[發明專利]校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態的物鏡

有效

• 申請號: 202011601359.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112305726B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王雪輝;溫彬;李曾卓;王建剛
• 申請（專利權）人: 武漢華工激光工程有限責任公司
• 主分類號: G02B15/02
• 分類號: G02B15/02;G02B7/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本發明公開一種校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態的物鏡，包括沿入射光束方向依次設置的第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片和第七鏡片；所述第一鏡片采用雙凹透鏡，所述第二鏡片采用平凸透鏡，所述第三鏡片采用雙凸透鏡，所述第四鏡片采用凸平透鏡，所述第五鏡片和第六鏡片均采用彎月透鏡，所述第七鏡片采用平平透鏡。本發明經過設計后的物鏡，能夠校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態，使不同位置的聚焦光斑的光斑能量以及能量集中度一致，保證加工精度。

技術領域

本發明涉及超快激光加工技術領域，尤其涉及一種校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態的物鏡。

背景技術

玻璃切割、晶圓隱切等在工業領域屬于熱點技術，這些切割技術要求切割后的斷面必須干凈，不需要后續的處理；且切割材料一般都比較脆弱，加工過程中也會產生材料的局部變弱，要求激光裂縫必須沿著玻璃片的整個深度產生。因此,在考慮時效性等因素下，希望形成的光束能夠分布在整個切割方向，例如細長的貝塞爾光束，激光絲狀光束，或者基于衍射理論的多焦點的分布等。而為了最大限度地加工，需要對整個玻璃厚度進行加工的時候使光束的能量密度、光斑的分布是一致的，但是由于要求的光束的光斑直徑非常小，根據公式聚焦光斑直徑d=2*M²*λ/（π*NA），其中，M²為光束質量因子，λ為激光波長，那么要求使用的聚焦鏡的數值孔徑NA則非常大，因此，分布在聚焦鏡折射焦點位置外的焦點會由于像差的影響而導致光斑分布以及能量密度分布惡化，如圖1所示。

從圖1中可以看到，多焦點整形鏡片經過聚焦鏡后在沿著光束的傳播方向形成了不同的焦點的個數，如果將鏡頭的折射焦點位置設為多個焦點的中間點的位置，那么由于聚焦點的聚焦時候的角度不同，聚焦點的分布以及能量集中度均會變差，由于折射焦點放在了中心位置所以光斑的分布基本成對稱的趨勢惡化，如圖1中虛線框中光斑的分布；如果將折射的焦點放在多個焦點的最上方，那么最后一個焦點將會惡化的最嚴重，如圖1中虛線框外的光斑的分布。同理，對于在沿著Z方向分布的其他方式均會出現這個現象，而且會嚴重影響到加工的精度，甚至導致最后的裝置不可用。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態的物鏡，能夠使不同位置的聚焦光斑的光斑分布及能量集中度一致。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態的物鏡，包括沿入射光束方向依次設置的第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片和第七鏡片；所述第一鏡片采用雙凹透鏡，所述第二鏡片采用平凸透鏡，所述第三鏡片采用雙凸透鏡，所述第四鏡片采用凸平透鏡，所述第五鏡片和第六鏡片均采用彎月透鏡，所述第七鏡片采用平平透鏡。

上述技術方案中，將不同像方焦點的物方焦點放置在不同物距的位置，無限遠物距位置可以位于多個焦點的整個分布的中心焦點的物方，也可以放置于第一個焦點的位置或者最后一個焦點的位置；然后設置不同的像距，匹配不同的物距，每個焦點位置對應一個光束的角度即數值孔徑值；基于前述原理進行七組鏡片的設計，經過設計后的物鏡，能夠校正沿著光束傳播方向的光學聚焦點分布狀態，使不同位置的聚焦光斑的光斑能量以及能量集中度一致，保證加工精度。

進一步地，所述的第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片和第七鏡片沿激光光束傳播方向并沿水平方向依次同軸設置。

進一步地，所述第一鏡片包括兩個曲面S1、S2，所述曲面S1的曲率半徑R1=-29.6±10%mm，所述曲面S2的曲率半徑R2=18.3±10%mm；所述第一鏡片的中心厚度為2±10%mm。

進一步地，所述第二鏡片包括平面S3和曲面S4，所述曲面S4的曲率半徑R4=-29.0±10%mm；所述第二鏡片的中心厚度為5±10%mm。