DE102008033358A1 - Production of laser beam for surface processing, comprises emitting the laser beam with first beam parameter product from laser beam source and then deforming into laser beam with predeterminable beam parameter product via optical unit - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Umverteilung des Strahlparameter-Produktes eines Laserstrahls,
im
Folgenden kurz SPP genannt. Das Strahlparameterprodukt beschreibt
die Fokussierbarkeit eines Lichtbündels, speziell eines
Laserstrahls, und lässt sich mathematisch durch folgende
Beziehung beschreiben:
hereafter referred to as SPP. The beam parameter product describes the focusability of a light beam, especially a laser beam, and can be mathematically described by the following relationship:
Hierbei beschreibt θ den Öffnungswinkel des Bündels im Fernfeld und w0 den Strahlradius oder -durchmesser an der Stelle mit dem engsten Bündeldurchmesser.Here, θ describes the opening angle of the bundle in the far field and w 0 the beam radius or diameter at the location with the narrowest bundle diameter.
Es
ist üblich, entweder das Produkt aus halbem Öffnungswinkel
und Radius oder das Produkt aus vollem Winkel und Durchmesser anzugeben.
Für den häufigen Fall eines sog. Gaußstrahls
ergibt sich das SPP speziell zu
Darin sind θ der halbe Fernfeldwinkel, w0 der Strahlradius an der Stelle des engsten Bündeldurchmessers, der sog. Strahltaille, λ die Wellenlänge und M2 die sog. Beugungsmaßzahl. θ und w0 bezeichnen die radiale Position, an der die Strahlintensität auf einen Anteil von 1/e2 = 0.135 ihres axialen Maximalwertes abgefallen ist. M2 ist eine dimensionslose Zahl größer oder gleich 1 und beschreibt das Abweichen eines realen Laserstrahls von einem idealen kohärenten Gaußstrahl, bestehend einer TEM00-Mode.Therein, θ is half the far-field angle, w 0 is the beam radius at the location of the narrowest bundle diameter, the so-called beam waist, λ is the wavelength and M 2 is the so-called diffraction factor. θ and w 0 denote the radial position at which the beam intensity has dropped to a fraction of 1 / e 2 = 0.135 of its maximum axial value. M 2 is a dimensionless number greater than or equal to 1 and describes the departure of a real laser beam from an ideal coherent Gaussian beam consisting of a TEM 00 mode.
Grundsätzlich gilt, je größer das SPP bzw. M2, umso schlechter ist der Strahl zu fokussieren, d. h. umso größer ist der kleinste mögliche Fokusdurchmesser.Basically, the larger the SPP or M 2 , the worse the beam is to focus, ie, the larger the smallest possible focus diameter.
Zur Beschreibung der Strahlqualität eines allgemeinen Laserstrahls lässt sich das SPP zweckmäßigerweise in zwei Komponenten darstellen also z. B. als Produkt seiner orthogonalen Komponenten SPP = SPPx·SPPy, bei Gaußstrahlen speziell über das Produkt der SPP-proportionalen Beugungsmaßzahlen M2 = Mx2·My2. Excimer-Laser und Diodenlaser beispielsweise haben eine anisotrope Aufteilung mit SPPx > SPPy wobei y die sog. kurze und x die sog. lange Strahlquerschnittsachse beschreibt. Viele Festkörperlaser besitzen dagegen eine weitgehend isotrope Aufteilung SPPx = SPPy bzw. Mx2 = My2. Es existieren Problemstellungen, bei denen die räumliche Verteilung des SPP einer gegebenen Strahlungsquelle nicht der für einen bestimmten Anwendungszweck geeigneten Verteilung entspricht.To describe the beam quality of a general laser beam, the SPP can expediently be represented in two components so z. For example, as a product of its orthogonal components SPP = SPPx * SPPy, for Gaussian beams specifically over the product of the SPP-proportional diffraction coefficients M 2 = Mx 2 * My 2 . Excimer lasers and diode lasers, for example, have an anisotropic distribution with SPPx> SPPy where y describes the so-called short and x the so-called long beam cross-sectional axis. In contrast, many solid-state lasers have a largely isotropic distribution SPPx = SPPy or Mx 2 = My 2 . Problems exist in which the spatial distribution of the SPP of a given radiation source does not correspond to the distribution suitable for a particular application.
Stand der TechnikState of the art
Die Notwendigkeit der Laserstrahlformung ergibt sich z. B. im Zusammenhang mit Anwendungen zur Oberflächenbearbeitung, bei denen der Strahl eines Lasers mit Hilfe eines optischen Systems geformt und letztlich definiert auf eine Oberfläche abgebildet wird.The Necessity of laser beam shaping arises z. B. in connection with surface treatment applications where the beam a laser formed by means of an optical system and ultimately defined on a surface.
Eine
Anwendung von aktuellem Interesse findet sich beispielsweise im
Bereich der Herstellung von TFT- und OLED-Displays, derzeit insbesondere bei
der Herstellung kleiner hochauflösender Displays. Dort
besteht typischerweise einer der Prozeßschritte in der
Kristallisation der für die Aufnahme der Schalttransistoren
vorgesehenen, wenige 10 nm dicken Schichten amorphen Siliziums auf
den Glassubstraten des Displays. Eine solche Siliziumschicht wird
durch die Laserstrahlung lokal aufgeschmolzen, und erstarrt bei
der folgenden Abkühlung in einer polykristallinen Struktur.
Dabei sind sowohl Masken abbildende Verfahren anzutreffen, wie auch
Verfahren, bei denen eine lange und schmale Fokuslinie über die
Oberfläche geführt wird. Repräsentativ
für einen diesbezüglichen Stand der Technik sei
auf die
Weitere mögliche konkrete Anwendungen für optische Systeme zur Oberflächenbearbeitung, bei denen die nachfolgend besprochenen Verfahren Anwendung finden könnten, sind beispielsweise die Aktivierung bzw. das Annealing von Dotierungsatomen in Oberflächenschichten ("Dotierungsaktivierung"), die Ablation von Oberflächenstrukturen, oder das "Bohren" sehr kleiner Löcher, z. B. in Folien für Tintenstrahldrucker.Further possible concrete applications for optical systems for surface finishing, in which the ones discussed below Procedures could be applied, for example the activation or annealing of dopant atoms in surface layers ("Doping activation"), the ablation of surface structures, or the "drilling" of very small holes, z. B. in films for inkjet printers.
Allgemein spielen die die Eigenschaften der Strahlungsquelle und ihre geschickte Nutzung und Beeinflussung auf Grund der wachsenden Anforderungen an die Qualität der Kristallisation, die Prozessgeschwindigkeit und damit die optische Abbildung eine immer größere Rolle.Generally play the properties of the radiation source and their skillful Use and influence due to the growing demands to the quality of crystallization, the process speed and thus the optical image an ever larger Role.
Insbesondere für die Erzeugung sehr schmaler Linien, wie vorstehend in Verbindung mit der Herstellung von TFT-Displays erläutert, begrenzt das SPP der Strahlungsquelle die im Prozeß praktisch erzielbare Linienbreite. Um beispielsweise eine für den sog. SLS-Prozeß (SLS: Sequential Lateral Solidification) oder ähnliche Prozesse erforderliche wirksame Linienbreite von ca. 5 μm bei prozeßtauglicher Tiefenschärfe zu erzielen, benötigt man in der sog. kurzen Achse, also senkrecht zur Linienlängserstreckung, ein SPP von M2 = 3 ... 8. In der Richtung der Linienachse dagegen, der sog. langen Achse, ist ein möglichst hohes SPP erwünscht, um störende Interferenzen und Speckle zu vermeiden.In particular, for the production of very narrow lines, as explained above in connection with the production of TFT displays, the SPP of the radiation source limits the line width practically achievable in the process. To achieve, for example, an effective line width of approximately 5 μm required for the so-called SLS process (Sequential Lateral Solidification) or similar processes with process-suitable depth of focus, an SPP is required in the so-called short axis, ie perpendicular to the line extension of M 2 = 3 ... 8. In the direction of the line axis, on the other hand, the so-called long axis, the highest possible SPP is desired in order to avoid interfering interference and speckle.
Das Produkt der SPP-Komponenten, SPPx·SPPy, verringert sich beim Durchgang durch ein optisches System nicht, sondern bleibt gleich oder erhöht sich. Dies gilt bei herkömmlichen optischen Systemen gleichermaßen für die einzelnen Komponenten des SPP selbst. Ohne höhere Verluste, bspw. durch Beschnitt des Strahlquerschnitts, lässt sich das SPP bzw. eine ihrer Komponenten nicht verringern.The Product of SPP components, SPPx · SPPy, is decreasing when passing through an optical system not, but remains equal or higher. This applies to conventional optical systems equally for the individual components of the SPP itself. Without higher losses, for example by trimming of the beam cross section, can be the SPP or one of their Do not reduce components.
Viele Lasertypen, z. B. DPSS-Laser, weisen ein relativ isotropes SPP auf und erlauben die Erfüllung der Anforderungen höchstens in einer der beiden Achsen des Querschnitts. Aus diesem Grund erfolgen derzeit Entwicklungen von Hochleistungslasern mit dem Ziel eines stark anisotropen SPPs.Lots Laser types, z. As DPSS laser, have a relatively isotropic SPP and allow the fulfillment of the requirements at most in one of the two axes of the cross section. For this reason, done currently developments of high power lasers with the goal of a strongly anisotropic SPPs.
Im
Hinblick auf einen Laserstrahl formende optische Vorrichtungen sind
zum Stand der Technik Druckschriften bekannt, aus denen unter Verwendung
von Zylinderlinsenarrayanordnungen die Zusammenführung
einer Vielzahl von Einzelstrahlen zu einem Gesamtlaserstrahl hervorgeht.
Derartige Maßnahmen werden typischerweise bei Verwendung
von Diodenlaserbarren getroffen, die eine Vielzahl von parallel
nebeneinander verlaufenden Einzellaserstrahlen jeweils mit anisotroper
Strahldivergenz emittieren, die es zu Zwecken einer bestimmten Strahlverwendung
zu einem einheitlichen, zumeist niederdivergenten Einzelstrahl zu
vereinheitlichen gilt. Beispielsweise sei hierzu auf folgende Druckschriften verwiesen:
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem bedarfsgerechten SPP anzugeben, wobei die hierfür zu treffenden Maßnahmen einerseits bezogen auf die seitens einer Laserstrahlquelle emittierten Lichtleistung möglichst verlustfrei und andererseits ohne großen finanziellen und apparativen Aufwand zu realisieren sein sollen.Of the Invention is based on the object, a device and a Method for generating a laser beam with a demand-based SPP, with the measures to be taken on the one hand based on the emitted from a laser beam source Light output as lossless as possible and without realize big financial and equipment expenditure should be.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 10 ist eine lösungsgemäße Vorrichtung. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The Solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The subject of claim 10 is a solution according to Contraption. The solution idea advantageous further education Features are the subclaims and the further description, in particular with reference to the illustrated embodiments refer to.
Lösungsgemäß zeichnet sich das Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem vorgebbaren Strahlparameterprodukt, kurz SPP2 dadurch aus, dass ein Laserstrahl von einer Laserstrahlquelle mit einem ersten SPP1 = SPP1x·SPP1y emittiert und über wenigstens eine optische Einheit in einen Laserstrahl mit dem vorgebbaren SPP2 = SPP2x·SPP2y umgeformt wird, wobei gilt:
- 1. SPP1 ≤ SPP2,
- 2. SPP1x ≠ SPP2x,
- 3. SPP1y ≠ SPP2y und
- 1. SPP 1 ≤ SPP 2 ,
- 2. SPP 1x ≠ SPP 2x ,
- 3. SPP 1y ≠ SPP 2y and
Das lösungsgemäße Verfahren nähert sich dem Problem der Erzeugung eines Laserstrahls mit einem möglichst anisotropen SPP, das je nach Anwendungsfall geeignet zu dimensionieren ist, nicht von Seiten der Beeinflussung der Laserstrahlenquelle, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern es wird der Weg verfolgt, das durch die Strahlungsquelle vorgegebenes SPP mittels geeigneter optischer Vorrichtungen umzuverteilen, insbesondere um aus der Strahlung eines isotropen Lasers eine anisotrope Verteilung mit geeigneter Orientierung zu erzeugen. Je nach gegebenem Lasertyp und konkreter Anwendung ist auch die umgekehrte Problemstellung denkbar, also die Erfordernis eines isotropen SPP bei gegebenem anisotrop strahlenden Laser. Prinzipiell gelten hier die gleichen Überlegungen wie im Vorhergehenden.The approaches approach according to the solution the problem of generating a laser beam with a possible anisotropic SPP, which can be suitably dimensioned depending on the application is, not from the influence of the laser beam source, as is the case in the prior art, but it is the Path follows, the predetermined by the radiation source SPP means redistribute suitable optical devices, in particular to from the radiation of an isotropic laser an anisotropic distribution to produce with appropriate orientation. Depending on the given laser type and concrete application is also the opposite problem conceivable, so the requirement of an isotropic SPP given Anisotropic radiating laser. In principle, the same considerations apply here as in the previous one.
Eine lösungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem vorgebbaren Strahlparameterprodukt, kurz SPP2, weist eine Laserstrahlquelle auf, aus der ein Laserstrahl mit einem ersten SPP1 mit SPP1 = SPP1x·SPP1y austritt, der mittel oder unmittelbar mit wenigstens einer optischen Abbildungseinheit wechselwirkt unter Ausbildung des Laserstrahls mit dem vorgebbaren SPP2, mit SPP2 = SPP2x·SPP2y, wobei gilt:
- 1. SPP1 ≤ SPP2,
- 2. SPP1x ≠ SPP2x,
- 3. SPP1y ≠ SPP2y und
- 1. SPP 1 ≤ SPP 2 ,
- 2. SPP 1x ≠ SPP 2x ,
- 3. SPP 1y ≠ SPP 2y and
Mit dem Begriff „Laserstrahl", insbesondere hinsichtlich des umgeformten Strahls, soll neben einem einzigen Strahl mit einem zusammenhängenden Strahlquerschnitt auch ein Bündel von Teilstrahlen gemeint sein, das aus einem einzigen Laserstrahl hervorgegangen ist und funktional bezogen auf die spezifische Anwendung einem einzigen Strahl entspricht.The term "laser beam", in particular with regard to the transformed beam, in addition to egg A single beam with a contiguous beam cross section also means a bundle of partial beams which has emerged from a single laser beam and corresponds functionally to a single beam with respect to the specific application.
Das lösungsgemäß eingesetzte Prinzip der optischen Umverteilung des Strahlparameter-Produktes eines Ausgangslaserstrahls, der aus einer Laserstrahlquelle emittiert wird, soll anhand von in den Figuren näher zu erläuternden Ausführungsbeispielen beschrieben werden, die jedoch durch ihre konkrete Realisierungsform den allgemeinen Lösungsgedanken nicht einschränken sollen.The solution principle used in the optical Redistribution of the beam parameter product of an output laser beam, which is emitted from a laser beam source is to be based on in the figures closer to illustrative embodiments described, but by their concrete form of realization do not restrict the general idea of solution should.
Besteht der Wunsch nach einem Laserstrahl mit einer möglichst anisotropen Strahlverteilung, d. h. einem Laserstrahl mit einem möglichst kleinen Wert für My2 in einer Achse und einem möglichst großen Wert Mx2 in der dazu senkrechten Koordinatenrichtung, und stehen hierzu lediglich Strahlungsquellen zur Verfügung, die jedoch sämtlich keine entsprechende anisotrope Strahlverteilung zu generieren in der Lage sind, so besteht eine Lösung des Problems in einer Umverteilung des SPP, d. h. einer Verringerung des SPP in einer Achse bei gleichzeitiger Erhöhung in der zweiten Achse vermittels einer Transformation mit einfachen optischen Funktionselementen, d. h. Linsen, diffraktive optische Elemente, kurz DOEs, gekrümmte und plane Spiegel oder Prismen.Is there a desire for a laser beam with a possible anisotropic beam distribution, ie a laser beam with the smallest possible value of My 2 in one axis and the largest possible value Mx 2 in the coordinate direction perpendicular thereto, and are available for this purpose only radiation sources available, but all Thus, a solution to the problem of redistributing the SPP, that is, reducing the SPP in one axis while increasing in the second axis, by means of a transformation with simple optical functional elements, ie, lenses, diffractive, is a solution to the problem of generating an appropriate anisotropic beam distribution optical elements, short DOEs, curved and plane mirrors or prisms.
Grundlage des Verfahrens ist die Tatsache, dass das Strahlparameter-Produkt SPP bei verlustfreier Strahlausbreitung zwar eine Erhaltungsgröße ist, bzw. sich zumindest nicht verringern lässt, dass seine Komponenten SPPx, SPPy jedoch verändert werden können gemäß SPPx·SPPy = SPP = const, oder größer werdend.basis of the method is the fact that the jet parameter product Although SPP is a conserved quantity in lossless beam propagation, or at least can not be reduced, that his Components SPPx, SPPy, however, can be changed according to SPPx · SPPy = SPP = const, or larger becoming.
In
Andere Anordnungen führen auf My2 > 1, siehe Fall b, auf den weiter unten zurückgekommen wird.Other arrangements lead to My 2 > 1, see case b, which will be returned below.
Ein Verfahren zur Umverteilung des SPP besteht typischerweise aus folgenden Schritten:
- 1. Segmentierung des Ausgangsstrahlquerschnitts in N Segmente,
- 2. Separation der Segmente (optional),
- 3. Transformation der Segmente und
- 4. Zusammensetzen der transformierten Segmente zu einer topologisch neuen Struktur.
- 1. Segmentation of the output beam cross-section into N segments,
- 2. Separation of segments (optional),
- 3. Transformation of segments and
- 4. Assemble the transformed segments into a topologically new structure.
Eine Umverteilung ohne Segmentierung ist prinzipiell denkbar, erscheint technisch jedoch deutlich schwieriger und aufwendiger, als mit Segmentierung.A Redistribution without segmentation is conceivable in principle, appears technically, however, much more difficult and expensive than with segmentation.
Zur Transformation der einzelnen Segmente stehen prinzipiell folgende drei optische Möglichkeiten offen, ggfs. auch noch weitere Kombinationen aus den drei Möglichkeiten:
- – Lateraler Versatz, z. B. unter Verwendung von Prismen.
Dieser Fall ist in der linken Darstellung in
1 im Fall a) gezeigt. - – Spiegelung, z. B. mittels gedrehter Zylinderlinsen sowie
- – Drehung, äquivalent zu einer geradzahligen Folge von Spiegelungen,
- Lateral offset, e.g. B. using prisms. This case is in the left illustration in
1 in case a). - - reflection, z. B. by means of rotated cylindrical lenses as well
- Rotation, equivalent to an even sequence of reflections,
Wie
in Fall a) in
Fall
b) gemäß
Im linken Fall b) ergeben sich dabei gegen (x, y) gekippte Achsen (X, Y). Diese Intensitätsverteilung läßt sich z. B. wieder homogenisieren und z. B. zur Maskenabbildung verwenden oder z. B. in eine schmale Fokuslinie umformen. Eine variable Einstellung des SPP ermöglicht z. B. bei der Erzeugung einer schmalen Linie auf einfache Weise zum einen, Variationen der Divergenz der Strahlungsquelle zu kompensieren, als auch, Breite oder Tiefenschärfe der Linie gezielt einzustellen.In the left case b) arise against (x, y) tilted axes (X, Y). This intensity distribution can be z. B. homogenize again and z. B. use for mask imaging or z. B. transform into a narrow focus line. A variable setting of the SPP allows z. As in the generation of a narrow line in a simple manner, on the one hand, variations in the divergence of the radiation source Compensate, as well as to selectively adjust the width or depth of focus of the line.
Eine andere Nutzungsmöglichkeit besteht darin, die transformierten Segmente bzw. die entsprechenden Teilstrahlen sozusagen separat anzuwenden. So könnte man jeden der Teilstrahlen einem eigenen optischen System oder Teilsystem zuführen. Beispielsweise existieren Systeme zur Oberflächenbearbeitung, bei denen zur Durchsatzerhöhung die Strahlung eines Lasers gleichmäßig auf mehrere gleich aufgebaute und nebeneinander angeordnete Projektionssysteme aufgeteilt wird. Anstelle einer herkömmlichen Aufteilung könnte man so zugleich das SPP geeignet verändern.A another possibility is to use the transformed ones Segments or the corresponding sub-beams, so to speak separately apply. So you could each of the sub-rays own a optical system or subsystem. For example exist surface treatment systems in which to increase the output, the radiation of a laser evenly on several equally constructed and juxtaposed projection systems is split. Instead of a conventional division could one change the SPP at the same time?
Für Systeme mit Maskenabbildung ist es auch vorstellbar, die Gestaltung der Maske und die Anordnung der transformierten Teilstrahlen aufeinander abzustimmen. Zur Realisierung des gesamten Verfahrens kann es erforderlich oder zweckmäßig sein, den Strahiquerschnitt vor oder nach der Transformation lateral in einer oder zwei Richtungen zu strecken oder zu stauchen. Dies verändert die Topologie des Strahls und seiner Segmente nicht und damit auch nicht das SPP.For Systems with mask imaging, it is also conceivable the design the mask and the arrangement of the transformed partial beams on each other vote. It may be necessary to realize the entire procedure or expedient, the Strahiquerschnitt ago or after transformation laterally in one or two directions to stretch or to compress. This changes the topology not the beam and its segments and therefore not the SPP.
Auf
Komponente
Eine
alternative Anordnung zur Strahlseparation mittels seitlich aneinandergereihter
Prismen P1, P2, P3 zeigt
Anstelle von Prismen lassen sich auch entsprechende Anordnungen von in Strahleinfallsrichtung gegeneinander versetzten Spiegeln oder DOEs (Diffraktive optische Elemente) verwenden.Instead of of prisms can also be appropriate arrangements of the direction of incidence mutually offset mirrors or DOEs (Diffractive Optical Elements) use.
Ein
Ausführungsbeispiel zur Umverteilung des SPP eines Laserstrahls
ist in
Je nach gewünschten Anordnungen der Intensitätsverteilungen am Ausgang und der dazu erforderlichen Strahlumlenkungsrichtungen sind die aktiven Flächen der Prismen geeignet zueinander zu orientieren.ever according to desired arrangements of the intensity distributions at the exit and the required beam deflection directions the active surfaces of the prisms are suitable for each other to orient.
Dargestellt sind zwei Varianten: Bei Variante A (mittlere Darstellung) werden die Strahlquerschnitte T1, T2, T3 nur in der x-Achse gegeneinander verschoben, so dass ein treppenartiges Muster erzeugt wird.shown are two variants: In variant A (middle representation) are the beam cross sections T1, T2, T3 only in the x-axis against each other shifted, so that a staircase-like pattern is generated.
Bei Variante B (untere Darstellung) werden die Strahlen zugleich in x- und y-Richtung umgelenkt und die Ausgangsquerschnitte an ihren kurzen Kanten aneinandergereiht. Die Vorrichtung läßt sich selbstverständlich analog für eine beliebige Zahl von Teilstrahlen bzw. verschobenen Segmenten realisieren.at Variant B (lower illustration), the rays are at the same time in x and y direction deflected and the output cross sections at their strung together short edges. The device leaves of course analogous to any Number of sub-beams or shifted segments realize.
Weiterhin
ist es für die Funktion nicht erforderlich, dass separate
Eingangsstrahlen verwendet werden, vielmehr kann z. B. ein einziger
Strahl verwendet werden, der durch die Eingangsprismen in Teilstrahlen
separiert wird. Vorteil einer Vorseparation des Strahls ist jedoch
die Vermeidung von Beugung und Streuung an den Prismenkanten und
-flächen. Eine derartige Vorseparation läßt
sich z. B. durch eine Folge von zwei Zylinderlinsen-Arrays A1, A2
oder eine Prismenanordnung realisieren, wie in
Weiterhin
lässt sich die Vorrichtung von
Eine
Variante der Vorrichtung von
Die
beschriebene Anordnung erzeugt einen treppenartigen Strahlquerschnitt
gemäß
- 1) Man kippt eine Anordnung gemäß dem
in
20 dargestellten Ausführungsbeispiel um 45° um die z-Achse für einen Strahlverlauf.20a zeigt eine perspektivische Draufsicht auf drei Platten P2, P3, P4, die von den Teilstrahlen T1, T2, T3, T4 durchsetzt werden,20b stellt eine diesbezügliche Draufsicht und20c eine Seitenansicht in Strahlebene der Teilstrahlen dar, wobei die eingetragenen Rechtecke jeweils die Strahlquerschnitte der einzelnen Teilstrahlen T1, T2, T3, T4 darstellen. - 2) Die zweite Vorgehensweise sieht vor, einen gegenüber
dem in
7 dargestellten Prismensatz (P2, P3, P3) um 90° um die z-Achse gedrehten zweiten Prismensatz (Q2, Q3, Q4) vorzusehen, der die Teilstrahlen in der (y, z)-Ebene versetzt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in21 dargestellt. Gleichsam zeigt21a eine perspektivische Draufsicht auf beide Prismensätze P2, P3, P4 und Q2, Q3, Q4, die von den Teilstrahlen T1, T2, T3, T4 durchsetzt werden,21b und c stellen jeweils eine diesbezügliche Drauf- und Seitenansicht dar. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Teilstrahlen unterschiedliche optische Wege zurücklegen, wodurch sich ihre wechselseitige Kohärenz der Teilstrahlen reduzieren bzw. eliminieren lässt. Nachteilig ist allerdings, dass sich bei einer eventuellen nachfolgenden Fokussierung des Bündels der Teilstrahlen für jeden Teilstrahl prinzipiell ein anderer Abstand des Fokus hinter einer fokussierenden Linse ergibt. Dieser Effekt ist vernachlässigbar, sofern die SPP-Transformation innerhalb des Rayleigh-Bereiches, also im Bereich der Strahltaille des Laserstrahles, stattfindet.
- 1) One tilts an arrangement according to the in
20 illustrated embodiment by 45 ° about the z-axis for a beam path.20a shows a perspective top view of three plates P2, P3, P4, which are penetrated by the partial beams T1, T2, T3, T4,20b represents a plan view and20c a side view in the beam plane of the partial beams, wherein the registered rectangles each represent the beam cross sections of the individual partial beams T1, T2, T3, T4. - 2) The second procedure provides, one compared to the in
7 represented prism set (P2, P3, P3) by 90 ° about the z-axis rotated second prism set (Q2, Q3, Q4), which sets the partial beams in the (y, z) plane. Such an embodiment is in21 shown. As it shows21a a perspective top view of both prism sets P2, P3, P4 and Q2, Q3, Q4, which are penetrated by the partial beams T1, T2, T3, T4,21b and c respectively show a respective top and side view thereof. This arrangement has the advantage that the partial beams cover different optical paths, whereby their mutual coherence of the partial beams can be reduced or eliminated. The disadvantage, however, is that in a possible subsequent focusing of the beam of sub-beams for each partial beam in principle results in a different distance of the focus behind a focusing lens. This effect is negligible as long as the SPP transformation takes place within the Rayleigh region, ie in the region of the beam waist of the laser beam.
Ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel zur vorstehend
erläuterten zweiten Vorgehensweise ist in
Eine
weitere Realisierungsmöglichkeit zeigen
In
Möchte
man den Versatz der Teilstrahlen in y-Richtung reduzieren oder die
Teilstrahlen sogar in gleicher Höhe y anordnen, entsprechend
Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, einer in
Die
Methode läßt sich übrigens in gleicher Weise
z. B. auch auf eine Vorrichtung mit Prismen oder Spiegeln etc. nach
Auch hier läßt sich die Vorrichtung vorteilhaft durch Prismen, ggfs. monolithisch, realisieren.Also Here, the device can be advantageous by Realize prisms, if necessary monolithic.
Mit
der dargestellten Anordnung erfahren alle Teilstrahlen die gleichen
optischen Wege, und es folgen daraus die bereits zu
Bei
der in
Der
allgemeine Fall α ≠ 45° ist in
Sofern
auf das erste Array A1 keine separierten Teilstrahlen treffen, sondern
der Gesamtstrahl, der von diesem Array dann zugleich segmentiert wird,
tritt Beugung durch die beschneidenden Linsenränder auf.
Dieser Effekt ist möglicherweise kritisch im Hinblick auf
den Fall, dass für das Strahlprodukt in einer Achse sehr
kleine Werte erzielt werden sollen, da dann die Linsenbreite B nur
um einen kleinen Faktor größer ist als die laterale
Kohärenzlänge des Lichtes. Beugung macht sich
letztlich aber durch eine Deformation (Oszillationen) des gewünschten
Intensitätsprofils in der Bildebene bemerkbar. Zur Verringerung
des Effektes sind beispielsweise die in
Statt
Zylindersegmenten können auch andere Kurvenfunktionen sinnvoll
sein, z. B. ein sinusförmiger Verlauf, oder ein zusammengesetzt
parabolischer Verlauf. Die Periode der Oberflächenfunktion (analog
der Breite einer einzelnen Linse) ist in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20150106 |