一種超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡的制作方法
【專利摘要】一種超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，主要涉及激光微加工領(lǐng)域。本實(shí)用新型的目的是提供一種準(zhǔn)分子激光光束聚焦鏡頭，包含若干單正透鏡及雙膠合透鏡，其特征在于該鏡頭所要達(dá)到的性能參數(shù)是：入瞳D＝30mm，焦距f′＝18mm，后焦距f＝0.5mm，光學(xué)場(chǎng)曲≤5％，最大視場(chǎng)為5°，全視場(chǎng)MYF值在50lp/mm時(shí)大于0.7。最終使得波長(zhǎng)為248nm的準(zhǔn)分子激光光束通過(guò)系統(tǒng)后得到的聚焦光斑直徑可達(dá)微米量級(jí)，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光聚焦直寫微細(xì)加工提供了一種可行方案。
【專利說(shuō)明】
一種超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及激光微加工領(lǐng)域，主要涉及的是一種準(zhǔn)分子激光聚焦系統(tǒng)上使用的聚焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]準(zhǔn)分子激光以其具有較短的波長(zhǎng)在材料加工領(lǐng)域表現(xiàn)出光子能量大、加工分辨率高、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因而愈來(lái)愈廣泛的被應(yīng)用于微電子、微光學(xué)、微機(jī)械等領(lǐng)域。利用準(zhǔn)分子激光進(jìn)行聚焦直寫微細(xì)加工時(shí)，由于準(zhǔn)分子激光光束呈非對(duì)稱高斯分布，通過(guò)普通的聚焦鏡很難得到直徑達(dá)微米量級(jí)的聚焦光斑。目前為獲得微米級(jí)準(zhǔn)分子激光光斑，通常采用掩膜遮擋的辦法，這種方法導(dǎo)致準(zhǔn)分子激光能量利用率大幅下降，使得準(zhǔn)分子激光在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用上受到限制。且目前已有的聚焦技術(shù)中，鮮有專門針對(duì)準(zhǔn)分子激光光束聚焦的報(bào)道。針對(duì)以上內(nèi)容，有必要設(shè)計(jì)一種納光能力強(qiáng)并使得準(zhǔn)分子激光光束聚焦光斑達(dá)微米量級(jí)的激光聚焦鏡頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是:根據(jù)準(zhǔn)分子激光光束特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種大口徑短工作距離聚焦鏡頭，滿足激光直寫加工的技術(shù)要求，且得到的聚焦光斑直徑達(dá)微米量級(jí)。
[0004]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，鏡片材質(zhì)均為石英玻璃，從物方到像方依次為第一單正透鏡(I)、第一雙膠合透鏡
(2)、第二雙膠合透鏡(3)、第二單正透鏡(4)、第三單正透鏡(5)，其特征在于所達(dá)到的性能參數(shù)是:入瞳D = 30mm，焦距K = 18mm，后焦距f = 0.5mm，光學(xué)場(chǎng)曲< 5 %，光學(xué)畸變^ 2 %，最大視場(chǎng)為5°，全視場(chǎng)MYF值在501 p/mm時(shí)大于0.7，光線充滿入瞳時(shí)焦點(diǎn)處光斑半徑約為6.765μπι0
[0005]所述的第一單正透鏡(I)的曲率半徑Rl = 36.9602mm，R2 = inf inity，厚度dl =4.1386mm，空氣間隔d2 = lmm(此處及下文中所述空氣間隔均為透鏡中心之間的距離)。
[0006]所述的第一雙膠合透鏡(2)的第一面的曲率半徑Rl= 16.1359mm，厚度dl =1.8284mm，膠合面曲率半徑R2= 12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半徑R3 =12.5507mm，空氣間隔 d3 = 12.2806mm。
[0007]所述的第二雙膠合透鏡(3)的第一面的曲率半徑Rl=-19.1892mm，厚度dl =4.5321mm，膠合面曲率半徑R2 = 129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半徑R3 = -22.4038mm，空氣間隔 d3 = 14.2689mm。
[0008]所述的第二單正透鏡(4)的曲率半徑RI = 16.3443mm,R2 = inf inity，厚度dl =7.0480mm，空氣間隔 d2 = 6.6463mm。
[0009]所述的第三單正透鏡(5)的曲率半徑1?1 = 4.9400111111，1?2 = 4.5335111111，厚度(11 =6.8634mm，空氣間隔 d2 = 0.5228mm。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)圖。圖中標(biāo)號(hào)，(I)是第一單正透鏡，(2)是第一雙膠合透鏡，(3)是第二雙膠合透鏡，(4)是第二單正透鏡，(5)是第三單正透鏡。
[0011]圖2為本實(shí)用新型的MTF示意圖。
[0012]圖3為0°視場(chǎng)焦點(diǎn)處及焦點(diǎn)附近光斑大小圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體的實(shí)施方式來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。
[0014]如圖1至圖3所示，一種聚焦鏡頭，它包括自光源至成像側(cè)依次排列的第一單正透鏡(I)、第一雙膠合透鏡(2)、第二雙膠合透鏡(3)、第二單正透鏡(4)、第三單正透鏡(5)。本系統(tǒng)采用第一單正透鏡(I)與第一雙膠合透鏡(2)組合的方式來(lái)增強(qiáng)鏡頭的納光能力，并通過(guò)增加第三單正透鏡(5)來(lái)縮短系統(tǒng)的有效焦距達(dá)到獲得小焦斑的目的。
[0015]本實(shí)用新型所要達(dá)到的性能參數(shù)是:入瞳D = 30mm，焦距P = 18mm，后焦距f =
0.5mm，系統(tǒng)總長(zhǎng)度為67.79mm，光學(xué)場(chǎng)曲< 5 %，光學(xué)畸變< 2 %，最大視場(chǎng)為5°，全視場(chǎng)MYF值在501p/mm時(shí)大于0.7，正入射的光線充滿入瞳時(shí)焦點(diǎn)處光斑半徑約為6.7654!11。
[0016]為滿足上述性能參數(shù)的要求，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)短焦距聚焦鏡頭光學(xué)系統(tǒng)中每個(gè)透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)做進(jìn)一步的描述。
[0017]在圖1中，從左到右:第一單正透鏡(I)的曲率半徑Rl = 36.9602mm，R2 = infinity，厚度dl=4.1386mm，空氣間隔d2 = lmm(此處及下文中所述空氣間隔均為透鏡中心之間的距離)。
[0018]第一雙膠合透鏡(2)的第一面的曲率半徑Rl = 16.1359mm，厚度dl = 1.8284mm，膠合面曲率半徑R2= 12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半徑R3 = 12.5507mm，空氣間隔 d3 = 12.2806mm。
[0019]第二雙膠合透鏡(3)的第一面的曲率半徑Rl = -19.1892mm，厚度dl = 4.5321mm，膠合面曲率半徑R2 = 129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半徑R3 = _22.4038mm，空氣間隔 d3 = 14.2689mm。
[0020]第二單正透鏡(4)的曲率半徑Rl = 16.3443mm，R2 = inf inity，厚度dl = 7.0480mm,空氣間隔d2 = 6.6463mm。
[0021]第三單正透鏡(5)的曲率半徑1?1 = 4.9400111111，1?2 = 4.5335111111，厚度(11=6.8634111111，空氣間隔d2 = 0.5228mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，鏡片材質(zhì)均為石英玻璃，其特征在于:從物方到像方依次為第一單正透鏡(I)、第一雙膠合透鏡(2)、第二雙膠合透鏡(3)、第二單正透鏡(4)、第三單正透鏡(5)。2.如權(quán)利要求1所述的超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，其特征在于:第一單正透鏡(I)的曲率半徑 1?1 = 36.9602111111，1?2=;[11；1^11；^7，厚度(11 = 4.1386mm，空氣間隔 d2 =Imm，所述空氣間隔均為透鏡中心之間的距離。3.如權(quán)利要求1所述的超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，其特征在于:第一雙膠合透鏡(2)的第一面的曲率半徑Rl = 16.1359mm，厚度dl = l.8284mm，膠合面曲率半徑R2=12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半徑R3 = 12.5507mm，空氣間隔d3 =.12.2806mmo4.如權(quán)利要求1所述的超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，其特征在于:第二雙膠合透鏡(3)的第一面的曲率半徑Rl =-19.1892mm，厚度dl =4.5321mm，膠合面曲率半徑R2=129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半徑R3 =-22.4038mm，空氣間隔d3 =.14.2689mm。5.如權(quán)利要求1所述的超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，其特征在于:第二單正透鏡(4)的曲率半徑Rl = 16.3443mm，R2= inf inity，厚度dl = 7.0480mm，空氣間隔d2 =.6.6463mm。6.如權(quán)利要求1所述的超短工作距離大口徑準(zhǔn)分子激光聚焦物鏡，其特征在于:第三單正透鏡(5)的曲率半徑Rl = 4.9400mm，R2 = 4.5335mm，厚度dl = 6.8634mm，空氣間隔d2 =.0.5228mm。
【文檔編號(hào)】G02B13/24GK205485030SQ201620044801
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日
【發(fā)明人】陳濤, 陽(yáng)雋婷
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)