准分子激光整形均束装置

一种准分子激光整形均束装置，属于激光加工及其应用技术领域。包括依次布置的第一微透镜阵列（1）,第二透微镜阵列（2），球面傅立叶透镜（3），聚焦靶面（4），所述的第一微透镜阵列（1）、第二透微镜阵列（2）、球面傅立叶透镜（3）、聚焦靶面（4）固定在在滑动机械槽（5）内。该装置具有同时对准分子激光进行整形和均束的能力，可以很大的扩展准分子激光的应用领域。

技术领域
本实用新型是一种准分子激光的整形均束装置，属于激光加工及其应用技术领域。 
背景技术
准分子激光器是在紫外波段的激光辐射源中运用最为广泛的激光器。由于准分子激光本身属于冷激光、无热效应，且同时是方向性好、波长纯度高、输出功率大、易被材料吸收的脉冲激光，近年来也越来越广泛地应用于激光加工、医学、科学研究的许多领域。目前，应用比较广泛的准分子激光器，其波段主要是193nm氟化氩(ArF)、248nm氟化氪(KeF)、308nm氯化氙(XeCl)以及351nm氟化氙(XeF)。但是由于准分子激光器的工作原理所限，输出的激光为高阶多模式光束，通常情况下输出光束的横截面能量分布X方向为高斯能量分布，Y方向为近高斯能量分布的长方形光斑，能量分布非常不均匀，这给准分子激光的应用带来了困难。 为了解决这个问题，就需要对原始输出的准分子激光束的光强分布进行整形以及均匀化处理。如果能够很好的解决上述问题，可以极大的扩展准分子激光在各个应用领域的适用范围。 
发明内容
本实用新型的目的在于对原始输出的准分子激光束的光强分布进行整形以及均匀化处理最终得到一个理想的整型均束效果。 本实用新型采用如下技术方案： 一种准分子激光整形均束装置，其特征在于：包括依次布置的第一微透镜阵列1，第二透微镜阵列2，球面傅立叶透镜3，聚焦靶面4，所述的第一微透镜阵列1、第二透微镜阵列2、球面傅立叶透镜3、聚焦靶面4固定在在滑动机械槽5内。 所述的第一微透镜阵列1和第二微透镜阵列2中的微透镜本身为平凸面形的一体结构，构成阵列的微透镜级数为12×12级。 第二微透镜阵列2的焦距大于第一微透镜阵列1的焦距，第二微透镜阵列2的位置远离第一微透镜阵列1的焦平面。 所述的第一微透镜阵列1和第二微透镜阵列2中各自共计144个微透镜由钢制金属外框及两块钢制金属压板压紧固定，两个金属压板的侧面均有两个螺丝来调整压力。 对于整个光学系统中光学元件的材料，采用了溶解氢分子浓度在5×10¹⁸分子/cm³以下经过特殊处理的特制石英，抑制光学元件本身对于准分子激光的一次光子吸收和二次光子吸收，光透过率高且耐受准分子激光。 准分子激光经过本发明整形均束后，会在球面傅立叶透镜的焦平面上得到了一个约2×2cm的能量高度均匀的正方形光斑。原始的准分子激光长方形光斑形状质量差且光斑内部能量分布不均匀，经过该装置的均束作用后，已经可以很好的解决上述问题。该装置设计的实现，可以极大地扩展准分子激光在诸多应用领域的适用范围。 
附图说明
图1为微透镜阵列整形均束器装置示意图； 图2为微透镜主视图； 图3为微透镜左视图； 图4为微透镜阵列特制机械夹具的主视图： 图5为微透镜阵列特制机械夹具的左视图。 图中：1、第一微透镜阵列，2、第二微透镜阵列，3、傅立叶球面镜，4、聚焦靶面，5、滑动机械固定平台，6、压力调整螺丝，7钢制金属压板，8、钢制金属外框，9、微透镜阵列。 
具体实施方式
对于本激光整形均束装置，有如下实施方式： 本实用新型针对准分子激光，整个光学系统的结构见图1，激光入射后依次经过第一微透镜阵列1第二微透镜阵列2,最后在球面傅立叶透镜3的聚焦靶面4上得到光能量分布均匀的正方形光斑，整个 光学系统固定在在滑动机械槽5内。 当激光入射到第一微透镜阵列1时，微透镜阵列会将入射光分裂成许多彼此独立传播的细光束，充当多重光源的角色。第二透镜阵列2的加入，使得两块微透镜阵和傅立叶透镜列形成了很多互相平行的科勒照明系统。第二个透镜阵列2结合球面傅里叶透镜3，充当了一个物镜阵列，将在第一个微透镜阵列1上的每一条细光束产生的像，叠加在均束面上，由于子光束为正方形切光均匀度要远远高于初始入射光束，因此最后叠加得到的是一个正方形且能量分布均匀的光斑。该装置同时具有整形和均束两种能力。 考虑到准分子激光能量非常大，如果让第二微透镜阵列的位置在第一微透镜阵列的焦平面上有材料被破坏的危险。因此，光学系统的结构和参数采用如下方式实现：首先第一微透镜阵列1在第二微透镜阵列2的焦平面上，然后使第二微透镜阵列2的焦距大于第一微透镜阵列1，这样第二微透镜阵列2的位置就会远离第一微透镜阵列1的焦平面，这样就可以在避免材料损坏的同时满足科勒照明原理，实现准分子激光的整形和均束。 构成微透镜阵列的微透镜见图2、图3，透镜为平凸面形的一体结构，研磨成形后通过机械夹具固定，比传统的柱面镜叠加构成的微透镜阵列光学反射面少，光透过率提高。 微透镜阵列特制机械夹具的主视图见图4，左视图见图5。整个微透镜阵列为12×12级共计144个微透镜由钢制金属外框及两块钢制金属压板压紧固定，两个金属压板的侧面均有两个螺丝来调整压力。 对于整个光学系统中光学元件的材料，采用了溶解氢分子浓度在5×10¹⁸（分子/cm³）以下经过特殊处理的特制石英，抑制光学元件本身对于准分子激光的一次光子吸收和二次光子吸收，光透过率高且耐受准分子激光。 在本实施例中具体参数设计如下所述： 1）第一微透镜阵列1： 微透镜单元的焦距为60mm，厚度为4mm，光圈形状为正方形，凸面曲率半径为30.5132mm，周期间距为3.4mm。 2）第二微透镜阵列2： 微透镜单元的焦距为70mm，厚度为4mm，光圈形状为正方形，面型为平凸面型，凸面曲率半径为35.5985mm，周期间距为3.4mm。 3）傅立叶球面镜3： 透镜焦距为500mm，透镜厚度为4mm，双边缘高度均为为60mm，面型为双凸面型，前表面的曲率半径为507.876mm，后表面的曲率半径为-507.876。 4）整个复眼式准分子激光均束装置光学系统的结构参数如下： 第一微透镜阵列1、第二微透镜阵列2、傅立叶球面镜3的中心轴线应该在同一条直线上，且第一透镜阵列与第二透镜阵列的边缘彼此平行，三个光学元件依次固定在滑动机械固定平台5上。空间里第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的间距为70mm，傅立叶球面镜与第二微透镜阵列之间的间距为30mm，整形均束的聚焦靶面4位于傅立叶球面镜之后500mm的焦平面处。 将整个光学系统封装固定后，使用Lamb-da-Physik LPX305iF型准分子激光器248nm的准分子激光从第一微透镜阵列的端口处入射，经过整形均束后会在均束平面上得到约为2×2cm且能量均匀的正方形光斑。光斑的能量分布图像由SPIRICON LBA-USB-L230激光光束质量分析仪拍摄得到，见图7、图8。