CN113140949A - 一种激光输出耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种激光输出耦合装置。激光输出耦合装置，包括输出耦合镜组件，调节组件和安装板；调节组件的底板固定安装于安装板的一侧，输出耦合镜组件固定安装于安装板的另一侧；调节组件还包括第一调节杆组件和第一调节球，第二调节杆组件和第二调节球；底板设有第一光路通道，第一导轨，第二导轨和凹槽；输出耦合镜组件的一侧设有斜面形调节销，凹面形调节销和定位块；输出耦合镜组件的另一侧通过带有弹性部件的固定装置压紧在激光输出耦合装置上，耦合镜组件的定位块可转动地压紧在底板上的凹槽内；本发明提供的激光输出耦合装置缓解了现有技术中存在的输出耦合装置调节难度高，且具有危险性的技术问题。

Description

一种激光输出耦合装置
技术领域
本申请涉及激光技术领域，特别涉及一种激光输出耦合装置。
背景技术
在高端光刻领域，高重频准分子激光因其高重频、窄线宽和大能量的特点，是目前半导体光刻领域应用的占绝对主导地位的光源。
在高重频准分子激光器系统中，光学输出会遇到诸多问题，首先遇到的便是从放电腔发出的激光不能满足窄线宽和大能量需求。
对此，一般采用增加具有一定反射率和透过率的输出耦合镜对输出激光进行折返振荡，使其增大能量并进行线宽压窄后输出。在输出耦合装置的调谐过程中，往往需要在谐振腔状态下花费较长时间调试才能够得到能量较高的输出光，而且输出光与调节位置方向相同的传统结构不仅增加了调谐难度也提高了调节过程中的人员危险，传统输出耦合装置两端的连接方式为悬臂式法兰连接，其安装后不够稳定，连接完整光路后，调谐结果会再次产生偏差。另外，对于高重频准分子激光来说，输出光位置需开机启动才能确定具体位置，对激光器系统对接造成了不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光输出耦合装置，以解决现有输出耦合装置调节难度高，且调节过程中存在人员危险的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种激光输出耦合装置，激光输出耦合装置包括输出耦合镜组件，调节组件和安装板；
所述安装板设有第一光路通道，；所述调节组件的底板固定安装于所述第一光路通道的一侧，所述输出耦合镜组件固定安装于所述第一光路通道的另一侧；
所述调节组件还包括第一调节杆组件和第一调节球，第二调节杆组件和第二调节球；
所述底板设有第二光路通道，第一导轨，第二导轨和凹槽；
所述输出耦合镜组件的一侧设有斜面形调节销，凹面形调节销和定位块；
所述输出耦合镜组件的另一侧通过带有弹性部件的固定装置压紧在激光输出耦合装置上，所述耦合镜组件的定位块可转动地压紧在所述底板上的凹槽内；
所述第一调节球位于所述第一导轨和所述斜面形调节销之间，所述第一调节杆组件的一端与第一调节球接触，第一调节球在第一调节杆组件的推动下可延第一导轨滑动；
所述第二调节球位于所述第二导轨和所述凹面形调节销之间，所述第二调节杆组件的一端与第二调节球接触，第二调节球在第二调节杆组件的推动下可延第二导轨滑动；
所述安装板设有与所述第一光路通道贯通的安装孔，所述第一调节杆组件和第二调节杆组件均安装于所述安装孔内。
所述第一调节杆组件和第二调节杆组件均安装在所述安装孔内。
优选地，所述斜面形调节销，凹面形调节销和定位块呈三角形分布。
优选地，所述凹槽为球面凹槽、锥面凹槽或截头锥面凹槽。
优选地，导轨可为V型槽导轨，梯形槽导轨或球面凹槽导轨。
优选地，所述斜面形调节销的斜面为楔面或斜凹面。
优选地，所述凹面形调节销的凹面为V形、梯形、凹球面形或矩形。
优选地，所述凹面形调节销为斜面V形调节销、斜面梯形、斜面凹球面形或斜面矩形调节销。
优选地，所述定位块为球形定位块或截头锥形定位块。
优选地，所述激光输出耦合装置还包括狭缝，所述狭缝位于所述输出耦合镜组件与所述调节组件的底板之间。
优选地，所述安装孔为两个，两个所述安装孔分别用于安装所述第一调节杆和所述第二调节杆。
优选地，所述第一调节杆组件和第二调节杆组件的长度不同。
本发明技术方案的有益效果：本发明提供的激光输出耦合装置，第一调节球在第一调节杆组件的推动下可沿第一导轨滑动，第二调节球在第二调节杆组件的推动下可沿第二导轨滑动，并且第一调节杆组件和第二调节杆组件的另一端延伸至安装板的外侧，这样可在安装板的外侧通过调节机构使设在光路通道中的输出耦合镜组件的位置变动，从而实现调节的目的，以缓解现有技术中存在的输出耦合装置调节难度高，且具有危险性的技术问题。
附图说明
图1：本发明实施例提供的激光输出耦合装置的外形结构示意图；
图2：本发明实施例提供的激光输出耦合装置的主体轴侧图；
图3：本发明实施例提供的调节组件和输出耦合镜组件的连接示意图；
图4：本发明实施例提供的输出耦合镜组件的结构示意图；
图5：本发明实施例提供的第一调节杆组件的结构示意图；
图6：本发明实施例提供的狭缝结构的安装示意图；
图7：本发明实施例提供的连接座组件的结构示意图；
图8：本发明实施例提供的输出光指向机构的结构示意图；
图9：本发明实施例提供的光路转置镜组件的结构示意图；
图10：本发明实施例提供的激光输出耦合装置断开状态图；
图11：本发明实施例提供的激光输出耦合装置指向状态图；
图12：本发明实施例提供的激光输出耦合装置连接状态图；
图13：本发明实施例提供的激光输出耦合装置整体安装爆炸图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，而不构成对本申请的限制。
本发明设计了一种如图1所示的激光输出耦合装置。其中安装板1是承载整个输出耦合装置各机构的载体；布窗法兰2是用于连接左端模块光路的密封法兰，是光路的输入端；输出法兰3是用于连接右端模块光路的密封法兰，是光路的输出端。
安装板1上安装输出耦合镜组件4，调节组件5，输出光指向机构6，进气嘴7及连接座组件8，如图2所示。
安装板1上设置有输出耦合装置固定接口101，采用的是三点定位式，可以有效减少与左端模块的装配偏差，整体为硬铝合金材质，也可以由其他刚性高，易于散热的材质构成。安装板1顶部安装进气嘴7，进气嘴7进气方向可垂直于输出耦合镜光路两侧，不可直切光路中心。安装板1设有第一光路通道，侧面设置有与第一光路通道贯通的安装孔。
输出耦合镜组件4通过3根带弹簧的轴肩紧定螺钉压紧在安装板1上，当然也可通过其他的带弹性结构的装置将输出耦合镜组件4固定在安装板1上。输出耦合镜组件4结构如图3和图4所示，输出耦合镜片401放置到镜架底板402的环形槽内，输出耦合镜片401上表面压环状弹性元件403以柔性力压紧，安装镜架顶板404固定，镜架底板401分别安装呈三角形分布凹面形调节销406，斜面形调节销407，定位块405，斜面形调节销407，定位块405，斜面形调节销，凹面形调节销和定位块呈三角形分布，安装位置需采用定位结构以保证其安装的角度精度。本实例中的定位块405为过盈配合安装，采用定位槽结构限制凹面形调节销406，斜面形调节销407的角度方向自由度，凹面形调节销406的凹型面限制了输出耦合镜组件4俯仰时的运动轨迹，可以有效防止输出耦合镜组件4在进行两维调整时发生其它方向上的抖动。
斜面形调节销407的斜面为楔面或斜凹面。凹面形调节销406的凹面为V形、梯形、凹球面形或矩形。凹面形调节销406本身也可以是斜面的，凹面形调节销可以为斜面V形调节销、斜面梯形、斜面凹球面形或斜面矩形调节销。定位块405为球形定位块或截头锥形定位块。
调节组件5如图3所示，包括底板501，第一调节杆组件502，第二调节杆组件503，第一调节球504和第二调节球505。底板501使用不锈钢或其他硬度高的材质组成，其上有第二光路通道、第一导轨和第二导轨。第一导轨，第二导轨可为V型槽,也可以是梯形槽或球面凹槽等，两者可相同也可不同。导轨可为V型槽，梯形槽或球面凹槽；第一调节球504位于第一导轨和输出耦合镜组件4的斜面形调节销407之间，第一调节杆组件502的一端与第一调节球504接触，输出耦合镜组件4的第一调节球504在第一调节杆组件502的推动下可延第一导轨滑动；第二调节球505位于第二导轨和凹面形调节销406之间，第二调节杆组件503的一端与第二调节球505接触，第二调节球505在第二调节杆组件503的推动下可延第二导轨滑动。
因斜面形调节销407，定位块405，斜面形调节销，凹面形调节销和定位块呈三角形分布，并且定位块405位于偏向其中一个调节杆的方向，因此第一调节杆组件502，第二调节杆组件503为结构相同，长度不同的两调节组件，这样易于调谐操作的进行。其中第一调节杆组件502结构如图5所示。调节杆502.1左端口为双层螺纹结构，内层螺纹控制调整顶柱502.2的伸出与缩回，外层螺纹用以安装堵头502.3，以密封内部空间。当然调节杆组件的结构也可以是其他可调整长度的结构、密封的结构，只要是能够实现调节长度和密封的作用即可，具体结构不做限制。
调节组件5使用方法如下，打开第一调节杆组件502的堵头502.3，旋转调整顶柱502.2使其伸出或缩回，调整顶柱502.2推动第一调节球504，第一调节球504延底板501中的第一导轨进行前进，顶起与输出耦合镜组件4连接的轴肩紧定螺钉上的弹簧，输出耦合镜组件4以定位块5为支撑点完成一维调整；另一维度调整时对第二调节杆组件503进行相同操作，输出耦合镜组件4完成以定位块5为支撑点另一维度的调谐。通过调整第一调节杆组件502和/或第二调节杆503，完成对输出耦合镜组件4不同维度和/或角度的调整。
在本发明另一实施例中，第一调节杆组件502，第二调节杆组件503可为结构相同，长度不同的两调节组件，当然长度也可不同，或者结构不同。另外，两个调节杆可以设置在同一侧，两者互相平行，也可以不平行成一定角度，底板501上的两个导轨位置和耦合镜组件4上两个调节销的位置做相应调整即可。
在本发明的另一个实施例中两个调节杆也可以设置在不同侧，结构、长度可相同或不同，可平行或两者成一定角度，底板501上的两个导轨位置和耦合镜组件4上两个调节销的位置做相应调整即可。
以上均可实现对输出耦合镜组件4不同维度和/或角度的调整。
为方便校准输出耦合镜组件4的工作角度，输出耦合镜组件4与入射光线之间增加了狭缝结构9，如图6所示，其具有限制激光光斑形状并滤除杂散光的作用，狭缝结构9可以为圆形、方形或其它任意形状，安装板1需要定位结构以便狭缝结构9可以精确安装定位，可以为精度较高的定位槽，也可以为定位销安装等。狭缝结构9在与输出耦合装置左端其它模块狭缝配合使用时，无需谐振腔状态，仅通过调谐输出耦合装置使激光于两狭缝中心对准即可达到输出耦合镜理想位置。
输出光指向机构6包括对准调整架601，指向光源602，光路转置镜组件603构成，光路转置镜组件603的目的是把指向光源602的出射光反射到与激光器输出光相同方向，然后通过对准调整架601微调指向光源位置，使指向光与激光器输出光进行对准定位，指向光源确定位置后即可对调节组件5进行锁死固定，固定后即可通过指向光源光路路线判断激光器输出位置。指向光源602可以选择任意低功率的可见光发生器，如激光二极管、氦氖激光器等。
光路转置镜组件603由转置底板603.1，光路转置镜603.2，旋转固定件603.3组成，如图9所示。转置底板603.1留有指向光路通光孔，并在下底面装有定位销及磁性元件，光路转置镜603.2通过旋转固定件603.3旋转，经过定位销对接，磁性元件的吸附，可以快速完成指向激光的使用和分离需求。光路转置镜603.2可以使用45°直角棱镜，由45°棱镜斜边镀膜反射或直角面入射通过内反射完成转置，也可以使用平面反射镜摆至45°进行光路转置，其固定方式可以采用紫外胶粘接或机械加持等。
连接座组件8由连接座801，磁性元件802，第一接触开关803，第二接触开关804组成。连接座801安装在输出耦合镜组件4外侧，可以保护输出耦合镜组件4并密封光路，其外表面有定位销孔位，并装有磁性元件802，磁性元件802的数量及位置与转置底板603.1上的对应件关联设计，可以帮助光路转置镜603.2完成快速定位，第一接触开关803，第二接触开关804并排安装在连接座左端。
位置检测功能的实现如图10-12所示。当光路转置镜603.2为分离位置，且输出法兰3与连接座组件8正常对接时，此时第一接触开关803，第二接触开关804均没有触发，系统可判断当前为断开状态如图10；当光路转置镜603.2达到指向位置时，此时第一接触开关803没有触发，第二接触开关804触发，系统可判断当前为指向状态如图11；当光路转置镜603.2离开指向位置，且输出法兰3安装完毕，此时第一接触开关803，第二接触开关804均触发，系统可判断当前为激光输出耦合装置连接完好的状态如图12。
如图13所示，本发明的激光输出耦合装置由安装板1、布窗法兰2、输出法兰3、输出耦合镜组件4，调节组件5(包括底板501，调节杆组件502，503)，输出光指向机构6(包括对准调整架601，指向光源602，光路转置镜组件603构成)、进气嘴7及连接座组件8和狭缝结构9组成。
本实施例提供一种激光输出耦合装置，具有以下结构功能：可以在正向(常规操作方向)对侧向放置的输出耦合镜进行两维调整；具有进气接口，可对输出耦合镜进行有效散热并注入惰性气体保证光路的稳定；具有方便移入、移出激光器光路的输出光指向机构；具有到位检测功能，可以对输出法兰和光路转置镜连接状态进行实时监控，以判断光路连接状态。
与以往技术相比，上述激光输出耦合装置可获得以下有益效果：
(1)有效减小输出耦合装置接口与左端模块接口的定位偏差；
(2)可以在系统中可靠固定输出耦合装置，减少了输出耦合镜受外力影响造成整体偏差；
(3)可以满足输出耦合装置的方便调谐与校准，并在调谐后对光路进行密封；
(4)使用一体式结构的旋杆有效解决调谐时由于摩擦力带来的旋转不畅现象；
(5)使用钢球在导轨内行进推动物镜支架的调谐方法有效解决输出耦合装置调整中出现空程及不稳定偏移的现象；
(6)可以在不开机的情况下通过开启指向光源对激光器输出位置进行定位；
(7)实现对输出耦合装置连接状况的实时监控，提高设备的可靠性和可维护性。
本实施例的调谐机构的第一调节杆组件和第二调节杆组件分别安装在安装板的两个安装孔内，实际也可以安装在一个安装孔里，或者安装在安装板的外面等，并不局限于本实施的安装范围。
安装板的第一光路通道和调节组件底板的第二光路通道可大致同心，也可不同心，只要是能保障激光通过即可。
以上所述本申请的具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限定。任何根据本申请的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光输出耦合装置，其特征在于，
所述激光输出耦合装置，包括输出耦合镜组件，调节组件和安装板；
所述安装板设有第一光路通道；
所述调节组件的底板固定安装于所述第一光路通道的一侧，所述输出耦合镜组件固定安装于所述第一光路通道的另一侧；
所述调节组件还包括第一调节杆组件和第一调节球，第二调节杆组件和第二调节球；
所述底板设有第二光路通道，第一导轨，第二导轨和凹槽；
所述输出耦合镜组件的一侧设有斜面形调节销，凹面形调节销和定位块；
所述输出耦合镜组件的另一侧通过带有弹性部件的固定装置压紧在激光输出耦合装置上，所述耦合镜组件的定位块可转动地压紧在所述底板上的凹槽内；
所述第一调节球位于所述第一导轨和所述斜面形调节销之间，所述第一调节杆组件的一端与第一调节球接触，第一调节球在第一调节杆组件的推动下可延第一导轨滑动；
所述第二调节球位于所述第二导轨和所述凹面形调节销之间，所述第二调节杆组件的一端与第二调节球接触，第二调节球在第二调节杆组件的推动下可延第二导轨滑动；
所述调节组件安装在所述安装板上。
2.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述斜面形调节销，凹面形调节销和定位块呈三角形分布。
3.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述凹槽为球面凹槽、锥面凹槽或截头锥面凹槽。
4.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述斜面形调节销的斜面为楔面或斜凹面。
5.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述凹面形调节销的凹面为V形、梯形、凹球面形或矩形。
6.如权利要求5所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述凹面形调节销为斜面V形调节销、斜面梯形、斜面凹球面形或斜面矩形调节销。
7.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述定位块为球形定位块或截头锥形定位块。
8.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述激光输出耦合装置还包括狭缝，所述狭缝位于所述输出耦合镜组件与所述调节组件的底板之间。
9.如权利要求1所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述安装板设有与所述第一光路通道贯通的安装孔，所述第一调节杆组件和第二调节杆组件均安装于所述安装孔内。
10.如权利要求9所述的激光输出耦合装置，其特征在于，所述安装孔为两个，两个所述安装孔分别用于安装所述第一调节杆组件和所述第二调节杆组件。
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