准分子激光器已成为紫外波段最有效的辐射源之一,由于其波长短、光子能量大、脉宽窄、脉冲功率高,对材料刻蚀的纵横尺寸能高精度控制等优点,近年来被人们广泛用于微机械、微光学等微加工手段。在实际应用中,几乎均要求准分子激光器输出的光束强度分布尽量均匀,因此迫切需要采用一些方法使激光光束能量分布均匀。准分子激光均束方法很多,主要有以下几种能实现准分子激光束的能量均匀化。
棱镜法:
当一束光强分布近似高斯函数的准平行激光束,通过棱镜时,光束被四面棱镜分成四束光束,四束光束在X-Y面上叠加后,光束分布均匀性有较好改善。在X-Y面上的一点的(x,y),经过四面棱镜后,X-Y面上的光强变化百分比小于3%,激光传输率可达94%,用棱镜法可以获得输出光束很好的均匀效果和较高的激光传输率,但棱镜法的均匀效果仅在输入光束严格对称时才获得理想的效果,并且获得均匀光束截面的位置极严格的对应于光楔的角度。
反射镜法:
当一束光强分布近似高斯函数的准平行激光束经过透镜L1聚焦到反射镜M1上,经过一次反射后,其能量分布将按照发生光束方向的改变和能量叠加现象,同样经过透镜L2和反射镜M2后,光束将再一次叠加。这样经过多次的光束叠加后,其初始的高斯光束能量分布将被均匀化。用反射镜法也可以获得输出光束很好的均匀效果和较高的激光传输率,但反射镜法的装配和调试极为困难。
万花筒法:
当光强分布为近似高斯分布的入射光以最大入射角θmax 进入光波导后,只有和透镜光轴平行的或和光轴成一较小夹角的光线不经过反射直接通过波导管,其余入射光的光线将在波导管内产生反射到达输出面的不同点上。万花筒法制作、装调简易,成本大大降低,能方便地改变输出光斑的大小,但此系统的传输损耗较大。
柱面镜法:
由四片柱面镜围成一个中空的方形结构,每片柱面镜安装在一个精细调整架上,通过调节可以控制中空部分的尺寸和形状,激光照射在装置上,中空部分激光直接透过,照射在边缘柱面透镜上的光将补偿到中间光的弱光强部分,通过计算柱面镜的参数和适当调节调整旋钮,就能得到均光效果,这种方法的优点是光束透过率较高,均光效果较好,但设计人员要求较高,设计人员需要计算镜片参数及设计高精度的微调机构。
复眼透镜列阵法:
蝇眼透镜阵列聚光系统由m×m片焦距和尺寸相同的小透镜组成的方形透镜阵列L,透镜列阵L把入射的准直光束波面分割成m2束子光束,在靶面上形成的光强分布实际是球面聚光镜将各子光束会聚在其焦平面上的光强的积分。使用透镜阵列聚光系统,即使在入射光束近场分布均匀性很差的情况下,仍然可以在焦平面上得到均匀的光照效果。
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