DE112019006721T5

DE112019006721T5 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE112019006721T5
Application number: DE112019006721.4T
Authority: DE
Inventors: Keiji Murata; Futoshi Ishii
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-10-28
Also published as: JP7118368B2; US20210364864A1; CN113498488A; JPWO2020188861A1; WO2020188861A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine optische Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Modus zum Formen eines Profils von einfallendem Licht einzustellen.
Eine optische Vorrichtung (100) enthält ein erstes optisches Element (10), aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet, dass eine optische Achse des ersten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu einer Richtung ist, in der sich einfallendes Licht ausbreitet; ein zweites optisches Element (20), aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet, dass eine optische Achse des zweiten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das einfallende Licht ausbreitet; und ein drittes optisches Element (30), das zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element angeordnet ist, wobei das dritte optische Element (30) eine optische Wegdifferenz von {1/4 + m × (1/2)} × λ (wobei m eine Ganzzahl ist) zwischen orthogonalen Polarisationskomponenten von Licht erzeugt, das von dem ersten optischen Element emittiert wird. Das erste optische Element (10), das zweite optische Element (20) und/oder das dritte optische Element (30) ist um eine Achse des einfallenden Lichts drehbar.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung.
Stand der Technik
Wenn beispielsweise eine Laserbearbeitungsmaschine einen Laserstrahl mit einem gaußförmigen Profil ausgibt, unterscheidet sich die Leistung des Laserstrahls zwischen einem zentralen Bereich und einem peripheren Bereich eines Bestrahlungsbereichs. Daher kann ein Problem darin auftreten, dass ein mit dem Laserstrahl bestrahltes Objekt in einem Bereich beschädigt wird, in dem die Leistung des Laserstrahls hoch ist, oder dass das Objekt in einem Bereich, in dem die Leistung des Laserstrahls niedrig ist, nicht ausreichend bearbeitet werden kann. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Strahlformungselement verwendet, um das Profil eines von einer Lichtquelle ausgegebenen Laserstrahls je nach Verwendungszweck nach Wunsch zu formen. Beispielsweise offenbart das nachfolgend angegebene Patentdokument 1 eine optische Vorrichtung zur Laserbearbeitung, die zwei doppelbrechende Kristalle und eine zwischen den doppelbrechenden Kristallen angeordnete Halbwellenlängenplatte enthält. Diese optische Vorrichtung zur Laserbearbeitung teilt einen gaußförmigen Laserstrahl in vier Laserstrahlen, indem sie zweimal Doppelbrechung verursacht, sodass ein Bereich vergrößert werden kann, in dem die Laserstrahlintensitätsverteilung gleichförmig ist.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 61-198210
Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wenn die Leistung des von einer Lichtquelle erzeugten Laserstrahls erhöht wird, kann das Profil des Laserstrahls von einer gleichmäßigen gaußschen Form abweichen und beispielsweise aufgrund einer Mischung von Modi höherer Ordnung asymmetrisch werden. Wenn ein solcher Laserstrahl durch die in Patentdokument 1 offenbarte optische Vorrichtung zur Laserbearbeitung geformt wird, ist es schwierig, ein gleichförmiges Profil zu erhalten, da der ursprüngliche Laserstrahl asymmetrisch ist.
Die vorliegende Offenbarung erfolgte angesichts der zuvor beschriebenen Umstände, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine optische Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Modus zum Formen des Profils von einfallendem Licht einzustellen.
Lösung der Aufgabe
Eine optische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein erstes optisches Element, aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet, dass eine optische Achse des ersten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu einer Richtung ist, in der sich einfallendes Licht ausbreitet; ein zweites optisches Element, aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet, dass eine optische Achse des zweiten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das einfallende Licht ausbreitet; und ein drittes optisches Element, das zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element angeordnet ist, wobei das dritte optische Element eine optische Wegdifferenz von {1/4 + m × (1/2)} × λ (wobei m eine Ganzzahl ist) zwischen orthogonalen Polarisationskomponenten von Licht erzeugt, das von dem ersten optischen Element emittiert wird. Das erste optische Element, das zweite optische Element und/oder das dritte optische Element ist um eine Achse des einfallenden Lichts drehbar.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung stellt eine optische Vorrichtung bereit, die in der Lage ist, einen Modus zum Formen des Profils von einfallendem Licht einzustellen.
Figurenliste

[1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur einer optischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[2] 2 veranschaulicht Doppelbrechung in einem einachsigen Kristall.
[3] 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Winkel zwischen einer optischen Achse des einachsigen Kristalls und einfallendem Licht und der Trennbreite zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem außergewöhnlichen Strahl zeigt.
[4A] 4A veranschaulicht das Prinzip einer Viertelwellenlängenplatte.
[4B] 4B veranschaulicht das Prinzip der Viertelwellenlängenplatte.
[5A] 5A ist ein schematisches Diagramm, das einen Laserstrahl veranschaulicht, der auf ein erstes in 1 veranschaulichtes optisches Element einfällt.
[5B] 5B ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten ersten optischen Element emittiert werden.
[5C] 5C ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von einer in 1 veranschaulichten Viertelwellenlängenplatte emittiert werden.
[5D] 5D ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von einem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden.
[6] 6 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel von Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden.
[7] 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein strukturelles Beispiel veranschaulicht, bei dem das in 1 veranschaulichte zweite optische Element gedreht wird.
[8A] 8A ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden, wenn das zweite optische Element gedreht wird.
[8B] 8B ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden, wenn das zweite optische Element gedreht wird.
[9] 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur einer optischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[10A] 10A ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils eines Laserstrahls zeigt, der auf das in 1 veranschaulichte erste optische Element einfällt.
[10B] 10B ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils von Laserstrahlen zeigt, die von dem in 1 veranschaulichten ersten optischen Element emittiert werden.
[10C] 10C ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils von Laserstrahlen zeigt, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung und zeigen schematisch die Abmessungen und die Form jedes Teils. Es wird darauf hingewiesen, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
Eine optische Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur der optischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Eine optische Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zum Beispiel in einer Laserbearbeitungsmaschine enthalten, die ein Objekt unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeitet, und fungiert als Strahlformungselement zum Formen des Profils eines Laserstrahls, der durch eine Lichtquelle erzeugt wird.
Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet die optische Vorrichtung 100 zum Beispiel ein erstes optisches Element 10, ein zweites optisches Element 20 und eine Viertelwellenlängenplatte 30. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die Elemente unter Verwendung von rechtwinkligen Koordinatensystemen mit zueinander orthogonalen X-, Y- und Z-Achsen beschrieben, wie in 1 veranschaulicht. Diese Koordinatensysteme sind jedoch für die Kristallachsen der Elemente irrelevant.
Das erste optische Element 10, die Viertelwellenlängenplatte 30 und das zweite optische Element 20 sind in dieser Reihenfolge entlang eines optischen Wegs eines Laserstrahls L1 angeordnet, der von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) emittiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform haben das erste optische Element 10, die Viertelwellenlängenplatte 30 und das zweite optische Element 20 die Formen flacher kreisförmiger Platten von im Wesentlichen der gleichen Größe in der Draufsicht, wenn in Richtung der Z-Achse betrachtet, und alle weisen zwei Hauptoberflächen auf, die parallel zu einer durch die X- und Y-Achse definierten Ebene verlaufen (diese Ebene wird im Folgenden auch als XY-Ebene bezeichnet, und andere Ebenen werden ähnlich definiert) und eine Dicke in einer Richtung parallel zu der Z-Achse aufweisen. Der Laserstrahl L1 breitet sich in einer Richtung parallel zu der Z-Achse von der negativen Seite zu der positiven Seite der Z-Achse aus und durchläuft das erste optische Element 10, die Viertelwellenlängenplatte 30 und das zweite optische Element 20 in dieser Reihenfolge. Der Laserstrahl L1 kann sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Richtung ausbreiten.
Die Materialien des ersten optischen Elements 10, des zweiten optischen Elements 20 und der Viertelwellenlängenplatte 30 sind nicht besonders eingeschränkt, solange die Materialien doppelbrechend sind. Zum Beispiel können das erste optische Element 10, das zweite optische Element 20 und die Viertelwellenlängenplatte 30 aus einem kristallinen Material wie etwa Quarz, Rutil oder Saphir oder aus einem doppelbrechenden Harz gefertigt sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind zum Beispiel das erste optische Element 10, das zweite optische Element 20 und die Viertelwellenlängenplatte 30 alle aus synthetischem Quarz gefertigt. Synthetischer Quarz ist ein einachsiger Kristall mit einer optischen Achse in einer Richtung und ist doppelbrechend. Synthetischer Quarz hat im Vergleich zu anderen Materialien, wie z. B. Glas, eine hohe Transmission über einen breiteren Wellenlängenbereich. Synthetischer Quarz weist optische Eigenschaften auf, die nicht leicht abgebaut werden und sich nur langsam verschlechtern, selbst wenn energiereiches Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge (beispielsweise tiefultraviolettes Licht) hindurchtritt. Darüber hinaus zerläuft synthetischer Quarz nicht und ist daher sehr feuchtigkeitsbeständig.
2 veranschaulicht Doppelbrechung in einem einachsigen Kristall. Der einachsige Kristall 200 weist eine optische Achse Cx in einer Richtung auf. Wenn eine Richtung, in der sich einfallendes Licht L, das auf den einachsigen Kristall 200 einfällt, weder parallel noch orthogonal zu der optischen Achse Cx des einachsigen Kristalls 200 ausbreitet, wird das auf den einachsigen Kristall 200 einfallende Licht L in einen gewöhnlichen Strahl L_o und einen außergewöhnlichen Strahl L_e mit zueinander orthogonalen Schwingungsebenen geteilt. Somit tritt sogenannte Doppelbrechung auf. Hierzu kommt es, weil das optische Element eine Kristallstruktur aufweist, sodass Lichtstrahlen sich mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Ausbreitungsrichtung ausbreiten und der Brechungsindex sich daher in Abhängigkeit von der Schwingungsebene unterscheidet.
Angenommen, die Dicke des einachsigen Kristalls 200 beträgt t, der Brechungsindex für den gewöhnlichen Strahl L_o ist n_o, der Brechungsindex für den außergewöhnlichen Strahl L_e ist n_e und der Winkel zwischen der optischen Achse Cx des einachsigen Kristalls 200 und dem einfallenden Licht L ist α. Eine Trennbreite d zwischen dem gewöhnlichen Strahl L_o und dem außergewöhnlichen Strahl L_e wird wie in der nachfolgend angegebenen Gleichung (1) erhalten.
[Math. 1] $d = t \frac{(n_{e}^{2} - n_{o}^{2}) sin α cos α}{{(n_{o} sin α)}^{2} + {(n_{e} cos α)}^{2}}$
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Winkel zwischen der optischen Achse des einachsigen Kristalls und dem einfallendem Licht und der Trennbreite zwischen dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl zeigt. Die horizontale Achse des Graphen repräsentiert den Winkel α (Grad) zwischen der optischen Achse und dem einfallenden Licht, und die vertikale Achse des Graphen repräsentiert die Trennbreite d zwischen dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl. Der Graph in 3, der die Beziehung zwischen dem Winkel α zwischen der optischen Achse und dem einfallenden Licht und die Trennbreite d zwischen dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl zeigt, wird basierend auf Gleichung (1) erhalten. Der Graph zeigt, dass die Trennbreite d maximal ist, wenn der Winkel α etwa 45° beträgt. Mit anderen Worten, eine relativ große Trennbreite d kann selbst dann erzielt werden, wenn die Dicke t des einachsigen Kristalls relativ klein ist. Der Graph zeigt ferner, dass der Betrag der Variation der Trennbreite d relativ zum Betrag der Variation von α klein ist, wenn der Winkel α im Bereich von etwa 35° bis etwa 55° liegt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 liegen eine optische Achse C1 des ersten optischen Elements 10 und eine optische Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 beide auf einer XZ-Ebene und sind weder parallel noch orthogonal zu der Richtung angeordnet, in der sich das einfallende Licht ausbreitet. Der Winkel zwischen der optischen Achse C1 und dem einfallenden Licht und der Winkel zwischen der optischen Achse C2 und dem einfallenden Licht können beide im Bereich von beispielsweise etwa 35° bis etwa 55° liegen, basierend auf der zuvor beschriebenen 3. Der Winkel zwischen jeder optischen Achse und dem einfallenden Licht ist definiert als der kleinere der Winkel, die definiert sind durch die optische Achse und die Richtung, in der sich das einfallende Licht ausbreitet.
Das erste optische Element 10, das zweite optische Element 20 und/oder die Viertelwellenlängenplatte 30 ist dazu konfiguriert, entlang einer XY-Ebene um eine Achse des auf jedes Element einfallenden Lichts drehbar zu sein. Wenn beispielsweise das zweite optische Element 20 drehbar ist, kann die Neigungsrichtung der optischen Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 relativ zu dem einfallenden Licht angemessen eingestellt werden. Die Auswirkungen der Einstellung der Neigungsrichtung werden nachfolgend beschrieben.
Die Viertelwellenlängenplatte 30 ist auf dem optischen Weg des Laserstrahls L1 und zwischen dem ersten optischen Element 10 und dem zweiten optischen Element 20 angeordnet. Die Viertelwellenlängenplatte 30 kann eine Dicke aufweisen, die geringer ist als die Dicken des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20. Die Viertelwellenlängenplatte 30 weist eine optische Achse C3 auf, die auf einer XY-Ebene angeordnet ist, sodass der Winkel zwischen der optischen Achse C3 und der X-Achse spitz ist. Mit anderen Worten, die optische Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30 ist orthogonal zu der Richtung, in der sich das einfallende Licht ausbreitet. Der Winkel zwischen der optischen Achse C3 der Wellenplatte 30 und der X-Achse kann beispielsweise etwa 45° betragen.
Die Viertelwellenlängenplatte 30 bewirkt, dass Licht in Abhängigkeit von der Schwingungsebene des Lichts mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten hindurchtritt, und erzeugt dadurch eine optische Wegdifferenz von {1/4 + (1/2) × m} × λ (wobei m eine Ganzzahl ist) zwischen Polarisationskomponenten, die zueinander orthogonal sind. Hierbei ist λ die Wellenlänge des Lichts. Somit hat die Viertelwellenlängenplatte 30 die Funktion, beispielsweise linear polarisiertes Licht in zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht und zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umzuwandeln. Diese Funktion wird unter Bezugnahme auf die 4A und 4B weiter beschrieben.
4A und 4B veranschaulichen das Prinzip einer Viertelwellenlängenplatte. 4A und 4B veranschaulichen einen Zustand, in dem linear polarisiertes Licht auf eine Viertelwellenlängenplatte 300 einfällt. Die Viertelwellenlängenplatte 300 weist eine optische Achse Cy auf, die orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das einfallende Licht ausbreitet.
4A veranschaulicht einen Zustand, in dem die Polarisationsrichtung des Lichts in Bezug auf die optische Achse Cy der Viertelwellenlängenplatte 300 um 45° zu der positiven Seite der Y-Achse geneigt ist. Aufgrund der Anisotropie der Viertelwellenlängenplatte 300 werden eine X-Komponente und eine Y-Komponente des linear polarisierten einfallenden Lichts mit einer Phasenverschiebung von 90° dazwischen emittiert. Daher wird das linear polarisierte Licht als zirkular polarisiertes Licht emittiert, das, von der Viertelwellenlängenplatte 300 aus betrachtet, im Uhrzeigersinn polarisiert ist. 4B veranschaulicht einen Zustand, in dem die Polarisationsrichtung des Lichts in Bezug auf die optische Achse Cy der Viertelwellenlängenplatte 300 um 45° zu der negativen Seite der Y-Achse geneigt ist. In diesem Fall wird das linear polarisierte Licht als zirkular polarisiertes Licht emittiert, das, von der Viertelwellenlängenplatte 300 aus betrachtet, gegen den Uhrzeigersinn polarisiert ist. Somit werden linear polarisierte Lichtkomponenten mit zueinander orthogonalen Schwingungsebenen in zirkular polarisierte Lichtkomponenten umgewandelt, die durch die Viertelwellenlängenplatte in entgegengesetzte Richtungen polarisiert werden. Die Umwandlung zwischen linear polarisiertem Licht und zirkular polarisiertem Licht erfolgt auch in umgekehrter Richtung. Wenn das einfallende Licht und das emittierte Licht in den 4A und 4B umgekehrt werden, wird zirkular polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt.
Ein Betrieb der optischen Vorrichtung 100, die das Profil eines Laserstrahls basierend auf dem zuvor beschriebenen Prinzip formt, wird nun unter Bezugnahme auf 1 und 5A bis 5D beschrieben. 5A ist ein schematisches Diagramm, das einen Laserstrahl veranschaulicht, der auf das erste in 1 veranschaulichte optische Element einfällt. 5B ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten ersten optischen Element emittiert werden. 5C ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von der in 1 veranschaulichten Viertelwellenlängenplatte emittiert werden. 5D ist ein schematisches Diagramm, das Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass der auf das erste optische Element 10 einfallende Laserstrahl L1 zirkular polarisiertes Licht mit einer im Querschnitt perfekt kreisförmigen Form ist. Die Polarisation, die Querschnittsform und das Profil des Laserstrahls sind jedoch nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann der Laserstrahl stattdessen natürliches Licht oder elliptisch polarisiertes Licht sein. Der Laserstrahl kann stattdessen im Querschnitt eine elliptische Form oder eine polygonale Form aufweisen. In 5A bis 5D sind die Polarisationsrichtungen durch Pfeile gezeigt.
Wie in 5A veranschaulicht, ist der auf das erste optische Element 10 einfallende Laserstrahl L1 zirkular polarisiertes Licht, bei dem sich die Schwingungsebene des elektrischen Feldes in eine bestimmte Richtung dreht. Wie zuvor beschrieben, ist die optische Achse C1 des ersten optischen Elements 10 weder parallel noch orthogonal zu der Richtung angeordnet, in der sich das einfallende Licht ausbreitet. Dementsprechend wird das durch das erste optische Element 10 hindurchtretende Licht aufgrund der Doppelbrechung in zwei separate Laserstrahlen geteilt und als solche ausgegeben (siehe 1). Die zwei getrennten Laserstrahlen, die ein Laserstrahl L10 und ein Laserstrahl L20 sind, sind linear polarisierte Lichtstrahlen mit zueinander orthogonalen Schwingungsebenen (siehe 5B). Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die Schwingungsebenen des Laserstrahls L10 und des Laserstrahls L20 parallel zu der X-Achse und der Y-Achse in 1 sind.
Die beiden getrennten Laserstrahlen L10 und L20 durchlaufen die Viertelwellenlängenplatte 30. Die optische Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30 ist so angeordnet, dass die optische Achse C3 orthogonal zu der Richtung ist, in der sich die Laserstrahlen L10 und L20, die von dem ersten optischen Element 10 emittiert werden, ausbreiten, und so, dass der Winkel zwischen der optischen Achse C3 und jeder der Schwingungsebenen der Laserstrahlen L10 und L20 45° beträgt. Mit anderen Worten, die Beziehungen zwischen der Viertelwellenlängenplatte 30 und den Laserstrahlen L10 und L20 entsprechen denen, die in den 4A und 4B veranschaulicht sind. Daher werden die beiden Laserstrahlen L10 und L20, die die Viertelwellenlängenplatte 30 durchlaufen, in Laserstrahlen L30 und L40 umgewandelt und als solche ausgegeben, die in einander entgegengesetzten Richtungen zirkular polarisiert sind (siehe 5C).
Die zirkular polarisierten Laserstrahlen L30 und L40 fallen auf das zweite optische Element 20 ein. Ähnlich dem ersten optischen Element 10 ist die optische Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 weder parallel noch orthogonal zu der Richtung angeordnet, in der sich das einfallende Licht ausbreitet. Dementsprechend werden die Laserstrahlen L30 und L40, die durch das zweite optische Element 20 hindurchtreten, aufgrund der Doppelbrechung jeweils in zwei separate Laserstrahlen geteilt und als solche ausgegeben. Die getrennten Laserstrahlen, die zwei Laserstrahlen L31 und L32 und zwei Laserstrahlen L41 und L42 sind, sind linear polarisierte Lichtstrahlen mit zueinander orthogonalen Schwingungsebenen (siehe 5D). Das zweite optische Element 20 emittiert die vier Laserstrahlen L31, L32, L41 und L42, die voneinander getrennt und in Richtung der X-Achse linear verteilt sind. Diese vier Laserstrahlen L31, L32, L41 und L42 werden überlagert und bilden zusammen ein Profil des von der optischen Vorrichtung 100 emittierten Lichts aus.
Wenn die optische Achse C1 des ersten optischen Elements 10 und die optische Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 so angeordnet sind, dass sie sich in der gleichen Richtung wie zuvor beschrieben erstrecken, sind die vier Laserstrahlen L31, L32, L41 und L42, wie in 5D veranschaulicht, linear verteilt. Wenn diese vier Laserstrahlen überlagert werden, hat das emittierte Licht einen in eine Richtung verlängerten elliptischen Querschnitt. Wenn ein Objekt einer Laserbearbeitung ausgesetzt wird, werden in dem Objekt in einer Hauptachsenrichtung der Querschnittsform des Bestrahlungslichts leicht Risse ausgebildet. Daher ist das zuvor beschriebene Profil effektiv, wenn beispielsweise die Richtung der Risse kontrolliert werden soll.
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel von Laserstrahlen veranschaulicht, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden. Wenn beispielsweise ein auf das erste optische Element 10 einfallender Laserstrahl eine elliptische Querschnittsform aufweist, kann die optische Vorrichtung 100 dazu konfiguriert sein, vier Laserstrahlen L31A, L32A, L41A und L42A in einer Nebenachsen-Axialrichtung der elliptischen Form zu verteilen. In diesem Fall kann, wie in 6 veranschaulicht, das emittierte Licht so geformt werden, dass die Gesamtquerschnittsform näher an einem perfekten Kreis ist.
In der Folge werden Drehungen des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 entlang einer XY-Ebene beschrieben.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein strukturelles Beispiel veranschaulicht, bei dem das in 1 veranschaulichte zweite optische Element gedreht wird. 8A und 8B sind schematische Diagramme, die Laserstrahlen veranschaulichen, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden, wenn das zweite optische Element gedreht wird.
7 veranschaulicht eine Struktur, bei der das in 1 veranschaulichte zweite optische Element 20 um 90° um die Achse des einfallenden Lichts in der Richtung von der Y-Achse zu der X-Achse gedreht ist. Genauer gesagt ist in 7 die optische Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 auf einer YZ-Ebene angeordnet, sodass der Winkel zwischen der optischen Achse C2 und der Z-Achse spitz ist. In diesem Fall wird der auf das erste optische Element 10 einfallende Laserstrahl L1 in der X-Achsen-Richtung in zwei separate Laserstrahlen geteilt, wenn der Laserstrahl L1 das erste optische Element 10 durchläuft. Die zwei getrennten Laserstrahlen, die linear polarisierte Laserstrahlen sind, durchlaufen die Viertelwellenlängenplatte 30 und werden dadurch in zirkular polarisierte Laserstrahlen umgewandelt. Die zwei zirkular polarisierten Laserstrahlen durchlaufen das zweite optische Element 20, sodass jeder der Lichtstrahlen in der Y-Achsen-Richtung, d. h. in einer anderen Richtung als im ersten optischen Element 10, in zwei separate Laserstrahlen geteilt wird. Daher breitet sich das von dem zweiten optischen Element 20 emittierte Licht sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Y-Achse aus, wie in 8A veranschaulicht. Mit anderen Worten bilden die Mitten der vier Laserstrahlen L31B, L32B, L41B und L42B ein Rechteck. So kann beispielsweise ein Laserstrahl mit einem gaußförmigen Profil in vier Lichtstrahlen aufgeteilt werden, die gemeinsam ein Rechteckprofil ausbilden. Wie nach dem Stand der Technik bekannt, ist ein solches Profil bei der Durchführung einer gleichförmigen und gleichmäßigen Laserbearbeitung wirksam.
Der Winkel, um den das zweite optische Element 20 gedreht wird, kann eingestellt werden, um die optische Achse C2 des zweiten optischen Elements 20 zwischen einer XZ-Ebene und einer YZ-Ebene zu platzieren, sodass, wie in 8B veranschaulicht, die Mitten von vier Laserstrahlen L31C, L32C, L41C und L42C ein Parallelogramm ausbilden.
Wenn beispielsweise das Profil des in die optische Vorrichtung 100 eingestrahlten Laserstrahls nicht gaußförmig und asymmetrisch ist, können die vier Lichtstrahlen gezielt ungleichmäßig voneinander getrennt werden, um die Asymmetrie zu korrigieren. Da gemäß der optischen Vorrichtung 100 das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20 gedreht werden können, können somit die Richtungen, in denen die vier Lichtstrahlen getrennt werden, in Übereinstimmung mit dem Profil des einfallenden Lichts oder der Verwendung der geformten Laserstrahlen eingestellt werden.
Genauer gesagt ist beispielsweise in der in Patentdokument 1 offenbarten Struktur die Halbwellenlängenplatte zwischen den zwei doppelbrechenden Materialien angeordnet. In diesem Fall fallen zwei durch das erste doppelbrechende Material getrennte Lichtstrahlen auf das zweite doppelbrechende Material, ohne dass ihre Polarisation von der linearen Polarisation umgewandelt wird. Daher gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Anordnung der optischen Achsen der doppelbrechenden Materialien. Wenn beispielsweise die Leistung des von einer Lichtquelle erzeugten Laserstrahls erhöht wird, kann das Profil des Laserstrahls von einer gleichmäßigen gaußschen Form abweichen und beispielsweise aufgrund einer Mischung von Modi höherer Ordnung asymmetrisch werden. In dem Fall, in dem ein solcher Laserstrahl auf die in Patentdokument 1 offenbarte optische Vorrichtung zur Laserbearbeitung angewendet wird, ist es schwierig, ein gleichförmiges Profil zu erhalten, da die Richtungen, in denen das Licht durch Doppelbrechung geteilt wird, selbst dann festgelegt werden, wenn der ursprüngliche Laserstrahl asymmetrisch ist.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Viertelwellenlängenplatte 30 zwischen dem ersten optischen Element 10 und dem zweiten optischen Element 20 angeordnet, sodass die zwei linear polarisierten Laserstrahlen, die von dem ersten optischen Element 10 emittiert werden, z B. in zirkular polarisierte Lichtstrahlen umgewandelt werden können. Die zirkular polarisierten Lichtstrahlen haben keine spezifische Polarisationsebene und daher gibt es keine Beschränkungen bezüglich der Polarisationsebene, wenn die Lichtstrahlen auf das zweite optische Element 20 einfallen. Dementsprechend können die Richtungen der optischen Achsen des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Form des Profils des Laserstrahls kann durch Drehen des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 um die Achse des einfallenden Lichts in Übereinstimmung mit dem Profil des einfallenden Laserstrahls und der Verwendung des Laserstrahls eingestellt werden.
Eine Konfiguration, bei der ein Lichtstrahl beispielsweise unter Verwendung eines phasenmodulierenden räumlichen Lichtmodulators (SLM) geformt wird, basiert auf der Annahme, dass der Lichtstrahl eine einzelne Phase aufweist. Wenn jedoch beispielsweise die Ausgangsleistung des Laserstrahls erhöht wird, kann ein Laserstrahl mit einer einzigen Phase beispielsweise aufgrund von Rauschen, das durch parasitäre Schwingungen und eine Mischung von Modi höherer Ordnung verursacht wird, nicht erhalten werden, und daher wird es schwierig, eine Strahlformung mit dem SLM zu erreichen. Im Gegensatz dazu kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform Licht unabhängig von der Phase geteilt werden. Daher kann im Vergleich zu dem Fall, in dem der SLM verwendet wird, ein Laserstrahl selbst dann geeigneter geformt werden, wenn die Ausgangsleistung des Laserstrahls erhöht wird. Obwohl eine Vorrichtung wie der SLM ein Problem der Ansprechzeit aufweist, wird die optische Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner passiv in Abhängigkeit vom Polarisationszustand des Lichts betrieben und liefert daher zuverlässig einen gewissen Effekt. Ferner kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn das erste optische Element 10, das zweite optische Element 20 und die Viertelwellenlängenplatte 30 aus einem kristallinen Material wie Quarz oder Saphir bestehen, die Beständigkeit gegenüber dem Laserstrahl erhöht werden.
Die Materialien des ersten optischen Elements 10, des zweiten optischen Elements 20 und der Viertelwellenlängenplatte 30 sind nicht auf synthetischen Quarz beschränkt und können verschiedene doppelbrechende Materialien sein. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen dem Brechungsindex für den gewöhnlichen Strahl und dem Brechungsindex für den außergewöhnlichen Strahl in dem ersten optischen Element 10 und dem zweiten optischen Element 20 zunimmt, nimmt die Trennbreite zwischen den getrennten Laserstrahlen zu, sodass die Größen des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 reduziert werden. Wenn die Viertelwellenlängenplatte 30 einen großen Brechungsindex aufweist, kann die Viertelwellenlängenplatte 30 zu dünn sein und eine schlechte Bearbeitbarkeit aufweisen. Daher können das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20 aus Saphir oder Rutil bestehen, die Brechungsindizes größer als die von Quarz aufweisen, und die Viertelwellenlängenplatte 30 kann aus Quarz bestehen.
Wenn Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes in engen Kontakt miteinander gebracht werden, kann ein Verlust der Lichtmenge aufgrund von Reflexion oder Streulicht an der Grenzfläche zwischen den Materialien auftreten. Daher können das erste optische Element 10, das zweite optische Element 20 und die Viertelwellenlängenplatte 30 alle aus dem gleichen Material bestehen. In einem solchen Fall kann das Auftreten von Lichtmengenverlust und Streulicht verringert werden.
Wenn die Trennungsbreite zwischen den durch das erste optische Element 10 getrennten Laserstrahlen und die Trennungsbreite zwischen den durch das zweite optische Element 20 getrennten Laserstrahlen gleich sind, können sich die Gesamtheit von zwei der getrennten Lichtstrahlen überlappen. Dies wird nicht bevorzugt, wenn Strahlen gleichmäßig verteilt werden sollen. Wenn die Trennungsbreite zwischen den durch das erste optische Element 10 getrennten Laserstrahlen und die Trennungsbreite zwischen den durch das zweite optische Element 20 getrennten Laserstrahlen übermäßig voneinander verschieden sind, wird die Wirkung eines der optischen Elemente mit der größeren Trennungsbreite dominant, und die Drehung der optischen Elemente liefert keinen ausreichenden Anpassungseffekt. Daher sind die Trennbreiten des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 vorzugsweise so, dass eine größere Trennbreite d1 und eine kleinere Trennbreite d2 die Beziehung (1/2) * d1 ≤ d2 < d1 erfüllen. Um diese Beziehung zwischen den Trennbreiten d1 und d2 zu erfüllen, können das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20 verschiedene Dicken aufweisen. Alternativ dazu können die optischen Achsen C1 und C2 verschiedene Winkel relativ zu der Richtung aufweisen, in der sich das einfallende Licht ausbreitet.
Jedes oder mehrere des ersten optischen Elements 10, des zweiten optischen Elements 20 und der Viertelwellenlängenplatte 30 können drehbar sein. Beispielsweise kann ein Verstärker, der einen Laserstrahl erzeugt, eine Polarisationsabhängigkeit aufweisen, sodass eine Mischung von Modi höherer Ordnung für spezifisches polarisiertes Licht auftritt. In diesem Fall kann einer der zwei Lichtstrahlen, die durch das erste optische Element 10 getrennt werden, eine elliptische Querschnittsform oder eine bimodale Intensitätsverteilung aufweisen, und die zwei Lichtstrahlen können ungleichmäßige Intensitäten aufweisen. Um diese Unebenheit zu verringern und die Formen der Profile zu verbessern, können das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20 beide drehbar sein. Zum Beispiel ist das zweite optische Element 20 vorzugsweise um mindestens 180° relativ zum ersten optischen Element 10 drehbar. Insbesondere kann zum Beispiel die Gesamtheit der optischen Vorrichtung 100 um mindestens 180° relativ zu dem einfallenden Licht drehbar sein, und das zweite optische Element 20 kann um 180° relativ zu der optischen Vorrichtung 100 drehbar sein. Alternativ dazu können das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20 unabhängig voneinander drehbar sein, sodass das erste optische Element 10 um mindestens 180° drehbar ist und das zweite optische Element 20 um 360° drehbar ist.
Wenngleich die Richtung, in der die Laserstrahlen getrennt werden, in der zuvor beschriebenen Ausführungsform eingestellt wird, kann das Intensitätsverhältnis zwischen den getrennten Lichtstrahlen anstelle der Trennrichtung oder zusätzlich dazu eingestellt werden. Genauer gesagt kann das Intensitätsverhältnis zwischen den getrennten Laserstrahlen durch Drehen der Viertelwellenlängenplatte 30 um eine Achse des einfallenden Lichts eingestellt werden. Wenn beispielsweise einer der beiden Lichtstrahlen, die durch das erste optische Element 10 getrennt sind, eine große Asymmetrie aufweist, kann der Winkel der optischen Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30 so eingestellt werden, dass die Intensität des Lichtstrahls mit einer großen Asymmetrie geringer ist als die Intensität des anderen Lichtstrahls.
Wenn die optische Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30 keinen Winkel von 45° relativ zu einer der Schwingungsebenen der zwei Laserstrahlen aufweist, die auf die Viertelwellenlängenplatte 30 einfallen und weder orthogonal noch parallel zu den Schwingungsebenen ist, werden die linear polarisierten Laserstrahlen in elliptisch polarisierte Laserstrahlen mit verschiedenen Elliptizitäten umgewandelt und als solche ausgegeben. Wenn die optische Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30 orthogonal zu der Schwingungsebene eines der beiden Laserstrahlen, die auf die Viertelwellenlängenplatte 30 einfallen, und parallel zu der Schwingungsebene des anderen Laserstrahls ist, werden diese Laserstrahlen ausgegeben, ohne dass ihre Polarisation von linearer Polarisation umgewandelt wird. Somit können durch Drehen der Viertelwellenlängenplatte 30 zum Ändern des Winkels der optischen Achse C3 die Intensitätsverhältnisse zwischen den vier von dem zweiten optischen Element 20 emittierten Laserstrahlen gezielt variiert werden, und dementsprechend kann die Ungleichmäßigkeit zwischen den beiden getrennten Laserstrahlen durch das erste optische Element 10 aufgehoben werden.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform beinhaltet die optische Vorrichtung 100 zwei optische Elemente (das erste optische Element 10 und das zweite optische Element 20) und eine Viertelwellenlängenplatte 30. Die Anzahl der in der optischen Vorrichtung enthaltenen optischen Elemente ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die optische Vorrichtung N Einheiten einschließen (wobei N eine Ganzzahl von 2 oder mehr ist), die jeweils eine Kombination entsprechend der Kombination der Viertelwellenlängenplatte 30 und des zweiten optischen Elements 20 hinter einem optischen Element entsprechend dem ersten optischen Elements 10 umfassen. In diesem Fall kann ein Laserstrahl in 2^N+1 Strahlen aufgeteilt werden.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist die Viertelwellenlängenplatte 30 ein Beispiel für ein drittes optisches Element, das zwischen dem ersten optischen Element 10 und dem zweiten optischen Element 20 angeordnet ist. Das dritte optische Element ist jedoch nicht auf eine Viertelwellenlängenplatte beschränkt, solange das dritte optische Element dazu konfiguriert ist, eine optische Wegdifferenz von {1/4 + (1/2) × m} × λ zwischen zueinander orthogonalen Polarisationskomponenten zu erzeugen. Das dritte optische Element kann eine Platte wahrer nullter Ordnung (m = 0) oder eine Platte höherer Ordnung (m = 1, 2, 3,...) sein. In dieser Beschreibung ist der Begriff „optisches Element“ nicht auf ein Element beschränkt, das aus einer einzelnen Komponente besteht, und schließt eine Einheit mit mehreren Komponenten ein. Das dritte optische Element kann zum Beispiel zwei Wellenplatten umfassen und die optische Wegdifferenz von {1/4 + (1/2) × m} × λ kann basierend auf dem Dickenunterschied zwischen den beiden Wellenplatten erzeugt werden. In diesem Fall können die beiden Wellenplatten größere Dicken aufweisen als wenn das dritte optische Element aus einer einzelnen Wellenplatte besteht, und daher kann ihre Bearbeitbarkeit verbessert werden.
Eine optische Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird in der Folge unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur der optischen Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In der folgenden Beschreibung werden Elemente, die die gleichen wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind, nicht beschrieben, und es werden nur Unterschiede beschrieben. Insbesondere wird die Beschreibung ähnlicher Effekte, die durch ähnliche Strukturen erzielt werden, in jeder Ausführungsform nicht wiederholt. Eine optische Vorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt eine Viertelwellenlängenplatte 40 zusätzlich zu den Komponenten der optischen Vorrichtung 100 gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ein.
Ähnlich wie die Viertelwellenlängenplatte 30 hat die Viertelwellenlängenplatte 40 die Form einer flachen kreisförmigen Platte mit im Wesentlichen der gleichen Größe wie die des ersten optischen Elements 10 und des zweiten optischen Elements 20 in der Draufsicht, wenn in der Richtung der Z-Achse betrachtet. Die Viertelwellenlängenplatte 40 weist zwei Hauptoberflächen auf, die parallel zu einer XY-Ebene sind, und eine Dicke in einer Richtung parallel zu der Z-Achse. Die Viertelwellenlängenplatte 40 weist eine optische Achse C4 auf, die auf einer XY-Ebene angeordnet ist, sodass die optische Achse C4 relativ zu jeder der Schwingungsebenen der vier Laserstrahlen, die von dem zweiten optischen Element 20 emittiert werden, in einem Winkel von 45° verläuft. Mit anderen Worten ist, ähnlich der optischen Achse C3 der Viertelwellenlängenplatte 30, die optische Achse C4 der Viertelwellenlängenplatte 40 orthogonal zu der Richtung, in der sich das einfallende Licht ausbreitet. Die Viertelwellenlängenplatte 40 ist hinter dem zweiten optischen Element 20 angeordnet, sodass die vier linear polarisierten Laserstrahlen, die von dem zweiten optischen Element 20 ausgegeben werden, in zirkular polarisierte Laserstrahlen umgewandelt und als solche emittiert werden.
Da die optische Vorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Viertelwellenlängenplatte 40 einschließt, sind die von der optischen Vorrichtung 100A emittierten Laserstrahlen zirkular polarisiert und weisen daher keine Polarisationsebene auf. Da die emittierten Laserstrahlen nicht richtungsabhängig sind, kann ein Objekt gleichmäßig bearbeitet werden, wenn die emittierten Laserstrahlen beispielsweise in einer Laserbearbeitungsmaschine verwendet werden.
Der Winkel der optischen Achse C4 der Viertelwellenlängenplatte 40 relativ zu jeder der Schwingungsebenen der vier Laserstrahlen, die von dem zweiten optischen Element 20 emittiert werden, ist nicht auf 45° beschränkt und kann stattdessen ein anderer spitzer Winkel sein. In diesem Fall sind die emittierten Lichtstrahlen elliptisch polarisiert, aber im Vergleich zu den von der zuvor beschriebenen optischen Vorrichtung 100 emittierten Lichtstrahlen weniger richtungsabhängig. Die Viertelwellenlängenplatte 40 kann sich beispielsweise zusammen mit dem zweiten optischen Element 20 drehen. Die Viertelwellenlängenplatte 40 ist ein Beispiel für ein viertes optisches Element, das eine optische Wegdifferenz von {1/4 + n × (1/2)} × λ (wobei n eine Ganzzahl ist) zwischen den Polarisationskomponenten erzeugt, die zueinander orthogonal sind. Die Struktur des vierten optischen Elements ist jedoch nicht darauf beschränkt.
10A ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils eines Laserstrahls zeigt, der auf das in 1 veranschaulichte erste optische Element einfällt. 10B ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils von Laserstrahlen zeigt, die von dem in 1 veranschaulichten ersten optischen Element emittiert werden. 10C ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation des Profils von Laserstrahlen zeigt, die von dem in 1 veranschaulichten zweiten optischen Element emittiert werden. In den Graphen der 10A bis 10C repräsentiert die untere Ebene die Positionen auf den Laserstrahlen und die Höhe repräsentiert die Intensität der Laserstrahlen. Die Simulationen basieren auf der Annahme, dass der Laserdurchmesser etwa 2 mm beträgt, die Trennbreite des ersten optischen Elements 10 etwa 0,4 mm beträgt, die Trennbreite des zweiten optischen Elements 20 etwa 0,54 mm beträgt und der Winkel zwischen der Trennungsrichtung durch das erste optische Element 10 und der Trennungsrichtung durch das zweite optische Element 20 etwa 68° beträgt.
Wie in 10A veranschaulicht, weist das einfallende Licht ein trimodales Profil mit drei lokalen Spitzen auf. Wenn dieser Laserstrahl das erste optische Element 10 durchläuft, wird der Laserstrahl in zwei Laserstrahlen geteilt, die sich teilweise überlappen. Dementsprechend wird, wie in 10B veranschaulicht, in einer Richtung die Laserintensität gleichmäßiger gemacht, sodass die drei lokalen Spitzen eliminiert werden. Dann durchlaufen die Laserstrahlen die Viertelwellenlängenplatte 30 und das zweite optische Element 20, sodass die Laserintensität in einer anderen Richtung gleichmäßiger gemacht wird, wie in 10C veranschaulicht. Somit nähert sich die Querschnittsform des Laserstrahls einem perfekten Kreis an, und es kann ein Rechteckprofil erhalten werden. Dieses Simulationsergebnis zeigt, dass selbst dann, wenn das einfallende Licht eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung aufweist, ein insgesamt gleichmäßiges Profil erhalten werden kann, indem das einfallende Licht in Lichtstrahlen geteilt und die Lichtstrahlen überlagert werden.
Wenngleich in den obigen Ausführungsformen Beispiele beschrieben sind, bei denen die Laserstrahlen umgewandelt werden, ist das von den optischen Vorrichtungen 100 und 100A umgewandelte Licht nicht auf Laserstrahlen beschränkt und kann stattdessen andere Lichtarten sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sollen das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern und die Interpretation der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Die vorliegende Erfindung kann modifiziert oder verbessert werden, ohne von ihrem Kern abzuweichen, und umfasst Äquivalente zu der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten umfasst die vorliegende Erfindung die Ausführungsformen, an denen ein Fachmann eine entsprechende Gestaltungsänderung vorgenommen hat, solange sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen. Zum Beispiel sind die in den Ausführungsformen und Anordnungen enthaltenen Elemente, Materialien, Bedingungen, Formen, Größen usw. nicht auf die veranschaulichten Beispiele beschränkt und können nach Bedarf geändert werden. Die Elemente der Ausführungsformen können in Kombination miteinander verwendet werden, solange diese Kombinationen technisch möglich sind, und die Kombinationen davon sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Bezugszeichenliste

100, 100A: optische Vorrichtung,
10: erstes optisches Element,
20: zweites optisches Element,
30, 40: Viertelwellenlängenplatte,
200: einachsiger Kristall,
300: Viertelwellenlängenplatte

Claims

Optische Vorrichtung, umfassend: ein erstes optisches Element, welches aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet ist, dass eine optische Achse des ersten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu einer Richtung ist, in der sich einfallendes Licht ausbreitet; ein zweites optisches Element, welches aus einem doppelbrechenden Material gefertigt und so angeordnet ist, dass eine optische Achse des zweiten optischen Elements weder parallel noch orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das einfallende Licht ausbreitet; und ein drittes optisches Element, das zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element angeordnet ist, wobei das dritte optische Element eine optische Wegdifferenz von {1/4 + m × (1/2)} × λ (wobei m eine ganze Zahl ist) zwischen orthogonalen Polarisationskomponenten von Licht erzeugt, das von dem ersten optischen Element emittiert wird, wobei das erste optische Element, das zweite optische Element und/oder das dritte optische Element um eine Achse des einfallenden Lichts drehbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite optische Element um mindestens 180° um die Achse des einfallenden Lichts relativ zum ersten optischen Element drehbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste optische Element, das zweite optische Element und das dritte optische Element aus synthetischem Quarz gefertigt sind.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element aus einem Material mit einem Brechungsindex größer als ein Brechungsindex von synthetischem Quarz gefertigt sind, und wobei das dritte optische Element aus synthetischem Quarz gefertigt ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: ein viertes optisches Element, wobei das vierte optische Element eine optische Wegdifferenz von {1/4 + n × (1/2)} × λ (wobei n eine Ganzzahl ist) zwischen orthogonalen Polarisationskomponenten von Licht erzeugt, das von dem zweiten optischen Element emittiert wird.