棱鏡擴束系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種棱鏡擴束系統(tǒng),其特點在于:該擴束系統(tǒng)由2個以上結(jié)構(gòu)相同的直角棱鏡構(gòu)成,入射光束從所述的直角棱鏡的斜面入射,稱為入射斜面,出射光束垂直于同一直角棱鏡的直角面,稱為出射直角面,所有直角棱鏡的頂角α相同且滿足下列公式:,式中,n1、n2分別為激光在入射介質(zhì)和直角棱鏡中的折射率。本發(fā)明可以實現(xiàn)任意的擴束倍數(shù),而不受直角棱鏡原材料大小的限制。具有耗材少、成本低的優(yōu)點。相同規(guī)格的直角棱鏡利于批量化生產(chǎn),可以顯著減少加工的周期和成本。
【專利說明】棱鏡擴束系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及平行光的擴束,特別是一種棱鏡擴束系統(tǒng)。主要用于平行光的擴束,如 準(zhǔn)分子激光器或染料激光器的線寬壓窄模塊中。本發(fā)明的優(yōu)點是,可W使激光達到任意的 擴束倍數(shù),而不受直角棱鏡原材料大小的限制。另外還具有成本低的優(yōu)點。
【背景技術(shù)】
[0002] 光刻用的窄線寬準(zhǔn)分子激光器一般使用棱鏡擴束系統(tǒng)與中階梯光柵組合進行線 寬壓窄。棱鏡擴束系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)對激光水平方向的擴束。由于光刻機的線寬與擴束倍 數(shù)成反比關(guān)系,因此為了得到窄的線寬,技術(shù)人員通過多個棱鏡組合的方式追求盡量大的 擴束倍數(shù)。在先技術(shù)中扣S5978409,CN101581866B等]一般都使用S個或者四個棱鏡實現(xiàn) 20?30倍的擴束倍數(shù)。該些棱鏡的尺寸隨光的擴束傳輸依次增大,擴束系統(tǒng)末端的大棱 鏡尺寸一般都在100mm W上。本【技術(shù)領(lǐng)域】中,棱鏡的材料一般選用紫外高透的融石英或者 氣化巧光學(xué)材料制成,但是大尺寸的光學(xué)材料制造困難,產(chǎn)量有限,因此價格非常昂貴。另 夕F,在先技術(shù)中使用多個不同規(guī)格的直角棱鏡,拋光時須設(shè)計不同的加工夾具,加工周期和 成本都比較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種棱鏡擴束系統(tǒng)。該棱鏡擴束系統(tǒng)可W使用低成本、小 尺寸直角棱鏡組合獲得高擴束倍數(shù),克服在先技術(shù)依賴大尺寸棱鏡,價格高昂的不足。本 發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)主要用于平行光的擴束,如準(zhǔn)分子激光器或染料激光器的線寬壓窄模塊 中。特點是可W使激光達到任意的擴束倍數(shù),而不受棱鏡原材料大小的限制。另外還具有 耗材少、成本低的優(yōu)點。相同規(guī)格的直角棱鏡利于批量化生產(chǎn),可W顯著減少加工的周期和 成本。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下;
[0005] 一種棱鏡擴束系統(tǒng),其特點在于;該擴束系統(tǒng)由2個W上結(jié)構(gòu)相同的直角棱鏡構(gòu) 成,入射光束從所述的直角棱鏡的斜面入射,稱為入射斜面,出射光束垂直于同一直角棱鏡 的直角面,稱為出射直角面,所有直角棱鏡的頂角a相同且滿足下列公式;
[0006] a = arcsin(-xsin(91) n2
[0007] 式中,nl、n2分別為激光在入射介質(zhì)和直角棱鏡中的折射率。
[000引所述的直角棱鏡分組,每個分組的直角棱鏡的斜面首尾相連成直線排列。
[0009] 所述直角棱鏡的入射斜面和出射直角面拋光,而另一個直角面不拋光。
[0010] 所述直角棱鏡的入射斜面和出射直角面鍛有入射激光波長的增透膜。
[0011] 所述直角棱鏡對激光的透過率大于50%。
[0012] 所述的直角棱鏡由直角棱鏡切割成的直角梯形棱鏡替代。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0014] 本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)。主要用在準(zhǔn)分子激光器或染料激光器的線寬壓窄模塊中。 本發(fā)明專利的優(yōu)點是,通過增加直角棱鏡的數(shù)量可W使激光達到任意的擴束倍數(shù),而不受 棱鏡原材料大小的限制。另外還具有耗材少、成本低的優(yōu)點。相同規(guī)格的直角棱鏡利于批 量化生產(chǎn),可W顯著減少加工的周期和成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)實施例1的示意圖
[0016] 圖2為本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)實施例2示意圖
[0017] 圖3為本發(fā)明實施例3直角梯形棱鏡擴束系統(tǒng)示意圖 [001引 圖中;
[0019] rl-入射光束;r2-出射光束;il-直角棱鏡的斜面;12、i3-直角棱鏡的直角 面;P1-第一分組;P2-第二分組;P3-第S分組;P4-第四分組;E1-第一直角梯形棱鏡; E2-第二直角梯形棱鏡
【具體實施方式】
[0020] 首先闡述本發(fā)明中所用直角棱鏡的設(shè)計方法,主要說明棱鏡頂角的確定方法。要 光束垂直于棱鏡的直角面出射,則該直角棱鏡的頂角可W通過光束入射角計算得知。請參 閱圖1,圖1為本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)實施例1的示意圖。
[0021] 根據(jù)光折射定律:
[002引 nlXsine 1 = n2Xsin日2 (1)其中,0 1、0 2分別為入射角和折射角,nl、n2為 常數(shù),分別表示空氣和棱鏡對激光的折射率。
[0023] 而對于垂直出射的情況,折射角與棱鏡的頂角a相同。
[0024] 0 2 =曰 似
[0025] 所W棱鏡的頂角由下式計算:
[0026] a = arcsin(-xsin6^1) (3) ?2
[0027] 單個直角棱鏡的擴束倍數(shù)為;
[0028] = ^ (4) COS 0\ cos 餅
[0029] 接下來說明本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)的工作原理。
[0030] 圖1為本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)實施例1的示意圖,由4個相同規(guī)格的直角棱鏡組成。 所有棱鏡的斜面首尾相連,沿X方向排列成直線。入射光束rl從直角棱鏡的斜面il入射, 出射光束r2垂直于直角面12。所有直角棱鏡的頂角a相同,入射角0 1相同,折射角0 2 相同。
[0031] 實例中直角棱鏡選用紫外融石英材料(n2 = 1. 56, nl = 1. 00),入射角0 1為72 度時,根據(jù)(3)、(4)式可得頂角a為37. 56度,可W達到2. 565的擴束倍數(shù)。直角棱鏡的 規(guī)格為
[003引 A = 50. 00mm,B = 39. 64mm,C = 30. 48mm,H = 30mm 妨其中 A、B、C 分別為直 角棱鏡的斜邊和兩個直角邊長,H為直角棱鏡厚度。
[0033] 由圖1中可W看到,本棱鏡擴束系統(tǒng)可W實現(xiàn)對光束的擴束。
[0034] 下面說明本發(fā)明公開的方案相對于在先技術(shù)降低成本的原因。
[0035] 本實例中用到4個結(jié)構(gòu)完全相同的直角棱鏡。每個直角棱鏡的體積為Vi,則棱鏡 擴束系統(tǒng)共需紫外融石英的凈體積為:
[0036] F幻= (K)x4 = (竺皆每 x//)x4 ^白)
[0037] 在先技術(shù)(如US5978409等)中,可W使用一塊大的直角棱鏡實現(xiàn)與本實例中相 同的擴束倍數(shù)。但是所需紫外融石英的凈體積為:
[003引 巧=(4x")x(4xC)x^ (7) 2
[0039] 二者的體積比巧=瓷^ = 1/4 (8) VO
[0040] 也就是說,在達到相同的擴束倍數(shù)的前提下,本發(fā)明中公開的技術(shù)方案耗用的材 料只有在先技術(shù)的1/4。大大節(jié)省了擴束器的材料成本。對于擴束倍數(shù)越大,本發(fā)明中技術(shù) 方案的成本優(yōu)勢越明顯。另外,對于在先技術(shù)中使用不同規(guī)格的直角棱鏡,必然會設(shè)及到不 同的加工夾具。本例中多個相同規(guī)格的小尺寸直角棱鏡組合使用,可W顯著降低加工的周 期和成本。
[0041] 下面說明利用本發(fā)明棱鏡擴束系統(tǒng)實現(xiàn)43倍W上激光擴束。本發(fā)明實施例2,如 圖2所示。
[0042] 圖2中用了 7個完全相同的直角棱鏡實現(xiàn)激光擴束,所有直角棱鏡的頂角、S邊尺 寸、高度等規(guī)格均與(5)式中的尺寸相同。其中分為4個分組。第一分組P1包括一個直角 棱鏡,第二分組P2包括一個直角棱鏡,第S分組P3包括兩個直角棱鏡,第四分組P4包括S 個直角棱鏡。
[0043] 四個分組的入射角度都相同,均為72度。如前所述,單個直角棱鏡實現(xiàn)的擴束倍 數(shù)為Mi = 2. 565倍,則四個分組總的擴束倍數(shù)為M = (Mi) 4= (2. 565) 4= 43. 29倍。
[0044] 如果需要設(shè)計更大倍數(shù)的擴束系統(tǒng),只需要按本發(fā)明中的技術(shù)方案增加分組中直 角棱鏡的個數(shù)。擴束系統(tǒng)后端的子系統(tǒng)不受限于棱鏡材料的尺寸。要實現(xiàn)任意倍數(shù)的擴束 倍數(shù),只需在本發(fā)明的技術(shù)方案基礎(chǔ)上,入射光束或出射光束處添加既定口徑的光闊即可 實現(xiàn),在此不再寶述。
[0045] 基于本發(fā)明的技術(shù)方案和直角棱鏡設(shè)計方法,加W改進,可W設(shè)計出外觀不局限 于直角棱鏡的光學(xué)擴束系統(tǒng),也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。下面舉例說明。
[0046] 本發(fā)明實施例3,圖3中使用4個結(jié)構(gòu)相同的直角梯形棱鏡實現(xiàn)光學(xué)擴束。該直角 梯形棱鏡由圖1中說明的直角棱鏡沿出射光束r2方向截掉頂角加工而成。所有直角梯形 鏡的斜面首尾相連,沿同一方向排列。其優(yōu)點是可W把相鄰的直角梯形鏡的相鄰面,如圖3 中第一直角梯形鏡E1的底面和第二直角梯形鏡E2的頂面,用膠水粘連,使擴束系統(tǒng)具有更 好的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1. 一種棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于:該擴束系統(tǒng)由2個以上結(jié)構(gòu)相同的直角棱鏡構(gòu)成, 入射光束(rl)從所述的直角棱鏡的斜面(il)入射,稱為入射斜面,出射光束(r2)垂直于 同一直角棱鏡的直角面(i2),稱為出射直角面,所有直角棱鏡的頂角a相同且滿足下列公 式:
式中,nl、n2分別為激光在入射介質(zhì)和直角棱鏡中的折射率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于所述的直角棱鏡分組,每個分組 的直角棱鏡的斜面首尾相連成直線排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于所述的直角棱鏡的入射斜面和出 射直角面拋光,而另一個直角面不拋光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于所述直角棱鏡的入射斜面和出射 直角面鍍有入射激光波長的增透膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于所述直角棱鏡對激光的透過率大 于 50%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的棱鏡擴束系統(tǒng),其特征在于所述的直角棱鏡由直 角棱鏡切割成的直角梯形棱鏡替代。
【文檔編號】G02B27/09GK104503090SQ201410806115
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】袁志軍, 張海波, 周軍, 耿立明, 姜麗媛, 魏運榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所