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

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1、中文图书分类号：TN249密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：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论文作者：阳隽婷学科：光学工程指导教师：陈涛论文提交日期:2016年6月20日UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN249学号：S201313010密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：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英文题目：DESIGHOFEXCIME

2、RLASERSHAPINGSYSTEMANDTHERESEARCOFBEAMTRANSFORMATIONSYSTEMBASEDONLASERBEAMSIMULATIONMETHOD论文作者：阳隽婷学科专业：光学工程研究方向：激光微纳加工申请学位：工学硕士指导教师：陈涛教授所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：阳隽婷日期：2016年6月20日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：阳隽婷日期：2016年6月20日导师签名：陈涛日期：2016年6月

4、20日摘要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

5、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

6、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IAbstractAbstractExci

7、merlaserisalaserproducedbyusingtheexcimergasastheactivemedium.Theexcimerlaserisanultravioletwaveband,andthewavelengthisshort,whichissuitableforhighprecisionmicromachining.Becauseoftheparticularityofthedischargeoftheexcimerlaserintheexcitation,thebeamquali

8、tyisgreatlyaffected,theoutputlightspotisbigger,andtheenergydistributionofthespotisnotuniform,whichaffectstheeffectofmicromachining.Thispaperanalyzesthepresentsituationofexcimerlasermicromachiningmethods,Accordingtot