[发明专利]准分子激光微加工系统的光具调节器

说明书

技术领域

本发明涉及一种准分子激光微加工系统的光学调整和紧定位器以及大尺寸方形光学元件安置方法，属于微纳米科学技术领域，用于MEMS加工。

背景技术

准分子是由化学活性最稳定的惰性元素Ar、Kr、Xe和化学性质最活泼的元素F、Cl、Br的两个同核或异核原子在激发态的复合物。与通常的分子不同，准分子是束缚在电子激发态下的分子，它没有稳定的基态，即准分子是一种只在激发态才能暂时存在的不稳定分子，在基态情况下它会迅速离解成其它分子团，因此准分子的寿命很短，它的上能级寿命只有10^-8s，而激光跃迁的下能级为弱束缚态，寿命也很短，一般10^-13s量级，由于准分子在基态时，迅速离解成独立的原子，基态基本上是抽空的，因此只要有准分子存在，就会形成极高的粒子数反转，所以准分子激光器的增益很高。由于准分子激光放电泵浦方式极容易导致弧光放电，所以准分子激光工作方式主要为脉冲方式。

除了少数准分子激光器外，准分子激光都位于紫外波段。由于准分子激光光子能量较大，和许多材料尤其是有机物的化学键能相比，它的光子能量要大于材料之间的化学键能，所以在准分子激光和材料相互作用时，准分子激光有时甚至能够直接打断材料的部分化学键而实现冷加工，在微加工领域得到了广泛的应用。准分子激光脉宽窄，约为几十纳米，有极高的功率密度，且材料对紫外激光吸收率高，因此准分子激光微细加工可用于半导体、微电子等领域。激光加工可以高效率、高质量地完成微细小孔、划片微调、切割、焊接等加工。对于微小元件、印刷电路板、集成电路、微电子元件和微小生物传感器等的制作，准分子激光微细加工是不可替代的手段。

准分子激光微加工系统主要由以下几部分组成：准分子激光器、光束变换组件(包括准分子激光扩束准直透镜组、准分子激光复眼透镜组、准分子激光汇聚透镜)、激光投影或直写组件、加工平台。在实际应用中为了加工的方便，还需要一些辅助的设备：准直激光器、同轴观察系统。

在准分子激光微加工系统中，激光光源是最重要的部分，准分子激光具有单光子能量高、峰值功率高、材料吸收率高、分辨率高等突出的优点，但是也有光束质量差等问题。准分子激光器的原始光斑质量不好，发散角大，能量分布很不均匀，所以在激光加工材料前需要设计光路对光束进行处理，使光束质量满足微加工的要求。准分子激光光斑尺寸较大，直径约为30X15mm左右，所以光路中的部件如光束整形组件、均束器等都必须采用较大口径，相应的就需要较大尺寸的支撑部件，而目前市场上可用于实验室的光学平台上的光学器件的支撑部件均为小尺寸，不能用于准分子激光微加工系统光路的需要。同时准分子激光微加工系统光束变换组件中有很多方形光学元件的使用，如柱面镜的应用和复眼中使用的方形透镜阵列等，这些大尺寸方形光学元件尺寸大小不一，目前并未有安置尺寸不一的方形元件的通用方法介绍，现有的方法是根据所需安装方形元件的尺寸定做出与其完全符合的安置架，这种方法在实际应用中不仅费时费力而且非常浪费资源。此外，目前市场上的通用支撑部件只可以实现低维可调，对于较多方向的调节并不支持，不能够适用于要求调节方向多的系统，这很大的影响了该通用支撑部件调试的准确性。在准分子激光微加工系统中，用到的都是较大口径的光路支撑零部件，由于其尺寸较大，重量较重，在进行必要的光路调试后，仅靠微调螺纹副驱动和拉力弹簧无法保证微加工系统的可靠地长期稳定工作，必须有独立的结构，在光路调试完成后紧固微加工系统中的光学部件，而目前市场上的通用支撑部件根本没有紧固光学部件的设计思路和具体结构，也未见准分子激光微加工系统领域中运用此结构的文献报导。准分子激光微加工系统中需要使光束从水平方向转至竖直方向，即使光路转折90°对材料进行微加工，又由于准分子激光微加工系统中使用的光学元件均为大尺寸，而准分子激光微加工系统中大尺寸光学元件的精细微调和长期稳固非常重要，但是目前市场上的转折部件并不能够在保证精细微调和长期稳固的前提下进行光路转折。

发明内容

为了很好地解决上述问题，本发明中提供了一种适于安装大尺寸光学元件及方形光学元件，并可将光路转折90°的准分子激光微加工系统的光具调节器。