專利名稱：準分子激光整形均束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種準分子激光的整形均束裝置，屬于激光加工及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
準分子激光器是在紫外波段的激光輻射源中運用最為廣泛的激光器。由于準分子激光本身屬于冷激光、無熱效應(yīng)，且同時是方向性好、波長純度高、輸出功率大、易被材料吸收的脈沖激光，近年來也越來越廣泛地應(yīng)用于激光加工、醫(yī)學、科學研究的許多領(lǐng)域。目前，應(yīng)用比較廣泛的準分子激光器，其波段主要是193nm氟化氬(ArF)、248nm氟化氪(KeF)、308nm氯化氙(XeCl)以及351nm氟化氙(XeF)。但是由于準分子激光器的工作原理所限，輸出的激光為高階多模式光束，通常情況下輸出光束的橫截面能量分布X方向為高斯能量分布，Y方向為近高斯能量分布的長方形光斑，能量分布非常不均勻，這給準分子激光的應(yīng)用帶來了困難。為了解決這個問題，就需要對原始輸出的準分子激光束的光強分布進行整形以及均勻化處理。如果能夠很好的解決上述問題，可以極大的擴展準分子激光在各個應(yīng)用領(lǐng)域的適用范圍。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于對原始輸出的準分子激光束的光強分布進行整形以及均勻化處理最終得到一個理想的整型均束效果。本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種準分子激光整形均束裝置，其特征在于:包括依次布置的第一微透鏡陣列1，第二透微鏡陣列2，球面傅立葉透鏡3，聚焦靶面4，所述的第一微透鏡陣列1、第二透微鏡陣列2、球面傅立葉透鏡3、聚焦靶面4固定在在滑動機械槽5內(nèi)。所述的第一微透鏡陣列I和第二微透鏡陣列2中的微透鏡本身為平凸面形的一體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成陣列的微透鏡級數(shù)為12X12級。第二微透鏡陣列2的焦距大于第一微透鏡陣列I的焦距，第二微透鏡陣列2的位置遠離第一微透鏡陣列I的焦平面。所述的第一微透鏡陣列I和第二微透鏡陣列2中各自共計144個微透鏡由鋼制金屬外框及兩塊鋼制金屬壓板壓緊固定，兩個金屬壓板的側(cè)面均有兩個螺絲來調(diào)整壓力。對于整個光學系統(tǒng)中光學元件的材料，采用了溶解氫分子濃度在5X IO18分子/cm3以下經(jīng)過特殊處理的特制石英，抑制光學元件本身對于準分子激光的一次光子吸收和二次光子吸收，光透過率高且耐受準分子激光。 準分子激光經(jīng)過本發(fā)明整形均束后，會在球面傅立葉透鏡的焦平面上得到了一個約2X2cm的能量高度均勻的正方形光斑。原始的準分子激光長方形光斑形狀質(zhì)量差且光斑內(nèi)部能量分布不均勻，經(jīng)過該裝置的均束作用后，已經(jīng)可以很好的解決上述問題。該裝置設(shè)計的實現(xiàn)，可以極大地擴展準分子激光在諸多應(yīng)用領(lǐng)域的適用范圍。

圖1為微透鏡陣列整形均束器裝置示意圖；圖2為微透鏡主視圖；圖3為微透鏡左視圖；圖4為微透鏡陣列特制機械夾具的主視圖:圖5為微透鏡陣列特制機械夾具的左視圖。圖中:1、第一微透鏡陣列，2、第二微透鏡陣列，3、傅立葉球面鏡，4、聚焦靶面，5、滑動機械固定平臺，6、壓力調(diào)整螺絲，7鋼制金屬壓板，8、鋼制金屬外框，9、微透鏡陣列。
具體實施方式
對于本激光整形均束裝置，有如下實施方式:本實用新型針對準分子激光，整個光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1，激光入射后依次經(jīng)過第一微透鏡陣列I第二微透鏡陣列2，最后在球面傅立葉透鏡3的聚焦靶面4上得到光能量分布均勻的正方形光斑,整個光學系統(tǒng)固定在在滑動機械槽5內(nèi)。當激光入射到第一微透鏡陣列I時，微透鏡陣列會將入射光分裂成許多彼此獨立傳播的細光束，充當多重光源的角色。第二透鏡陣列2的加入，使得兩塊微透鏡陣和傅立葉透鏡列形成了很多互相平·行的科勒照明系統(tǒng)。第二個透鏡陣列2結(jié)合球面傅里葉透鏡3，充當了一個物鏡陣列，將在第一個微透鏡陣列I上的每一條細光束產(chǎn)生的像，疊加在均束面上，由于子光束為正方形切光均勻度要遠遠高于初始入射光束，因此最后疊加得到的是一個正方形且能量分布均勻的光斑。該裝置同時具有整形和均束兩種能力。考慮到準分子激光能量非常大，如果讓第二微透鏡陣列的位置在第一微透鏡陣列的焦平面上有材料被破壞的危險。因此，光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)采用如下方式實現(xiàn):首先第一微透鏡陣列I在第二微透鏡陣列2的焦平面上，然后使第二微透鏡陣列2的焦距大于第一微透鏡陣列1，這樣第二微透鏡陣列2的位置就會遠離第一微透鏡陣列I的焦平面，這樣就可以在避免材料損壞的同時滿足科勒照明原理，實現(xiàn)準分子激光的整形和均束。構(gòu)成微透鏡陣列的微透鏡見圖2、圖3，透鏡為平凸面形的一體結(jié)構(gòu)，研磨成形后通過機械夾具固定，比傳統(tǒng)的柱面鏡疊加構(gòu)成的微透鏡陣列光學反射面少，光透過率提高。微透鏡陣列特制機械夾具的主視圖見圖4，左視圖見圖5。整個微透鏡陣列為12X12級共計144個微透鏡由鋼制金屬外框及兩塊鋼制金屬壓板壓緊固定，兩個金屬壓板的側(cè)面均有兩個螺絲來調(diào)整壓力。對于整個光學系統(tǒng)中光學元件的材料，采用了溶解氫分子濃度在5X IO18 (分子/cm3)以下經(jīng)過特殊處理的特制石英，抑制光學元件本身對于準分子激光的一次光子吸收和二次光子吸收，光透過率高且耐受準分子激光。在本實施例中具體參數(shù)設(shè)計如下所述:I)第一微透鏡陣列1:微透鏡單元的焦距為60mm，厚度為4mm，光圈形狀為正方形，凸面曲率半徑為30.5132mm,周期間距為 3.4mm。[0028]2)第二微透鏡陣列2:微透鏡單元的焦距為70mm，厚度為4mm，光圈形狀為正方形，面型為平凸面型，凸面曲率半徑為35.5985mm,周期間距為3.4mm。3)傅立葉球面鏡3:透鏡焦距為500mm,透鏡厚度為4mm,雙邊緣高度均為為60mm,面型為雙凸面型,前表面的曲率半徑為507.876mm，后表面的曲率半徑為-507.876。4)整個復(fù)眼式準分子激光均束裝置光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:第一微透鏡陣列1、第二微透鏡陣列2、傅立葉球面鏡3的中心軸線應(yīng)該在同一條直線上，且第一透鏡陣列與第二透鏡陣列的邊緣彼此平行，三個光學元件依次固定在滑動機械固定平臺5上?？臻g里第一微透鏡陣列與第二微透鏡陣列之間的間距為70mm，傅立葉球面鏡與第二微透鏡陣列之間的間距為30mm，整形均束的聚焦靶面4位于傅立葉球面鏡之后500mm的焦平面處。將整個光學系統(tǒng)封裝固定后，使用Lamb-da-Physik LPX305iF型準分子激光器248nm的準分子激光從第一微透鏡陣列的端口處入射，經(jīng)過整形均束后會在均束平面上得到約為2X2cm且能量均勻的正方形光斑。光斑的能量分布圖像由SPIRICON LBA-USB-L230激光光束質(zhì)量分析儀拍攝得 到，見圖7、圖8。
權(quán)利要求1.一種準分子激光整形均束裝置，其特征在于:包括依次布置的第一微透鏡陣列(I)，第二透微鏡陣列(2)，球面傅立葉透鏡(3)，聚焦靶面(4)，所述的第一微透鏡陣列(I)、第二透微鏡陣列(2)、球面傅立葉透鏡(3)、聚焦靶面(4)固定在在滑動機械槽(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種準分子激光整形均束裝置，其特征在于:所述的第一微透鏡陣列(I)和第二微透鏡陣列(2)中的微透鏡本身為平凸面形的一體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成陣列的微透鏡級數(shù)為12X12級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種準分子激光整形均束裝置，其特征在于:第二微透鏡陣列(2)的焦距大于第一微透鏡陣列(I)的焦距，第二微透鏡陣列(2)的位置遠離第一微透鏡陣列的焦平面(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種準分子激光整形均束裝置，其特征在于:所述的第一微透鏡陣列(I)和第二微透鏡陣列(2)中各自共計144個微透鏡由鋼制金屬外框及兩塊鋼制金屬 壓板壓緊固定，兩個金屬壓板的側(cè)面均有兩個螺絲來調(diào)整壓力。
專利摘要一種準分子激光整形均束裝置，屬于激光加工及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。包括依次布置的第一微透鏡陣列(1),第二透微鏡陣列(2)，球面傅立葉透鏡(3)，聚焦靶面(4)，所述的第一微透鏡陣列(1)、第二透微鏡陣列(2)、球面傅立葉透鏡(3)、聚焦靶面(4)固定在在滑動機械槽(5)內(nèi)。該裝置具有同時對準分子激光進行整形和均束的能力，可以很大的擴展準分子激光的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號B23K26/073GK203149208SQ201220748699
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月30日
發(fā)明者蔣毅堅, 靳羽華, 趙艷 申請人:北京工業(yè)大學