研究目的
研究透明介质中高数值孔径(NA)聚焦引发球差的控制方法，以提高显微成像和激光微加工应用中的能量集中度与物理分辨率。
研究成果
研究表明，在透明介质中通过深度高数值孔径聚焦产生的球差，可利用特殊设计的消球差物镜得到有效控制。该方法能在较大深度范围内实现衍射极限聚焦，从而提升能量集中度与物理分辨率，适用于显微成像和激光微加工等领域。
研究不足
该研究聚焦于利用特定数值孔径物镜控制透明介质（主要是熔融石英）中的球差。将其应用于其他材料或数值孔径范围可能需要进一步研究。
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[美国激光学会ICALEO? 2017：第36届激光与电光应用国际会议 - 美国佐治亚州亚特兰大市（2017年10月22-26日）] 激光与电光应用国际会议 - 透明介质中高数值孔径聚焦的像差控制
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[美国激光学会ICALEO? 2017：第36届激光与电光应用国际会议 - 美国佐治亚州亚特兰大市（2017年10月22-26日）] 激光与电光应用国际会议 - 透明介质中高数值孔径聚焦的像差控制
DOI：10.2351/1.5138167
出版年份：2017
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
在透明介质中实现高数值孔径（NA）的光聚焦技术，在显微成像、多种光学数据存储技术以及激光微加工领域具有重要应用价值。当通过介质的平面边界表面进行高NA聚焦时，会产生正球差效应，这会降低能量集中度并削弱物理分辨率。聚焦深度越大且NA值越高，球差效应与光散射现象就越显著。在激光材料加工过程中，这种效应会导致沿光轴方向出现不可控的能量分布，使得激光辐射与材料相互作用的本就复杂的物理过程变得更加复杂且难以预测。
为控制内部高NA聚焦引发的球差问题，建议采用专利申请中的特殊消球差物镜设计方案。该物镜能在宽深度范围内（例如熔融石英介质中NA0.8无需浸没时0至2毫米范围）实现轴上与离轴高NA聚焦的完全球差补偿，并保持衍射极限性能。通过将可调部件设置为针对特定深度的最佳相对位置，不仅能实现完全球差补偿，还可进行欠补偿与过补偿调节，从而在任意深度精准控制光轴能量分布，达成特殊的材料加工效果。
本文阐述了该光学方案的设计特点，并通过对比计算结果及显微照片，展示了NA0.8物镜在有无球差补偿情况下，对熔融石英介质不同深度聚焦时形成的光斑尺寸差异及相应加工区域形貌。
作者：
Alexander Laskin，Vadim Laskin，Aleksei Ostrun
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