基于光斑模拟方法的准分子激光均束系统设计及小光斑变换光学系统的研究

发布时间：2017-04-07 08:13

  本文关键词：基于光斑模拟方法的准分子激光均束系统设计及小光斑变换光学系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：准分子激光是以准分子气体作为激活介质而产生的激光。准分子激光属于紫外波段,具有波长短的特点,适用于高精度的微细加工。由于准分子激光器在激励时的放电特殊性,光束质量受到很大影响,光斑能量分布不均匀,输出光斑较大,影响了微加工的质量。文章分析了准分子激光微细加工方法的现状,对准分子激光均束装置及聚焦系统进行了研究,分别设计了一套柱面镜阵列均束系统及一套准直聚焦系统。本文基于准分子激光光束的特点,分析了波长为248nm的准分子激光光束能量分布情况,提出了三种利用zemax光学设计软件自带的光源模型来拟合准分子激光光源的方法。分别讨论了高斯光源模型、椭圆光源模型及二极管光源模型模拟准分子激光光源的方法及详细参数设定,并从光斑能量分布情况及光束发散角两方面检验模拟的准确性,最终得到了与准分子激光光源较为接近的模拟光源。该模拟方法为准分子激光光学元件的设计提供了便利,也为其他复杂光源的模拟提供了参考。深入分析了复眼整形阵列的研究背景和基本原理,利用光学软件zemax的仿真模拟优化能力,根据准分子激光光束自身的特点设计了柱面镜阵列整形均束装置。采用了序列模式与非序列模式混合建模的方式来完成光路的搭建,并通过插入模拟光源的方法对整形及均束效果进行了验证。分析了激光光束准直及聚焦理论,主要讨论了光学系统参数对聚焦光斑的影响。研究了现有经典光学结构所能达到的性能参数,选择双高斯结构为初始结构设计激光聚焦物镜,选择伽利略望远系统设计准直系统,并利用光学设计软件zemax进行优化。通过非序列模式下实际光源的模拟效果验证了所设计的准直聚焦镜头很好的消除了各种像差,能够达到100μm级的聚焦效果,提高了准分子直写加工的精度。
【关键词】：准分子激光 柱面镜阵列 光源模拟 准直聚焦镜头
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 激光微细加工技术9-10
• 1.2 准分子激光微细加工技术10-11
• 1.2.1 准分子激光加工特点10-11
• 1.2.2 准分子微细加工方法11
• 1.3 对于激光光束变换的研究11-17
• 1.3.1 激光光束整形方法的研究现状11-13
• 1.3.2 激光光束聚焦方法的研究现状13-17
• 1.4 实验室现状17-18
• 1.5 研究内容和目标18-19
• 第2章 基于zemax的准分子激光模拟19-31
• 2.1 准分子光束特性19-21
• 2.2 准分子激光模拟方法21-30
• 2.2.1 高斯光源（source gaussian）21-24
• 2.2.2 椭圆光源（source ellipse）24-27
• 2.2.3 二极管光源（source diode）27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 准分子激光均束系统研究31-45
• 3.1 微透镜阵列整形装置原理分析31-34
• 3.1.1 微透镜阵列光束均匀化的基本原理31-33
• 3.1.2 柱面镜阵列的基本原理33-34
• 3.2 微透镜阵列整形装置整体设计方案34-43
• 3.2.1 结构及参数确定34-37
• 3.2.2 zemax建模37-40
• 3.2.3 模拟仿真结果40-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 激光聚焦物镜的设计45-61
• 4.1 激光聚焦理论45-47
• 4.1.1 聚焦系统的种类45
• 4.1.2 聚焦系统特性对光束聚焦特性的影响45-47
• 4.2 一般光学系统设计实现过程47-49
• 4.3 聚焦物镜的设计49-58
• 4.3.1 聚焦物镜的选型及参数确定49-51
• 4.3.2 像差校正及系统优化51-54
• 4.3.3 设计结果及像差分析54-58
• 4.4 本章小结58-61
• 第5章 激光准直系统的设计61-71
• 5.1 激光准直系统的研究61-63
• 5.2 激光准直系统的设计及模拟63-68
• 5.2.1 用PW法求解初始结构63-66
• 5.2.2 设计结果及效果检验66-68
• 5.3 本章小结68-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文77-79
• 致谢79

  本文关键词：基于光斑模拟方法的准分子激光均束系统设计及小光斑变换光学系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：290006