流量調節閥門4，在放電腔1內部安裝有一個溫度傳感器8，該溫度傳感器8檢測放電腔1內氣體溫度并將該溫度信號發送給PID控制器9，PID控制器9接收該溫度信號并據此對流量調節閥門4進行控制，以控制輸入到熱交換系統3的冷卻水流量，從而控制熱交換器3的熱交換效率，以對放電腔1內氣體的溫度進行控制。

圖2是傳統的PID控制器9的控制示意圖。如圖2所示，PID控制器9由比例單元、積分單元和微分單元組成。PID控制器由參考輸入與被調量的誤差、誤差的積分、誤差的微分三者的“線性組合”來產生控制信號。PID控制器根據設定溫度值r(t)和實際溫度輸出值y(t)之間形成控制偏差e(t)，并將偏差按比例、積分和微分作用通過線性組合求出控制量u(t)，從而實現對被控對象的控制。準分子激光器工作時，大部分輸入電能轉化為熱量，同時放電腔內風機旋轉也會產生很多熱量，使放電腔1內的溫度升高，溫度傳感器8實時檢測放電腔內工作氣體溫度，并將溫度信號傳遞給PID控制器9，PID控制器9根據實測數據進行運算處理，將控制信號發送給流量調節閥門4，流量調節閥門4根據接收到的控制信號通過進水管道5調節熱交換系統3與冷卻系統7冷卻水流量，從而控制氣體溫度。

圖1所示的放電腔內溫控系統工作溫度穩定性還有待提高，且控制受溫度傳感器檢測時間的限制。PID控制器對于單輸入單輸出的被控對象具有算法簡單、魯棒性好、可靠性高、結構簡單、調整方便等優點。但對于多輸入、多輸出的被控對象，各個變量之間相互耦合、相互影響，使被控對象性能受到影響。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型所要解決的技術問題之一是當前的準分子激光器的溫控能力不足，并且對于多輸入多輸出的被控對象各變量間互相影響的問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本實用新型提出一種激光器溫控系統，所述激激光器包括放電腔，該放電腔在工作時會產生熱量，其中，所述系統用于控制激光器的放電腔的溫度，且包括多個溫度檢測器和多個溫度控制裝置，所述多個溫度檢測器用于檢測與放電腔的溫度有關的多個位置的溫度，所述多個溫度控制裝置用于冷卻或加熱放電腔，所述系統還包括：一個神經網絡PID控制器，該神經網絡PID控制器用于接收所述多個溫度傳感器檢測的溫度信號，并根據該多個溫度信號分別調節所述溫控裝置，使所述放電腔的溫度達到所需的溫度。

根據本實用新型的一種具體實施方式，所述神經網絡PID控制器用于檢測及控制放電腔內工作氣體溫度，神經網絡PID控制器包括PID控制器和神經網絡，PID控制器直接對被控對象過程施行閉環控制，神經網絡用于調節PID控制器的參數。

根據本實用新型的一種具體實施方式，所述系統還包括能量檢測模塊，其用于檢測注入所述放電腔的電能量，從而得到注入放電腔的電能量的變化，并將該電信號傳送給所述神經網絡PID控制器。