专利名称：一种准分子激光微加工系统的光具调节器的制作方法
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，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ICT13s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。准分子激光掩模投影微加工系统主要由以下几部分组成准分子激光器、衰减器、 导光系统、光束整形组件、均束器、掩模、缩小投影物镜、加工平台、观察对准系统及控制系 统等。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，能量分布很不均勻，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。同时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。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。由于较大口径 的光路支撑零部件尺寸较大，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
3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。 发明内容为了很好地解决上述问题，本发明中提供了一种准分子激光微加工系统的光具调 节器，可支撑较大口径光路，并具有五维可调功能，提高了准分子激光微加工系统的光学光 路支撑部件的通用性，并保证了微加工系统的长期稳定工作。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案设计一种准分子激光微加工系 统的光具调节器，由含有镜架的机械调整架构成，调整架由与光学导轨配合的滑动座、安装 在滑动座上的滑动底板、安装在滑动底板上的支撑板、安装在支撑板上的镜架、固定在滑动 底板并包围镜架的紧定位器组成；其中，滑动座的顶部和滑动底板底部设置有对应的四对 螺孔，可通过螺栓和螺母连接；滑动底板设有滑动凹槽，支撑板插于滑动底板的滑动凹槽 中，支撑板和滑动底板的两侧设置有对称的四个孔，在孔中固定拉力弹簧、用于拉紧固定支 撑板和滑动底板，滑动凹槽的两侧和底部两端设置有四个螺孔，螺孔内旋入四个微调螺纹 副驱动，并在这四个螺孔旁设置相应的小螺孔，用来作为微调螺纹副驱动的锁紧装置，并且 滑动底板在与支撑板的重叠处设置有四个紧固螺孔，可使用螺钉顶住支撑板，将滑动底板 与支撑板紧固；支撑板和镜架为设有光具孔的板状支架，支撑板和镜架的初始位置平行设 置，在支撑板和镜架边缘的侧下方或侧上方设有相邻的对应的两对螺孔，并通过螺栓将支 撑板和镜架连接，在支撑板和镜架的其余边缘均勻设置至少两对对应的通孔，通孔穿入拉 簧将支撑板和镜架连接，并且在两对螺孔处的支撑板和镜架之间设置由有钢珠作为旋转基 点，在支撑板边缘的正下方或正上方以及正右方或正左方还设置有两个螺孔，用于两个放 入微调螺纹副驱动；紧定位器通过紧定位器四周侧面均勻设置16至100个定位螺孔，螺孔 内旋入螺钉使螺钉顶于镜架侧面，将镜架与紧定位器紧固。由于在准分子激光加工系统中所用的光学器件的口径较大，本光具调节器的支撑 板和镜架上的光具孔为可放入直径大于80mm的透镜的光具孔。光具孔为适应不同的光学器件可以制成圆形或椭圆形或正方形或长方形。相应地 支撑板和镜架以及紧定位器的外框形状可以制成圆形或椭圆形或正方形或长方形。经实验验证，本发明可很好的解决准分子激光微加工系统中光路变换系统由于光 斑较大而找不到较大口径光路支撑部件的问题，五维可调功能使得光学零部件的调节更加 准确，具有独立结构的紧定位器很好的确保了系统的稳固性，保证了较大口径光学零部件 能够在准分子激光微加工系统中可靠地长期稳定工作。
图1为本实用新型实施例1的正面图图2为本实用新型实施例1的背面图图3为图1中所示向的剖视图图4为本实用新型实施例2的正面图图5为本实用新型实施例2的背面图图6为图4中所示向的剖视图图中1、滑动座，2、滑动底板，3、支撑板，4、镜架，5、紧定位器，6、7、8、9、微调螺纹副驱动，10、钢珠，11、微调螺纹副驱动，12、微调螺纹副驱动，13、拉力弹簧，14、拉力弹簧， 15、16、17、通孔，18、螺孔，19、紧固螺孔，20、小螺孔，21、固定螺孔，22、光具孔。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3对本实用新型的实施例1详细说明。本实施例主要包括有滑动座1、滑动底板2、支撑板3、镜架4、紧定位器5。紧定位 器5四面均勻设置有30个螺孔。滑动座1置于导轨上，滑动底板2与滑动座1使用螺栓和 螺母通过对应设置的螺孔连接，支撑板3插于滑动底板2中，并使用拉力弹簧13、14与滑动 底板2拉紧。镜架4与支撑板3使用螺栓通过对应设置的两对螺孔18连接，在镜架4和支 撑板3的三对对应通孔15、16、17中选择斜上方的一对通孔16放入拉力弹簧，并用铝条在 出口处卡住，紧定位器5与滑动底板2使用螺栓和螺母通过对应设置的四对固定螺孔21连 接。将直径为82mm的透镜安装在镜架4的中间光具孔处，在导轨上移动滑动座1，整个装置 均前后移动，透镜实现X方向微调。调节微调螺纹副驱动8和9，支撑板3和镜架4均可左 右移动，透镜实现Y方向微调。调节微调螺纹副驱动6和7，支撑板3和镜架4均可上下移 动，透镜实现Z方向微调。Y、Z方向调整好后，用螺钉通过滑动底板2上的紧固螺孔19顶住 支撑板3，使支撑板3与滑动底板2紧固。调节微调螺纹副驱动11，镜架4以钢珠10为基 点，沿平行于Y方向旋转，透镜实现俯仰旋转微调。调节微调螺纹副驱动12，镜架4以钢珠 10为基点，沿平行于Z方向旋转，透镜实现左右旋转微调。调节完毕，选择紧定位器5侧面 的的几个位置合适的定位螺孔，使用螺钉将紧定位器5与镜架4紧固，达到紧固透镜目的。本装置的正面图如图1所示，背面图如图2所示，侧面剖面图如图3所示。下面结合图4、图5、图6对本实用新型的实施例2详细说明。本结构主要包括有滑动座1、滑动底板2、支撑板3、镜架4、紧定位器5。紧定位器 5四面均勻设置有40个螺孔。滑动座1置于导轨上，滑动底板2与滑动座1使用螺栓和螺 母通过对应设置的螺孔连接，支撑板3插于滑动底板2中，并使用拉力弹簧13、14与滑动底 板2拉紧，镜架4与支撑板3使用螺栓通过对应设置的两对螺孔18连接，在镜架4和支撑 板3的三对对应通孔15、16、17中均放入拉力弹簧，并用铝条在出口处卡住，紧定位器5与 滑动底板2使用螺栓和螺母通过对应设置的四对固定螺孔21连接。将尺寸为82mmX82mm 的均束器安装在镜架4的中间光具孔处，在导轨上移动滑动座1，整个装置均可前后移动， 均束器实现X方向微调。调节微调螺纹副驱动8和9，支撑板3和镜架4均可左右移动，均 束器实现Y方向微调。调节微调螺纹副驱动6和7，支撑板3和镜架4均上下移动，均束器 实现Z方向微调。Y、Z方向调整好后，用螺钉通过滑动底板2上的紧固螺孔19顶住支撑板 3，使支撑板3与滑动底板2紧固。调节微调螺纹副驱动11，镜架4以钢珠10为基点，沿平 行于Y方向旋转，均束器实现俯仰旋转微调。调节微调螺纹副驱动12，镜架4以钢珠10为 基点，沿平行于Z方向旋转，均束器实现左右旋转微调。调节完毕，选择紧定位器5侧面的 的几个位置合适的定位螺孔，使用螺钉将紧定位器5与镜架4紧固，达到加固均束器目的。本装置的正面图如图4所示，背面图如图5所示，侧面剖面图如图6所示。
权利要求一种准分子激光微加工系统的光具调节器，由含有镜架的机械调整架构成，其特征在于调整架由与光学导轨配合的滑动座(1)、安装在滑动座(1)上的滑动底板(2)、安装在滑动底板(2)上的支撑板(3)、安装在支撑板(3)上的镜架(4)、固定在滑动底板(2)并包围镜架(4)的紧定位器(5)组成；其中，滑动座(1)的顶部和滑动底板(2)底部设置有对应的四对螺孔，可通过螺栓和螺母连接；滑动底板(2)设有滑动凹槽，支撑板(3)插于滑动底板(2)的滑动凹槽中，支撑板(3)和滑动底板(2)的两侧设置有对称的四个孔，在孔中固定拉力弹簧(13)、(14)用于拉紧固定支撑板(3)和滑动底板(2)，滑动凹槽的两侧和底部两端设置有四个螺孔，螺孔内旋入微调螺纹副驱动(6)、(7)、(8)、(9)，并在这四个螺孔旁设置相应的小螺孔(20)，用来作为微调螺纹副驱动的锁紧装置，并且滑动底板(2)在与支撑板(3)的重叠处设置有四个紧固螺孔(19)，可使用螺钉顶住支撑板(3)，将滑动底板(2)与支撑板(3)紧固；支撑板(3)和镜架(4)为设有光具孔(22)的板状支架，支撑板(3)和镜架(4)的初始位置平行设置，在支撑板(3)和镜架(4)边缘的侧下方或侧上方设有相邻的对应的两对螺孔(18)，并通过螺栓将支撑板(3)和镜架(4)连接，在支撑板(3)和镜架(4)的其余边缘均匀设置至少两对对应的通孔，通孔穿入拉簧将支撑板(3)和镜架(4)连接，并且在两对螺孔(18)处的支撑板(3)和镜架(4)之间设置由有钢珠(10)作为旋转基点，在支撑板(3)边缘的正下方或正上方以及正右方或正左方还设置有两个螺孔，用于放入微调螺纹副驱动(11)和(12)；紧定位器(5)通过紧定位器(5)四周侧面均匀设置16至100个定位螺孔，螺孔内旋入螺钉使螺钉顶于镜架(4)侧面，将镜架(4)与紧定位器(5)紧固。
2.如权利要求1所述的一种准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于支撑 板(3)和镜架(4)上的光具孔(22)为可放入直径大于80mm的透镜的光具孔。
3.如权利要求1或2所述的一种准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于 所述光具孔(22)为圆形或椭圆形或正方形或长方形。
4.如权利要求3所述的一种准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于所述 支撑板(3)和镜架(4)以及紧定位器(5)的外框形状为圆形或椭圆形或正方形或长方形。
专利摘要本实用新型涉及一种准分子激光微加工系统的光具调节器，属于微纳米科学技术领域，用于MEMS加工。本实用新型中，光路中的大口径光学元件放于镜架(4)的中间通孔中。在导轨上移动滑动座(1)，光学元件实现X方向微调，调节微调螺纹副驱动(8)和(9)，光学元件实现Y方向微调，调节微调螺纹副驱动(6)和(7)，光学元件实现Z方向微调，调节微调螺纹副驱动(11)，光学元件实现俯仰微调，调节微调螺纹副驱动(12)，光学元件实现左右微调，共为五维可调。紧定位器(5)直接与滑动底板(2)连接，其侧面四周均匀设置多个螺孔，通过螺钉顶固紧定位器(5)和镜架(4)，从而实现了对镜架(4)的加固，保证了光学元件可靠地长期稳定工作。
文档编号G02B7/00GK201654451SQ20102004687
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘世炳, 吴坚, 李倩, 陈涛 申请人:北京工业大学