专利名称：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：
本实用新型涉及一种准分子激光微加工系统的光学调整和紧定位器以及大尺寸 方形光学元件安置方法，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。准分子激光微加工系统主要由以下几部分组成准分子激光器、光束变换组件 (包括准分子激光扩束准直透镜组、准分子激光复眼透镜组、准分子激光汇聚透镜)、激光 投影或直写组件、加工平台。在实际应用中为了加工的方便，还需要一些辅助的设备准直 激光器、同轴观察系统。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。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。同时准分子激 光微加工系统光束变换组件中有很多方形光学元件的使用，如柱面镜的应用和复眼中使用 的方形透镜阵列等，这些大尺寸方形光学元件尺寸大小不一，目前并未有安置尺寸不一的 方形元件的通用方法介绍，现有的方法是根据所需安装方形元件的尺寸定做出与其完全符 合的安置架，这种方法在实际应用中不仅费时费力而且非常浪费资源。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。在准分子激光微加工 系统中，用到的都是较大口径的光路支撑零部件，由于其尺寸较大，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。准分子激光微加工系统中需要使光束从水平方向转至竖 直方向，即使光路转折90°对材料进行微加工，又由于准分子激光微加工系统中使用的光 学元件均为大尺寸，而准分子激光微加工系统中大尺寸光学元件的精细微调和长期稳固非 常重要，但是目前市场上的转折部件并不能够在保证精细微调和长期稳固的前提下进行光 路转折。
发明内容为了很好地解决上述问题，本实用新型中提供了一种适于安装大尺寸光学元件及 方形光学元件，并可将光路转折90°的准分子激光微加工系统的光具调节器。为了实现上述目的，本实用新型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，该调节器包括与光学导轨配合的滑动座1、安装在滑动座1上的可以 前后调节的调节座2、安装在调节座2上的可以左右调节的支撑板3、安装在支撑板3上可 以俯仰调节的镜架4、固定在调节座2并包围镜架4的紧定位器5，其中镜架4中设置有直 径大于80mm的光具孔22。还设置有反光斜架座32，调节座2通过反光斜架座32安装在滑 动座1上，该反光斜架座32顶部为夹角成90°的斜槽，斜槽的两面分别设置有螺孔，用于固 定调节座2。并且还设置有可放置于光具孔22内的可加持方形光学元件的方形光学元件调 节器23ο其中，所述方形光学元件调节器23的外围形状是与光具孔22相匹配的圆形，其 内部是方形通孔，方形通孔的一对边设置有相对的滑槽，并设置有一对平行的滑动杆24、 25，滑动杆24、25两端置于滑槽内，使滑动杆可在滑槽内良好滑动，两个滑动杆在相对的一 面上还设置有用于卡住光学元件的凹槽；方形通孔的另外一对边上设置有对称的两对螺孔 26、27、28、29，用于放入微调螺纹副驱动来推动滑动杆24、25移动；在通用方形设有滑槽的 一对边的中心位置设置有两个相对的螺孔30、31，螺孔30、31内旋入螺钉使螺钉顶于方形 光学元件侧面，紧固光学元件。所述调节座2底部设置有对应的三个螺孔，可通过螺栓和螺母连接；调节座2设有 滑动凹槽，支撑板3插于调节座2的滑动凹槽中，支撑板3和调节座2的两侧设置有对称的 四个孔，在孔中固定拉力弹簧13、14用于拉紧并固定支撑板3和调节座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机构，并且调节座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，将调节座2与支撑板3紧固。所述支撑板3和镜架4为设有圆形光具孔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的其余边缘均勻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所述紧定位器5四周侧面均勻设置16至100个定位螺孔，螺孔内旋入螺钉，螺钉 顶于镜架4侧面，将镜架4与紧定位器5紧固。本装置的主要优点在于本实用新型中光具调节器的光具孔为可放入直径大于 80mm的透镜的光具孔，因而能够适应准分子激光加工系统中口径较大的光学器件；配备了 转折光路的调节器可以实现光路的90°转折；还配备方形光学元件调节器，使光具孔也可 以加持方形的光学元件。在导轨上移动滑动座，光学元件实现X方向微调，调节调节座下部 的两个微调螺纹副驱动，光学元件实现Y方向微调，调节调节座侧面的两个微调螺纹副驱 动，光学元件实现Z方向微调，调节支撑板上的两个微调螺纹副驱动，光学元件可分别实现 的俯仰微调和左右旋转微调，实现了共为五维的精细调节。紧定位器直接与调节座连接，其 侧面四周均勻设置多个螺孔，通过螺钉顶固紧定位器和镜架，从而实现了对镜架的加固，保 证了光学元件可靠地长期稳定工作。
图1为本实用新型实施例1中调节座、支撑板、镜架、紧定位器安装配合的正面示 意图；图2为本实用新型实施例1中调节座、支撑板、镜架、紧定位器安装配合的后面示 意图；图3为本实用新型实施例1中调节座、支撑板、镜架、紧定位器安装配合的侧面剖 视图；图4a为本实用新型实施例1中滑动座、反光斜架座的前视图；图4b为本实用新型实施例1中滑动座、反光斜架座的左视图；图4c为本实用新型实施例1中滑动座、反光斜架座的右视图；图4d为本实用新型实施例1中滑动座、反光斜架座的俯视图；图5为本实用新型实施例2调节器结构的前视图；图6为本实用新型实施例2调节器结构的后视图；图7为本实用新型实施例2调节器结构的侧面剖视图。图中1、滑动座，2、调节座，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，23、方形光学元 件调节器，24、25、滑动杆，26、27、28、29、微调螺纹副驱动，30、31、固定螺孔。32反光斜架座。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3、图4a b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、调节座2、支撑板3、镜架4、紧定位器5、反光斜架座 32，本实施例中用其固定一个反光镜。滑动座1置于通用的光具导轨上，反光斜架座32与 滑动座1设置三个对应的螺孔，使用螺栓和螺母连接。调节座2侧面设四个固定螺孔21，其底面设三个螺孔，反光斜架座32的斜槽的两个面上也分别对应设四个螺孔和三个螺孔， 与调节座2的侧面和底面使用螺栓和螺母连接，调节座2底面的三个螺孔也可以直接与滑 动座1通过螺栓和螺母连接(不使用反光斜架座32时)；支撑板3插于调节座2中，并使 用拉力弹簧13、14与调节座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与调节座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的反光镜安装在镜架4的中间光具孔处，通过光具 孔处的固定螺丝卡住。在导轨上移动滑动座1，整个装置均前后移动，反光镜实现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，反光镜实现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，反光镜实现Z方向微调。Y、 Z方向调整好后，用螺钉通过调节座2上的紧固螺孔19顶住支撑板3，使支撑板3与调节座 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，反光镜 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，反光镜实现左右旋转微调。调节完毕，选择紧定位器5侧面的几个位置合适的定位螺孔 (紧定位器5四面均勻设置有30个螺孔)，使用螺钉将紧定位器5与镜架4紧固，达到紧固 透镜目的。本装置未安装滑动座1和反光斜架座32时的前视图如图1所示，后视图如图2所 示，侧面剖面图如图3所示。滑动座1和反光斜架座23连接的前视图、左视图、右视图、俯 视图如图4a-d所示。下面结合图5、图6、图7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、调节座2、支撑板3、镜架4、紧定位器5、方形光学元件 调节器23，本实施例中用其固定一个柱面镜。滑动座1置于通用光学导轨上，调节座2与滑 动座1使用螺栓和螺母通过对应设置的三个螺孔连接，支撑板3插于调节座2中，并使用拉 力弹簧13、14与调节座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与调节座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50X30mm的柱面镜放入方形光学元件调节器23中(如图5、6)柱面镜的两长边卡于滑 动杆24、25的凹槽内，推动滑动杆24、25使柱面镜位于方形光学元件调节器23的中部，调 节微调螺纹副驱动26、27、28、29顶住滑动杆24、25，初步固定柱面镜，在30、31的螺孔中旋 入螺钉，从柱面镜的两端顶住柱面镜完成对柱面镜的稳固。将放入好柱面镜的方形光学元 件调节器23按照水平方向安装在镜架4的中间光具孔处，通过光具孔处的固定螺丝卡住。 在导轨上移动滑动座1，整个装置均可前后移动，柱面镜实现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，柱面镜实现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均上下移动，柱面镜实现Z方向微调。Y、Z方向调整好后，用螺 钉通过调节座2上的紧固螺孔19顶住支撑板3，使支撑板3与调节座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，柱面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，柱面镜实现左右旋转 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(紧定位器5四面均 勻设置有40个螺孔)，使用螺钉将紧定位器5与镜架4紧固，达到加固柱面镜目的。[0029] 本实施例的前视图如图5所示，后视图如图6所示，侧面剖面图如图7所示。
权利要求准分子激光微加工系统的光具调节器，包括与光学导轨配合的滑动座(1)、安装在滑动座(1)上的可以前后调节的调节座(2)、安装在调节座(2)上的可以左右调节的支撑板(3)、安装在支撑板(3)上可以俯仰调节的镜架(4)、固定在调节座(2)并包围镜架(4)的紧定位器(5)，其中镜架(4)中设置有直径大于80mm的光具孔(22)；其特征在于还设置有反光斜架座(32)，调节座(2)通过反光斜架座(32)安装在滑动座(1)上，该反光斜架座(32)顶部为夹角成90°的斜槽，斜槽的两面分别设置有螺孔，用于固定调节座(2)；并且还设置有可放置于光具孔(22)内的可加持方形光学元件的方形光学元件调节器(23)。
2.如权利要求1所述的准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于所述方形 光学元件调节器(23)的外围形状是与光具孔(22)相匹配的圆形，其内部是方形通孔，方 形通孔的一对边设置有相对的滑槽，并设置有一对平行的滑动杆(24)、(25)，滑动杆(24)、 (25)两端置于滑槽内，使滑动杆可在滑槽内良好滑动，两个滑动杆在相对的一面上还设 置有用于卡住光学元件的凹槽；方形通孔的另外一对边上设置有对称的两对螺孔(26)、 (27)、(28)、(29)，用于放入微调螺纹副驱动来推动滑动杆(24)、(25)移动；在通用方形设 有滑槽的一对边的中心位置设置有两个相对的螺孔(30)、(31)，螺孔(30)、(31)内旋入可 顶于方形光学元件侧面以紧固光学元件的螺钉。
3.如权利要求1所述的准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于所述调节 座(2)底部设置有对应的三个螺孔，可通过螺栓和螺母连接滑动座(1)或反光斜架座(32)； 调节座(2)设有滑动凹槽，支撑板(3)插于调节座(2)的滑动凹槽中，支撑板(3)和调节座(2)的两侧设置有对称的四个孔，在孔中固定拉力弹簧(13)、(14)用于拉紧并固定支撑板(3)和调节座(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 动的锁紧机构，并且调节座(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)，将调节座(2)与支撑板(3)紧固。
4.如权利要求1所述的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⑶和镜架⑷为设有圆形光具孔(22)的板状支架，支撑板(3)和镜架⑷的初始位 置平行设置，在支撑板⑶和镜架⑷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)的其余边缘均勻 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)
5.如权利要求1所述的准分子激光微加工系统的光具调节器，其特征在于所述紧定 位器(5)四周侧面均勻设置16至100个定位螺孔，螺孔内旋入螺钉，螺钉顶于镜架(4)侧 面，将镜架(4)与紧定位器(5)紧固。
专利摘要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，在光学导轨上设置滑动座(1)，滑动座(1)上依次安装调节座(2)、支撑板(3)、镜架(4)、紧定位器(5)。镜架(4)设有可放置大口径圆形光学元件的光具孔(22)；其中还设置有可安置在光具孔(22)中的方形光学元件调节器(23)以及安装在滑动座(1)上的可转折光路的反光斜架座(32)。本实用新型可实现X方向、Y方向、Z方向、俯仰、左右旋转，共五维微调，还可90°折转光路及安装方形光学元件。紧定位器(5)直接与调节座(2)连接，并包在镜架(4)外围，其侧面四周均匀设置多个螺孔，通过螺钉顶固镜架(4)，保证了光学元件可靠地长期稳定工作。
文档编号B23K26/08GK201716455SQ20102021813
公开日2011年1月19日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者刘世炳, 吴坚, 李倩, 陈涛 申请人:北京工业大学