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近红外大数值孔径平场显微物镜设计

周恩源 刘丽辉 刘岩 曹振

周恩源, 刘丽辉, 刘岩, 曹振. 近红外大数值孔径平场显微物镜设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(7): 718006-0718006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0718006
引用本文: 周恩源, 刘丽辉, 刘岩, 曹振. 近红外大数值孔径平场显微物镜设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(7): 718006-0718006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0718006
Zhou Enyuan, Liu Lihui, Liu Yan, Cao Zhen. Design of high NA flat-field microscope objective for near infrared[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(7): 718006-0718006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0718006
Citation: Zhou Enyuan, Liu Lihui, Liu Yan, Cao Zhen. Design of high NA flat-field microscope objective for near infrared[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(7): 718006-0718006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0718006

近红外大数值孔径平场显微物镜设计

doi: 10.3788/IRLA201746.0718006
基金项目: 

国家自然科学基金(61435005)

详细信息
    作者简介:

    周恩源(1989-),男,硕士生,主要从事光学设计方面的研究。Email:lmy1989@bit.edu.cn

  • 中图分类号: TH703;TN202

Design of high NA flat-field microscope objective for near infrared

  • 摘要: 为满足飞秒激光微纳加工系统对高加工精度和大加工范围的需求,首先确定了该系统的重要组成部分-无限共轭距显微物镜所需具备的特性及设计指标。依据薄透镜组的初级像差理论,针对飞秒激光波长推导出光学系统为校正匹兹凡场曲和二级光谱所需满足的条件。该镜头由11片球面透镜构成,所选用材料皆为国产玻璃,同时避免三胶合结构的使用。设计了一套工作波长为785~815 nm,数值孔径为0.9,像方视场为22.5 mm,放大倍率为40的近红外平场复消色差显微物镜。设计结果表明:该镜头的MTF良好,全视场波像差均小于0.08,各种几何像差均远小于公差且满足平场和复消色差条件,能量集中度高。使用补偿器放松材料公差、加工公差和装调公差,公差分配后全视场RMS波像差小于0.09,满足实际应用要求。
  • [1] Kawata S, Sun H B, Tanaka T, et al. Finer features for functional microdevices-micromachines can be created with higher resolution using two-photon absorption[J]. Nature,2001, 412(6848):697-698.
    [2] Dong Xianzi, Chen Weiqiang, Zhao Zhensheng, et al. Femtosecond pulse laser two-photon micro-nanofabrication technology and application[J]. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(1):2-13. (in Chinese)董贤子, 陈卫强, 赵振声, 等. 飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用[J]. 科学通报, 2008, 53(1):2-13.
    [3] Li Yan. The research of femtosecond laser micro-nanofabrication[D]. Changchun:Jilin University, 2010. (in Chinese)李岩. 飞秒激光微纳加工制备研究[D].长春:吉林大学, 2010.
    [4] Kuang Yuguang. Lens design of the flat field, apochromatic CF microscopic objective[J]. Acta Optica Sinica, 1994, 14(5):558-560. (in Chinese)匡裕光. 平象场复消色差大视场显微物镜光学设计[J]. 光学学报, 1994, 14(5):558-560.
    [5] Chen Jiao, Jiao Mingyin, Chang Weijun, et al. Optical design of apochromatic microscope objective for near ultraviolet-visible wide spectrum[J]. Journal of Applied Optics, 2011, 32(6):1098-1102. (in Chinese)陈姣, 焦明印, 常伟军, 等. 近紫外-可见光宽波段复消色差显微物镜设计[J]. 应用光学, 2011, 32(6):1098-1102.
    [6] Xue Jinlai, Gong Yan, Li Dianmeng. Optical design of the N.A. 0.75 plan-apochromatic microscope objective[J]. Chinese Optics, 2015, 8(6):957-963. (in Chinese)薛金来, 巩岩, 李佃蒙. N.A. 0.75平场复消色差显微物镜光学设计[J]. 中国光学, 2015, 8(6):957-963.
    [7] Miks A, Novak J. Method for primary design of superachromats[J]. Applied Optics, 2013, 52(28):6668-6876.
    [8] Liu Qian, Yang Weichuan, Yuan Daocheng, et al. Design of linear dispersive objective for chromatic confocal microscope[J]. Opt Precision Eng, 2013, 21(10):2473-2479. (in Chinese)刘乾, 杨维川, 袁道成, 等. 光谱共焦显微镜的线性色散物镜设计[J]. 光学精密工程, 2013, 21(10):2473-2479.
    [9] Meng Qingyu, Dong Jihong, Wang Dong, et al. Minitype optical system development of stereo camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4):0418002. (in Chinese)孟庆宇, 董吉洪, 王栋, 等.轻小型立体相机光学系统研制[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4):0418002.
    [10] Li Lin. Applied Optics[M]. Beijing:Beijing Institute of Technology Press, 2010. (in Chinese)李林. 应用光学[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.
    [11] Liu Lipeng. The research of 3D micro-fabrication with two-photon absorption of femtosecond laser and ultrafast detection technology[D]. Nanjing:Jiangsu University, 2005. (in Chinese)刘立鹏. 飞秒激光双光子三维微细加工和超快检测技术的研究[D]. 南京:江苏大学, 2005.
    [12] Wang Zhijiang. Handbook of Practical Optical Technology[M]. Beijing:China Machine Press, 2007. (in Chinese)王之江. 实用光学技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2007.
    [13] Cui Guihua. Design of plan field, apochromatic microscope objective and optical tolerances computation[D]. Beijing:Beijing Institute of Technology, 1987. (in Chinese)崔桂华. 平场复消色差显微物镜设计和光学公差计算[D]. 北京:北京理工大学, 1987.
    [14] Li Lin. Modern Optical Design[M]. Beijing:Beijing Institute of Technology Press, 2009. (in Chinese)李林. 现代光学设计方法[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2009.
    [15] Zhang Yimo. Applied Optics[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2015. (in Chinese)张以谟. 应用光学[M]. 北京:电子工业出版社, 2015.
    [16] Yuan Xucang. Optical Design[M]. Beijing:Beijing Institute of Technology Press, 1988. (in Chinese)袁旭沧. 光学设计[M]. 北京:北京理工大学出版社, 1988.
    [17] Li Shixian, Li Lin. Handbook of Optical Design[M]. Beijing:Beijing Institute of Technology Press, 1996. (in Chinese)李士贤, 李林. 光学设计手册[M].北京:北京理工大学出版社, 1996.
    [18] International standard ISO 19012-1-2013, Microscopes-Designation of microscope objectives[S]. 2013.
    [19] Xu Weicai. Optical design and imaging performance compensation for the lithographic lens[D]. Changchun:Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2011. (in Chinese)许伟才. 投影光刻物镜的光学设计与像质补偿[D]. 长春:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2011.
    [20] Fu Yuanying, Li Yanqiu, Liu Xiaolin, et al. A method of tolerance analysis for wavefront error of lithographic projection lens[J]. Optical Technique, 2014, 40(4):289-294. (in Chinese)符媛英, 李艳秋, 刘晓林, 等. 投影光刻物镜波像差的公差分析方法[J]. 光学技术, 2014, 40(4):289-294.
    [21] Guo Xiarui, Wang Chunyu, Liao Zhibo, et al. Misalignment and assemblage stress analysis in space transmission optical system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(4), 947-951. (in Chinese)郭夏锐,王春雨, 廖志波, 等. 高精度透射式空间光学系统装调误差分析与动态控制[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(4):947-951.
    [22] Li Mengjuan, Liao Zhibo, Wang Chunyu. Analysis and control on assemblage tolerance in small-aperture high-precision refractive optical system[J]. Journal of Applied Optics, 2015, 36(2):277-281. (in Chinese)栗孟娟, 廖志波, 王春雨. 小口径高精度折射式光学系统装调公差的分析与控制[J]. 应用光学, 2015, 36(2):277-281.
  • [1] 商涛, 邓国亮, 王俊, 伍杰, 蔡睿, 陈茹波, 许云龙.  飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值及孵化效应研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(3): 20230583-1-20230583-9. doi: 10.3788/IRLA20230583
    [2] 刘宁, 周谷禹, 杨夕, 徐纪鹏, 洪琦琳, 黄先燕, 张检发, 刘肯, 朱志宏.  Si3N4/WS2/Al2O3三明治型纳米激光器结构参数优化 . 红外与激光工程, 2023, 52(6): 20230196-1-20230196-7. doi: 10.3788/IRLA20230196
    [3] 张泽, 侯国忠, 邓岩岩, 章媛, 张德林, 李兢兢, 王雨雷, 吕志伟, 夏元钦.  小鼠大脑飞秒双光子荧光三维显微成像研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230201-1-20230201-11. doi: 10.3788/IRLA20230201
    [4] 张子浩, 王旭, 黄怡晨, 李福泉, 李俐群, 蔺晓超, 杨诗瑞, 郭鹏.  供油孔流量数值模拟及其飞秒激光加工工艺优化 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220454-1-20220454-10. doi: 10.3788/IRLA20220454
    [5] 岳端木, 孙会来, 杨雪, 孙建林.  飞秒激光环切加工不锈钢微孔工艺及其质量控制神经网络模型 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20200446-1-20200446-10. doi: 10.3788/IRLA20200446
    [6] 皮一涵, 王春泽, 宋有建, 胡明列.  极低时间抖动的飞秒激光技术(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201058-1-20201058-13. doi: 10.3788/IRLA20201058
    [7] 刘鑫, 常军, 陈蔚霖, 杜杉, 武楚晗, 许祥馨, 朱懿.  连续变焦偏振视频显微物镜设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20200003-1-20200003-6. doi: 10.3788/IRLA20200003
    [8] 王华丰, 孙轲, 孙盛芝, 邱建荣.  飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201057-1-20201057-11. doi: 10.3788/IRLA20201057
    [9] 胡跃强, 李鑫, 王旭东, 赖嘉杰, 段辉高.  光学超构表面的微纳加工技术研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201035-1-20201035-19. doi: 10.3788/IRLA20201035
    [10] 许孝芳, 李晓良, 王庆伟, 杨逢逢, 高永锋, 李晓天.  三束飞秒激光辐照下铜膜内电子非平衡热输运 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 206001-0206001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0206001
    [11] 张润泽, 陈宇, 张家铭, 李阳, 张健.  长工作距变焦显微系统物镜设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 618003-0618003(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0618003
    [12] 董亭亭, 张国伟, 郭劼, 吴锦双, 张为国, 付跃刚.  仿生蛾眼抗反射结构成像系统研制 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 118004-0118004(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0118004
    [13] 蔡建文, 胡衍雷, 黄文浩.  微爆材料的飞秒激光三维光存储 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1106010-1106010(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1106010
    [14] 孙树峰, 王萍萍.  飞秒激光双光子聚合加工微纳结构 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1206009-1206009(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1206009
    [15] 胡瑜泽, 聂劲松, 孙可, 王磊.  不同能量背景的环形艾里飞秒激光光束大气成丝特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806005-0806005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0806005
    [16] 于军立, 孟庆龙, 叶荣, 钟哲强, 张彬.  飞秒激光作用下光整流晶体的损伤阈值分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106004-0106004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0106004
    [17] 孙雯, 胡建军, 赵知诚, 陈新华, 韩琳, 沈为民.  新型两镜折反式平场消像散望远物镜光学设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3667-3672.
    [18] 蔡建文, 潘雪涛, 张美凤, 孟飞.  飞秒激光微加工中光斑横向超分辨研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1790-1793.
    [19] 吴东江, 周思雨, 姚龙元, 马广义, 庄娟.  飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2243-2249.
    [20] 邵俊峰, 郭劲, 王挺峰.  飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2419-2424.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-05
  • 修回日期:  2016-12-03
  • 刊出日期:  2017-07-25

近红外大数值孔径平场显微物镜设计

doi: 10.3788/IRLA201746.0718006
    作者简介:

    周恩源(1989-),男,硕士生,主要从事光学设计方面的研究。Email:lmy1989@bit.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(61435005)

  • 中图分类号: TH703;TN202

摘要: 为满足飞秒激光微纳加工系统对高加工精度和大加工范围的需求,首先确定了该系统的重要组成部分-无限共轭距显微物镜所需具备的特性及设计指标。依据薄透镜组的初级像差理论,针对飞秒激光波长推导出光学系统为校正匹兹凡场曲和二级光谱所需满足的条件。该镜头由11片球面透镜构成,所选用材料皆为国产玻璃,同时避免三胶合结构的使用。设计了一套工作波长为785~815 nm,数值孔径为0.9,像方视场为22.5 mm,放大倍率为40的近红外平场复消色差显微物镜。设计结果表明:该镜头的MTF良好,全视场波像差均小于0.08,各种几何像差均远小于公差且满足平场和复消色差条件,能量集中度高。使用补偿器放松材料公差、加工公差和装调公差,公差分配后全视场RMS波像差小于0.09,满足实际应用要求。

English Abstract

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