一种超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜的制作方法
【专利摘要】一种超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，主要涉及激光微加工领域。本实用新型的目的是提供一种准分子激光光束聚焦镜头，包含若干单正透镜及双胶合透镜，其特征在于该镜头所要达到的性能参数是：入瞳D＝30mm，焦距f′＝18mm，后焦距f＝0.5mm，光学场曲≤5％，最大视场为5°，全视场MYF值在50lp/mm时大于0.7。最终使得波长为248nm的准分子激光光束通过系统后得到的聚焦光斑直径可达微米量级，为实现准分子激光聚焦直写微细加工提供了一种可行方案。
【专利说明】
一种超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜
技术领域
[0001]本实用新型涉及激光微加工领域，主要涉及的是一种准分子激光聚焦系统上使用的聚焦镜头。
【背景技术】
[0002]准分子激光以其具有较短的波长在材料加工领域表现出光子能量大、加工分辨率高、能量利用率高等优点，因而愈来愈广泛的被应用于微电子、微光学、微机械等领域。利用准分子激光进行聚焦直写微细加工时，由于准分子激光光束呈非对称高斯分布，通过普通的聚焦镜很难得到直径达微米量级的聚焦光斑。目前为获得微米级准分子激光光斑，通常采用掩膜遮挡的办法，这种方法导致准分子激光能量利用率大幅下降，使得准分子激光在激光加工领域的应用上受到限制。且目前已有的聚焦技术中，鲜有专门针对准分子激光光束聚焦的报道。针对以上内容，有必要设计一种纳光能力强并使得准分子激光光束聚焦光斑达微米量级的激光聚焦镜头。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是:根据准分子激光光束特点设计一种大口径短工作距离聚焦镜头，满足激光直写加工的技术要求，且得到的聚焦光斑直径达微米量级。
[0004]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，镜片材质均为石英玻璃，从物方到像方依次为第一单正透镜(I)、第一双胶合透镜
(2)、第二双胶合透镜(3)、第二单正透镜(4)、第三单正透镜(5)，其特征在于所达到的性能参数是:入瞳D = 30mm，焦距K = 18mm，后焦距f = 0.5mm，光学场曲< 5 %，光学畸变^ 2 %，最大视场为5°，全视场MYF值在501 p/mm时大于0.7，光线充满入瞳时焦点处光斑半径约为6.765μπι0
[0005]所述的第一单正透镜(I)的曲率半径Rl = 36.9602mm，R2 = inf inity，厚度dl =4.1386mm，空气间隔d2 = lmm(此处及下文中所述空气间隔均为透镜中心之间的距离)。
[0006]所述的第一双胶合透镜(2)的第一面的曲率半径Rl= 16.1359mm，厚度dl =1.8284mm，胶合面曲率半径R2= 12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半径R3 =12.5507mm，空气间隔 d3 = 12.2806mm。
[0007]所述的第二双胶合透镜(3)的第一面的曲率半径Rl=-19.1892mm，厚度dl =4.5321mm，胶合面曲率半径R2 = 129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半径R3 = -22.4038mm，空气间隔 d3 = 14.2689mm。
[0008]所述的第二单正透镜(4)的曲率半径RI = 16.3443mm,R2 = inf inity，厚度dl =7.0480mm，空气间隔 d2 = 6.6463mm。
[0009]所述的第三单正透镜(5)的曲率半径1?1 = 4.9400111111，1?2 = 4.5335111111，厚度(11 =6.8634mm，空气间隔 d2 = 0.5228mm。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的光学系统图。图中标号，(I)是第一单正透镜，(2)是第一双胶合透镜，(3)是第二双胶合透镜，(4)是第二单正透镜，(5)是第三单正透镜。
[0011]图2为本实用新型的MTF示意图。
[0012]图3为0°视场焦点处及焦点附近光斑大小图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合具体的实施方式来对本实用新型进行说明。
[0014]如图1至图3所示，一种聚焦镜头，它包括自光源至成像侧依次排列的第一单正透镜(I)、第一双胶合透镜(2)、第二双胶合透镜(3)、第二单正透镜(4)、第三单正透镜(5)。本系统采用第一单正透镜(I)与第一双胶合透镜(2)组合的方式来增强镜头的纳光能力，并通过增加第三单正透镜(5)来缩短系统的有效焦距达到获得小焦斑的目的。
[0015]本实用新型所要达到的性能参数是:入瞳D = 30mm，焦距P = 18mm，后焦距f =
0.5mm，系统总长度为67.79mm，光学场曲< 5 %，光学畸变< 2 %，最大视场为5°，全视场MYF值在501p/mm时大于0.7，正入射的光线充满入瞳时焦点处光斑半径约为6.7654!11。
[0016]为满足上述性能参数的要求，下面通过实施例对短焦距聚焦镜头光学系统中每个透镜的结构参数做进一步的描述。
[0017]在图1中，从左到右:第一单正透镜(I)的曲率半径Rl = 36.9602mm，R2 = infinity，厚度dl=4.1386mm，空气间隔d2 = lmm(此处及下文中所述空气间隔均为透镜中心之间的距离)。
[0018]第一双胶合透镜(2)的第一面的曲率半径Rl = 16.1359mm，厚度dl = 1.8284mm，胶合面曲率半径R2= 12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半径R3 = 12.5507mm，空气间隔 d3 = 12.2806mm。
[0019]第二双胶合透镜(3)的第一面的曲率半径Rl = -19.1892mm，厚度dl = 4.5321mm，胶合面曲率半径R2 = 129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半径R3 = _22.4038mm，空气间隔 d3 = 14.2689mm。
[0020]第二单正透镜(4)的曲率半径Rl = 16.3443mm，R2 = inf inity，厚度dl = 7.0480mm,空气间隔d2 = 6.6463mm。
[0021]第三单正透镜(5)的曲率半径1?1 = 4.9400111111，1?2 = 4.5335111111，厚度(11=6.8634111111，空气间隔d2 = 0.5228mm。
【主权项】
1.一种超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，镜片材质均为石英玻璃，其特征在于:从物方到像方依次为第一单正透镜(I)、第一双胶合透镜(2)、第二双胶合透镜(3)、第二单正透镜(4)、第三单正透镜(5)。2.如权利要求1所述的超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，其特征在于:第一单正透镜(I)的曲率半径 1?1 = 36.9602111111，1?2=;[11；1^11；^7，厚度(11 = 4.1386mm，空气间隔 d2 =Imm，所述空气间隔均为透镜中心之间的距离。3.如权利要求1所述的超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，其特征在于:第一双胶合透镜(2)的第一面的曲率半径Rl = 16.1359mm，厚度dl = l.8284mm，胶合面曲率半径R2=12.6613mm，厚度d2 = 2.6343mm，第二面的曲率半径R3 = 12.5507mm，空气间隔d3 =.12.2806mmo4.如权利要求1所述的超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，其特征在于:第二双胶合透镜(3)的第一面的曲率半径Rl =-19.1892mm，厚度dl =4.5321mm，胶合面曲率半径R2=129.3102mm，厚度d2 = 6.0275mm，第二面的曲率半径R3 =-22.4038mm，空气间隔d3 =.14.2689mm。5.如权利要求1所述的超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，其特征在于:第二单正透镜(4)的曲率半径Rl = 16.3443mm，R2= inf inity，厚度dl = 7.0480mm，空气间隔d2 =.6.6463mm。6.如权利要求1所述的超短工作距离大口径准分子激光聚焦物镜，其特征在于:第三单正透镜(5)的曲率半径Rl = 4.9400mm，R2 = 4.5335mm，厚度dl = 6.8634mm，空气间隔d2 =.0.5228mm。
【文档编号】G02B13/24GK205485030SQ201620044801
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】陈涛, 阳隽婷
【申请人】北京工业大学