專為紫外超短脈沖激光器設計的高性能消色差掃描透鏡

在紫外超短脈沖激光加工、精密微納制造、科研實驗等領域，激光束的聚焦質量與光斑形態對加工精度和實驗結果具有決定性影響。尤其是飛秒（fs）級超短脈沖激光，由于其極短的脈沖寬度和寬光譜特性，傳統透鏡難以避免色散與像差問題，導致光斑畸變、能量分散，嚴重影響加工效果。Sil Optics公司推出的S4LFT4015-075-FS掃描透鏡，是一款專為紫外波段超短脈沖激光器設計的色彩校正掃描透鏡，其在345.2nm至346.8nm范圍內實現了優異的色差校正能力，適用于脈沖寬度低至190fs的激光系統。

超短脈沖激光的色差挑戰

根據量子力學中的海森堡不確定性原理，極短脈沖激光在時域上的壓縮必然導致頻域上的展寬，因此飛秒激光器輸出的并非單一波長，而是具有一定帶寬的光譜，通常可達數納米。這種寬光譜特性在通過普通光學元件時，會因材料色散和波長依賴的折射率變化，引起不同波長成分的聚焦位置差異，最終在掃描場邊緣形成橢圓形或不規則光斑，而非理想的圓形光斑。

尤其在紫外波段，常用的光學材料如熔融石英的色散特性更為顯著，若不進行專門的顏色校正，將嚴重制約激光加工的質量與一致性。此外，高功率紫外激光對透鏡材料的損傷閾值和熱穩定性也提出了更高要求，使得可用于超短脈沖激光的光學元件極為有限。

S4LFT4015-075-FS的技術特點與消色差設計

S4LFT4015-075-FS掃描透鏡采用先進的光學設計與純熔融石英材質，實現了在346nm中心波長附近的高效色彩校正。其核心優勢在于：

1. 純熔融石英結構

該透鏡僅使用熔融石英一種材料，通過復雜曲面設計與多層膜系配合，在不引入其他色散材料的前提下完成色差校正。這種設計不僅降低了系統的體積和重量，還提升了透鏡的激光損傷閾值和透射率。

2. 緊湊結構與長工作距離

相較于傳統需組合多種玻璃材料的消色差透鏡，S4LFT4015-075-FS在保持100mm有效焦距的同時，實現了137.7mm的工作距離，掃描范圍為35mm×35mm。其總長度顯著縮短，結構更為緊湊，便于集成于現有激光掃描系統中。

3. 高透射率與抗損傷性能

透鏡在346nm處的總透射率超過91%，涂層損傷閾值為1.0 J/cm2（1ns脈沖，50Hz），確保了其在高峰值功率紫外激光環境下的穩定運行。

4. 優異的光斑圓度保持能力

在300fs脈沖條件下，掃描場內光斑圓度誤差e（長短軸比a/b）可控制在1.05以內，即使在190fs至2000fs的寬脈沖范圍內，仍能保持良好的光斑形態，顯著優于未校正或部分校正的透鏡系統。

性能參數與系統兼容性

S4LFT4015-075-FS適用于雙振鏡掃描系統，其最大入射光束直徑為10mm，孔徑光闌為20.9mm，最大遠心誤差為1.4°。透鏡支持SP（短脈沖）與USP（超短脈沖）應用，可與標準蓋玻片S4LPG5100-075配合使用，適用于高精度激光直寫、薄膜加工、光子晶體制備等場景。

此外，透鏡在設計中充分考慮了背反射控制，所有關鍵界面的反射均被抑制在毫米級范圍內，有效減少了鬼影和雜散光對系統的影響。

應用前景

隨著紫外超短脈沖激光技術在半導體檢測、生物醫學成像、航空航天微加工等領域的廣泛應用，對高性能色彩校正光學元件的需求日益增長。S4LFT4015-075-FS憑借其卓越的消色差性能、緊湊結構與高可靠性，為高精度紫外激光加工系統提供了理想的光學解決方案。

該透鏡不僅適用于346nm附近的固定波長，也可在345.2nm–346.8nm范圍內保持穩定性能，為激光源波長漂移或調諧提供了一定的容差能力。其技術參數明確、性能可重復，符合工業與科研領域對光學元件的高標準要求。

結語

S4LFT4015-075-FS色彩校正掃描透鏡代表了紫外超短脈沖激光光學設計的重要進展。其基于純熔融石英的消色差技術，有效解決了飛秒激光在掃描場邊緣的光斑畸變問題，提升了激光加工的一致性與精度。在追求更高加工分辨率與更短脈沖寬度的趨勢下，此類高性能透鏡將成為紫外激光系統中不可或缺的核心組件。