[实用新型]准分子激光微加工用的均束器

说明书

技术领域

准分子激光微加工用的均束器属于激光微加工及其应用技术领域。它是一种将原始的准分子激光光束进行重新分布以达到尽可能的均匀的目的。主要应用于准分子激光微加工掩模投影成像法。

背景技术

在准分子激光微加工掩模投影成像法中，由于是一次成形加工，为了保证各个加工面能够达到一致的加工效果，必须使到达加工面的准分子能量的分布在各个点上都能够均匀一致。而由于准分子激光器出射的激光在垂直方向上的分布为准高斯分布，从而使得在掩模板上的准分子激光辐射不均匀，并且在两个方向上准分子激光的发散角及宽度都不一致，由于在加工过程中存在一定的缩小倍率，使得这一差别被进一步的放大，从而影响到最终的加工效果。

发明内容

本实用新型的目的在于克服以上不足，提供一种两级复眼式准分子激光微加均束器

本实用新型的技术方案见结构1。它包括有在内伸缩镜筒T中，顺次组合排列的一系列的紫外光学透镜组成。其特征在于它是将准分子激光器出射的激光经柱面扩束镜L₁、L₂，扩束后顺次入射正负两级复眼小透镜阵列L₃、L₄，透射子波束入射到收集透镜L₅。其中，两级复眼中每一级由前后紧贴正交的透镜阵列构成，透镜阵列采用了相互之间沿其长轴侧面粘接的一系列现有的条形小柱面透镜。其特征还在于采用了相互之间距离可调、并且其调节距离由小透镜的组合光学焦度与第二级小透镜的口径大小决定的两级复眼透镜阵列L₃、L₄。

通常复眼(也可称蝇眼)是泛指具有大量感测光信息而密集排列的子眼球的动物眼睛，有时也借此概念来指称根据动物仿生原理而制造的光学部件系统。本实用新型的复眼为小透镜阵列，可以将准分子激光进行重新分割后叠加，依据场强分布互补积分原理，可以将不能满足微加工要求的光强不均匀分布的原始激光束，变换为照明分布均匀的激光束，从而提供微加工并行投影的使用，最终使不同区域的加工效果达到均匀一致。图1中L₁和L₂组成扩束镜，以使入射的激光大小和透镜阵列的大小一致。复眼小透镜阵列L₃和L₄分别由两组取向正交的一系列条形柱面小透镜构成，每一取向的各小透镜间沿长轴的侧面粘接，两组之间前后紧贴，组成每一级复眼。两级复眼分别为正、负曲率的小透镜。两级透镜之间的距离S可调，以实现均束面上的光斑面积可变。图2中每一级复眼透镜(L₃或L₄)的正面示意图中，其每一个网格单元对激光束的作用均可代表为一个小双曲透镜。本实用新型的设计原理见图3。准分子激光经过扩束镜L₁和L₂扩束后，再进入7×7的复眼小透镜阵列L₃和L₄，被分成49束子光束，扩束镜为柱面透镜以适应准分子激光在两个方向上不同的光束宽度及发散角，由于子光束的能量差别要远远小于原始的准分子激光光束能量分布差别，子光束经过收集透镜后会聚在均束面上，由于各子光束在均束面上的大小一致，使得会聚后的光束截面的能量分布差要远远小于原始光束的差别。

本实用新型使原始的准分子激光光束通过重新分割叠加从而使得最终到达掩模面的准分子光斑的能量密度差尽可能的减小，保证在加工工件上的最终加工结果的一致性。

附图说明

图1：复眼均束器结构示意图，T为内伸缩式镜筒，用以固定、支持每个光学零件，并可以进行旋转操作来调整两级复眼L₃、L₄的间距。在镜筒内部，L₁、L₂组成扩束器，L₃、L₄为两级复眼透镜，L₅为收集透镜；

图2：为单级复眼正交柱面透镜阵列示意图(L₃或L₄)，(a)复眼中前排水平方向透镜阵列的正视图，其中每一条形格代表一个小柱面透镜。(b)为复眼中后排垂直方向透镜阵列的正视图，其中每一条形格也代表一个小柱面透镜。(c)为前后两排透镜组合后的正视图；

图3：为复眼均束原理图

具体实施方式

本均束器光学材料采用石英玻璃，牌号为JGS1。加工中选取小透镜阵列L₃上每个小透镜的焦距为243mm各小透镜的光轴相互平行，L₄上每个小透镜的焦距为-123mm，小透镜的光轴同L₃，且两级小透镜一一对应，收集透镜L₅的焦距为1000mm，L₃和L₄之间的距离从20mm到110mm之间可调，装调完成后，准分子激光经柱面透镜进入均束器，由收集透镜出射后在收集透镜的焦面上用美国Sensor Physics紫外胶片拍摄原始光束及经过整形均束后的光束，用Sensor Physics Laser Test LS4激光光束质量分析仪测得光斑分布图，输出平面上整个光束截面内光强均匀性优于±2％，均匀平面有数毫米焦深。