DE4341553C1 - Device for homogenising the light distribution of a laser beam - Google Patents

Device for homogenising the light distribution of a laser beam

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Abstract

Many laser-beam sources have an energy-density distribution in the beam cross-section which deviates from the desired, constant energy density and whose local peaks can lead to an impairment. In order to provide a device for homogenising the light distribution of a laser beam, in which all of the leaving partial beams have the same beam divergence as the primary beam, there is provided in the beam path of the laser beam an optical system which has a beam splitter and three deflecting mirrors. The partial beam reflected by the beam splitter and deflected by the deflecting mirrors and the partial beam transmitted by the beam splitter are combined to form an overall beam whose partial beams have an offset. The two partial beams which have an offset result in a very high degree of homogeneity of the laser-beam bundle, the overall beam having the same beam divergence as a primary laser beam. The deflecting mirrors have a low numeric aperture and are cost-effective. The device is preferably used in treating (processing, machining) materials by means of laser radiation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisie­ ren der Lichtverteilung eines Laserstrahles.The invention relates to a device for homogenization ren the light distribution of a laser beam.

Viele Laserstrahlquellen, wie zum Beispiel Multimode- Festkörperlaser oder Excimer-Laser, haben eine Energie­ dichteverteilung im Strahlquerschnitt, die von der er­ wünschten, möglichst konstanten Energiedichte abweicht und deren lokale Spitzen zu einer starken Beeinträchti­ gung führen können. Wird mit diesen Laserstrahlen bei­ spielsweise Material bearbeitet, kann durch diese nicht konstante Energiedichteverteilung das Bearbeitungser­ gebnis erheblich beeinträchtigt werden.Many laser beam sources, such as multimode Solid-state lasers, or excimer lasers, have energy density distribution in the beam cross section that of the he wanted to deviate as constant as possible energy density and their local peaks severely impaired can lead. With these laser beams for example, material processed, can not by this constant energy density distribution the processor result can be significantly affected.

Es sind als Strahlhomogenisatoren ausgebildete Vorrich­ tungen bekannt, die eine Homogenisierung durch Überlage­ rung einzelner Teilstrahlen eines Strahlenbündels bewir­ ken. Dies wird durch Vielfachreflexion des Strahlenbün­ dels in einem verspiegelten Kanal (EP-OS 0 493 365 und EP-OS 0 230 931) oder einer Multimode-Lichtleitfaser (EP-OS 0 435 825) erzielt. Durch die Vielfachreflexion wird eine große Anzahl virtueller Lichtquellen gebildet, deren Teilstrahlen den Homogenisator unter einem relativ großen Divergenzwinkel verlassen.They are designed as beam homogenizers tations known that homogenization by superimposition effect individual beams of a beam ken. This is due to multiple reflection of the ray beam  dels in a mirrored channel (EP-OS 0 493 365 and EP-OS 0 230 931) or a multimode optical fiber (EP-OS 0 435 825). Through multiple reflection a large number of virtual light sources are formed, whose partial beams the homogenizer under a relative leave large divergence angle.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-OS 41 03 615) wird der Strahlquerschnitt in mehrere einzel­ ne Strahlsegmente aufgeteilt. Die Segmente werden in ei­ ner Bildebene, in der eine Blendeneinrichtung angeordnet ist, überlappend abgebildet. Eine Strahlhomogenisierung wird daher nur in einer definierten Ebene in einem be­ stimmten Abstand vom Homogenisierer erreicht.In another known device (DE-OS 41 03 615) the beam cross-section is divided into several ne beam segments divided. The segments are in egg ner image plane in which an aperture device is arranged is shown overlapping. A beam homogenization is therefore only in a defined level in a be agreed distance from the homogenizer.

Mit diesen Vorrichtungen ist zwangsläufig eine Erhöhung der Strahldivergenz verbunden, weshalb für eine effekti­ ve Nutzung der so übertragenen optischen Energiefluß­ dichte für die weitere Auslegung des Strahlenganges Op­ tiken mit hohen numerischen Aperturen verwendet werden müssen. Bei diesen Anordnungen ist außerdem die Trans­ mission der Strahlen aufgrund von geometrischen Verlu­ sten oder der Absorption der Strahlung in refraktiven Elementen auf einen Transmissionsgrad von deutlich klei­ ner als 1 begrenzt. Dies ist besonders im Wellenlängen­ bereich der tiefen UV-Strahlung der Molekül- oder Exci­ mer-Laser (die zum Beispiel Wellenlängen von 157 nm, 193 nm und 248 nm haben) kritisch. Strahlhomogenisatoren mit refraktiven Elementen zeigen dort eine relativ star­ ke Absorption der Strahlung in den optischen Elementen, was zu einer Minderung der übertragenen Leistung und zu Standzeitproblemen durch Bildung von Absorptionszentren unter dem Einfluß der UV-Strahlung (Farbzentrenbildung) führt.With these devices, an increase is inevitable the beam divergence, which is why for an effekti ve use the optical energy flow thus transmitted density for the further interpretation of the beam path Op tics with high numerical apertures can be used have to. In these arrangements, the trans mission of rays due to geometric loss most or the absorption of radiation in refractive Elements to a transmittance of clearly small limited to less than 1. This is especially in the wavelengths range of deep UV radiation of the molecule or exci mer laser (for example, wavelengths of 157 nm, 193 nm and 248 nm have) critical. Beam homogenizers with refractive elements show a relatively star there ke absorption of the radiation in the optical elements, resulting in a decrease in transmitted power and to Tool life problems due to the formation of absorption centers under the influence of UV radiation (color center formation) leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Homogenisieren der Lichtverteilung eines Laser­ strahls zu schaffen, bei der die Gesamtheit der austre­ tenden Teilstrahlen die gleiche Strahldivergenz besitzt wie der Primärlaserstrahl, so daß Optiken geringer nume­ rischer Apertur verwendet werden können.The invention has for its object a Vorrich device for homogenizing the light distribution of a laser to create rays in which all of the exits tendency partial beams has the same beam divergence like the primary laser beam, so that optics lower nume rical aperture can be used.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This task is carried out in the generic device according to the invention with the characteristic features of Claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Primärla­ serstrahl durch den Strahlteiler aufgeteilt, wobei der reflektierte Teilstrahl zu den Umlenkspiegeln gelenkt wird. Der den Strahlteiler transmittierende Teilstrahl tritt aus der Vorrichtung aus. Nach dem Umlauf des re­ flektierten Teilstrahles zwischen den Umlenkspiegeln wird er am Strahlteiler wiederum aufgeteilt, wobei der reflektierte Teilstrahl mit dem transmittierten Teil­ strahl den aus der Vorrichtung austretenden Gesamtstrahl bildet. Durch die beiden, einen Versatz aufweisenden Teilstrahlen ergibt sich eine sehr hohe Homogenität des Laserstrahlbündels, wobei der Gesamtstrahl die gleiche Strahldivergenz aufweist wie der Primärlaserstrahl. Die Umlenkspiegel haben eine geringe numerische Apertur und sind kostengünstig. Der Aufwand zu ihrer Auslegung ist außerdem gering. Mit Ausnahme des Strahlteilers, der sehr dünn sein kann, werden nur reflektive optische Ele­ mente verwendet, so daß die speziell im UV-Bereich auf­ tretenden Probleme erhöhter Absorption, die beim Einsatz refraktiver Elemente auftreten, zuverlässig vermieden werden. Wird eine ungerade Zahl von Umlenkspiegeln ver­ wendet, so weist der aus den Teilstrahlen gebildete Ge­ samtstrahl eine bezüglich des Schwerpunktes des Primär­ laserstrahles symmetrische Energieverteilung auf. Wird eine gerade Zahl von Umlenkspiegeln verwendet, so über­ lappen sich die den Gesamtstrahl bildenden Teilstrahlen mehr oder weniger. Dadurch ergibt sich ein Gesamtstrahl mit einem breiteren Strahlprofil, dessen Modulation der Energieverteilung durch den Versatz am Rekombinations­ ort, d. h. dem Strahlteiler, eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise in der Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung eingesetzt. Hierbei erfolgt eine gleichmäßige, flächige Bestrahlung. Auch kann eine strukturierte Maske verkleinert abgebil­ det werden. Durch die gleichförmige Energiedichte der Strahlung wird ein gleichmäßiger Bearbeitungsgrad er­ zielt.In the device according to the invention, the primary la ser beam divided by the beam splitter, the reflected partial beam directed to the deflecting mirror becomes. The partial beam transmitting the beam splitter emerges from the device. After the circulation of the right inflected partial beam between the deflecting mirrors it is split again at the beam splitter, with the reflected partial beam with the transmitted part jet the total jet emerging from the device forms. By the two, which have an offset Partial beams result in a very high homogeneity of the Laser beam, the total beam being the same Has beam divergence like the primary laser beam. The Deflecting mirrors have a small numerical aperture and are inexpensive. The effort to interpret it is also low. With the exception of the beam splitter, which can be very thin, only reflective optical elements elements used, so that especially in the UV range problems of increased absorption occurring when using refractive elements occur, reliably avoided become. If an odd number of deflecting mirrors ver turns, then the Ge formed from the partial rays velvet ray one regarding the center of gravity of the primary  laser beam symmetrical energy distribution. Becomes uses an even number of deflecting mirrors, so about the partial beams forming the total beam overlap more or less. This results in an overall beam with a wider beam profile, the modulation of which Energy distribution through the offset at recombination place, d. H. the beam splitter can be adjusted. The device according to the invention is preferably in the Material processing used by laser radiation. This results in uniform, extensive radiation. A structured mask can also be scaled down be det. Due to the uniform energy density of the Radiation becomes a uniform degree of processing aims.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention result from the white ter claims, the description and the drawings.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated by some in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, Fig. 1 shows a schematic representation of a first form from a guide according to the invention before direction,

Fig. 2 verschiedene Formen von Laserstrahlen nach Verlassen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 different forms of laser beams after exiting the apparatus of the invention,

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, Fig. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of an inventive pre direction,

Fig. 4 in schematischer Darstellung weitere Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, Fig. 4 shows a schematic representation of another exporting the invention Vorrich approximately form tung,

Fig. 5 in schematischer Darstellung die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Bearbeitungsanlage. Fig. 5 shows a schematic representation of the arrangement of the device according to the invention in a processing system.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 dient dazu, die Energie­ dichte eines Laserstrahlungsbündels zu homogenisieren, ohne den maximalen Divergenzwinkel des Strahlenbündels zu vergrößern. Die Vorrichtung weist hierzu drei Umlenk­ spiegel 1 bis 3 auf, die so angeordnet sind, daß die Auftreffpunkte 12 bis 14 der Laserstrahlen auf die Spie­ gelflächen 15 bis 17 der Umlenkspiegel 1 bis 3 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Im dargestellten Ausführungs­ beispiel sind die Umlenkspiegel 1 bis 3 und ein Strahl­ teiler 4, der im Bereich zwischen den Umlenkspiegeln 1 und 3 angeordnet ist, in einer Ebene angeordnet. Der vom (nicht dargestellten) Laser kommende Laserstrahl 5 wird durch den Strahlteiler 4 in zwei Teilstrahlen 6 und 8 aufgespalten. Der Teilstrahl 8 durchläuft den Strahltei­ ler 4 ungehindert. Der andere Teilstrahl 6 entsteht durch Reflexion am Strahlteiler 4 und trifft auf die Spiegelfläche 17 des Umlenkspiegels 1. Dort wird der Teilstrahl 6 zum Umlenkspiegel 2 reflektiert. Der re­ flektierte Teilstrahl 6 trifft im Punkt 13 auf die Spie­ gelfläche 16 des Umlenkspiegels 2, an dem der Teilstrahl zum Umlenkspiegel 3 hin reflektiert wird. Der Teilstrahl 6 trifft dort im Auftreffpunkt 12 auf die Spiegelfläche 15, an der dieser Teilstrahl zum Strahlteiler 4 hin re­ flektiert wird. An ihm wird der Teilstrahl 6 teilweise reflektiert, wodurch der Teilstrahl 7 entsteht, während ein Teilstrahl 11 durch den Strahlteiler 4 hindurchtritt und im Auftreffpunkt 14′ auf die Spiegelfläche 17 des Umlenkspiegels 1 trifft. An den Auftreffpunkten 12′ und 13′ wird der Teilstrahl 11 in gleicher Weise wie der Teilstrahl 6 jeweils reflektiert, bis er wieder zum Strahlteiler 4 gelangt. An ihm wird der Teilstrahl 11 wiederum in zwei Teilstrahlen aufgespalten, die entspre­ chend den Teilstrahlen 6 und 8 den zuvor beschriebenen Weg nehmen.The apparatus according to Fig. 1 serves to homogenize the energy density of a laser radiation beam, without increasing the maximum angle of divergence of the beam to increase. The device has three deflecting mirrors 1 to 3 , which are arranged so that the impingement points 12 to 14 of the laser beams on the mirror gel surfaces 15 to 17 of the deflecting mirrors 1 to 3 lie in a common plane. In the illustrated embodiment, the deflection mirrors 1 to 3 and a beam splitter 4 , which is arranged in the area between the deflection mirrors 1 and 3, are arranged in one plane. The laser beam 5 coming from the laser (not shown) is split by the beam splitter 4 into two partial beams 6 and 8 . The partial beam 8 passes through the beam divider 4 unhindered. The other partial beam 6 is created by reflection on the beam splitter 4 and strikes the mirror surface 17 of the deflecting mirror 1 . There the partial beam 6 is reflected to the deflecting mirror 2 . The re reflected partial beam 6 strikes at point 13 on the mirror surface 16 of the deflecting mirror 2 , at which the partial beam is reflected toward the deflecting mirror 3 . The partial beam 6 hits the mirror surface 15 at the point of incidence 12 , on which this partial beam is reflected towards the beam splitter 4 . At it the partial beam 6 is partially reflected, whereby the partial beam 7 is created, while a partial beam 11 passes through the beam splitter 4 and at the point of impact 14 'strikes the mirror surface 17 of the deflecting mirror 1 . At the impingement points 12 'and 13 ', the partial beam 11 is reflected in the same way as the partial beam 6 until it reaches the beam splitter 4 again. On it, the partial beam 11 is again split into two partial beams, which accordingly take the partial beams 6 and 8 the way described above.

Der Reflexionsgrad des Strahlteilers 4 ist so ausgelegt, daß die Summation aller entsprechend Teilstrahl 8 ver­ laufenden Teilstrahlen und die Summation aller entspre­ chend Teilstrahl 7 verlaufenden Teilstrahlen möglichst gleiche Werte der Strahlungsintensitäten bzw. Energie­ dichten ergeben. Die Transmission der Teilstrahlen er­ gibt sich aus folgender Beziehung:The degree of reflection of the beam splitter 4 is designed such that the summation of all the partial beams running according to the partial beam 8 and the summation of all the corresponding partial beams 7 partial beams 7 give the same possible values of the radiation intensities or energy densities. The transmission of the partial beams results from the following relationship:

Hierbei bedeuten:Here mean:

Aus diesen Beziehungen ergibt sich bei verlustfreien Um­ lenkspiegeln eine Reflexion RTS des Strahlteilers 4 von 0,666 für eine Strahlteilung von 50%.From these relationships, there is a reflection RTS of the beam splitter 4 of 0.666 for a beam splitting of 50% for loss-free steering mirrors.

Der Strahlversatz zwischen den Teilstrahlen 7 und 8 kann durch eine laterale Verschiebung eines der Umlenkspiegel 1 bis 3 eingestellt werden. In Fig. 1 ist beispielhaft der Umlenkspiegel 3 in X- und/oder in Z-Richtung ver­ stellbar. Auch kann ein Versatz zwischen den Teilstrah­ len 7 und 8 durch ein entgegengesetztes Verkippen zweier Umlenkspiegel oder eines Umlenkspiegels und des Strahl­ teilers 4 erreicht werden.The beam offset between the partial beams 7 and 8 can be adjusted by a lateral displacement of one of the deflection mirrors 1 to 3 . In Fig. 1, for example, the deflecting mirror 3 in the X and / or in the Z direction is adjustable ver. An offset between the partial beams 7 and 8 can be achieved by an opposite tilting of two deflecting mirrors or a deflecting mirror and the beam splitter 4 .

In Fig. 1 ist die Intensitätsverteilung des Laserstrah­ les 5 anhand der Intensitätskurve 9 dargestellt. Diese Intensitätskurve 9 verläuft ähnlich einer Glockenkurve. Durch eine entsprechende Anordnung der Umlenkspiegel 1 bis 3 und des Strahlteilers 4 kann diese Intensitätskur­ ve 9 in die Intensitätskurve 10 (gestrichelte Linie) verändert werden, indem in der beschriebenen Weise der Laserstrahl 5 in die beiden Teilstrahlen 7 und 8 aufge­ teilt wird. Da diese beiden Teilstrahlen 7, 8 einen Strahlenversatz aufweisen, ergibt sich eine Intensitäts­ kurve 10 (gestrichelte Linie in Fig. 1) des aus den bei­ den Teilstrahlen gebildeten Laserstrahls. Somit kann, wie ein Vergleich der Intensitätskurven 9 und 10 bei­ spielhaft zeigt, aus einer Energiedichteverteilung des Laserstrahles 5 gemäß der Kurve 9 eine plateauähnliche Verteilung entsprechend der Intensitätskurve 10 erzeugt werden. Die Größe des geeigneten Strahlenversatzes zwi­ schen den beiden Teilstrahlen 7 und 8 ist abhängig von der Struktur des Primärstrahles 5. Durch die beschriebe­ nen Verstellungen der Umlenkspiegel 1 bis 3 und/oder des Strahlteilers 4 lassen sich auf diese Weise unterschied­ liche Energiedichteverteilungen leicht einstellen.In Fig. 1, the intensity distribution of the laser beam les 5 is shown on the basis of the intensity curve 9 . This intensity curve 9 runs similar to a bell curve. By an appropriate arrangement of the deflecting mirrors 1 to 3 and the beam splitter 4 , this intensity curve ve 9 can be changed into the intensity curve 10 (dashed line) by dividing the laser beam 5 into the two partial beams 7 and 8 in the manner described. Since these two partial beams 7 , 8 have a beam offset, an intensity curve 10 (dashed line in FIG. 1) results from the laser beam formed in the partial beams. Thus, as a comparison of the intensity curves 9 and 10 shows by way of example, a plateau-like distribution corresponding to the intensity curve 10 can be generated from an energy density distribution of the laser beam 5 according to the curve 9 . The size of the suitable beam offset between the two partial beams 7 and 8 depends on the structure of the primary beam 5 . Due to the described adjustments of the deflection mirrors 1 to 3 and / or the beam splitter 4 , different energy density distributions can be easily adjusted in this way.

Zusätzlich kann durch die entstehende Spiegelung des Teilstrahles 7 an der Y-Z-Ebene, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in Verbindung mit der beschriebenen translatori­ schen Verschiebung der Teilstrahlen 7 und 8 gegeneinan­ der eine Drehung der Teilstrahlen 7, 8 um die Achse des einfallenden Primärstrahles 5 erzeugt werden. Die Symme­ trieebene der Spiegelung wird durch die Ausbreitungs­ richtung des Primärstrahles 5 und durch den Normalenvek­ tor der durch die Auftreffpunkte 12 bis 14 des Teil­ strahles 6 auf den Umlenkspiegeln 1 bis 6 auf gespannten Ebene definiert.In addition, the resulting reflection of the partial beam 7 on the YZ plane, as shown in Fig. 2, in conjunction with the described translational displacement of the partial beams 7 and 8 against each other, a rotation of the partial beams 7 , 8 about the axis of the incident Primary beam 5 are generated. The symmetry level of the mirroring is defined by the direction of propagation of the primary beam 5 and by the normal vector which is defined by the points of incidence 12 to 14 of the partial beam 6 on the deflecting mirrors 1 to 6 on the tensioned plane.

Für eine ungerade Zahl von Umlenkspiegeln (i = 3, 5 . . . ) sind die Teilstrahlen spiegelbildlich. Dieser Fall wird gewählt, wenn es gilt, aus einem asymmetrischen Strahl­ profil durch genaue und leicht versetzte Überlagerung der beiden Teilstrahlen 7 und 8 ein symmetrisches Strahlprofil zu erzeugen.For an odd number of deflecting mirrors (i = 3, 5...), The partial beams are mirror images. This case is chosen when it is important to generate a symmetrical beam profile from an asymmetrical beam profile by precise and slightly offset superposition of the two partial beams 7 and 8 .

Ein einziger Umlenkspiegel (i = 1) kommt aus geometri­ schen Gründen nicht in Frage.A single deflecting mirror (i = 1) comes from geometri reasons out of the question.

Fig. 2 zeigt die Orientierung eines Strahlenbündels 10 mit rechteckigem Querschnitt nach Verlassen des Homoge­ nisators in Abhängigkeit der Orientierung des Rechteck­ querschnittes zur Symmetrieebene der Spiegelung. Die in den Fig. 2a bis 2d dargestellten Ausführungsbeispiele von Strahlenbündeln entstehen bei einer ungeraden Anzahl von Umlenkspiegeln. Der in Fig. 2a schematisch darge­ stellte Strahlquerschnitt ist zum Beispiel typisch für Excimer-Laser, bei denen aufgrund der Strahlgeometrie in zwei Raumrichtungen unterschiedliche Strahldivergenzen auftreten. Bei der Fokussierung der Strahlung führt dies zu elliptischen Strahldurchmessern. Bei einer Ausbildung des Strahlenbündels entsprechend den Fig. 2b und 2d ist eine Mittelung über beide Divergenzen im Überschnei­ dungsbereich der Teilbündel 7 und 8 möglich, so daß eine räumlich isotrope Verteilung der Strahldivergenz erzielt werden kann. Wie die Fig. 2a und 2c zeigen, liegen die beiden Teilstrahlen 7 und 8 übereinander, während sie im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2b und 2d einander kreuzen. Fig. 2 shows the orientation of a beam 10 with a rectangular cross-section after leaving the homogenizer depending on the orientation of the rectangular cross-section to the plane of symmetry of the reflection. The exemplary embodiments of beam bundles shown in FIGS. 2a to 2d arise with an odd number of deflecting mirrors. The beam cross section shown schematically in FIG. 2a is typical, for example, for excimer lasers in which different beam divergences occur in two spatial directions due to the beam geometry. When focusing the radiation, this leads to elliptical beam diameters. In an embodiment of the beam according to FIGS. 2b and 2d, averaging over both divergences in the overlap area of the partial beams 7 and 8 is possible, so that a spatially isotropic distribution of the beam divergence can be achieved. As shown in FIGS. 2a and 2c, the two partial beams 7 and 8 lie one above the other, while in the exemplary embodiment according to FIGS. 2b and 2d they cross each other.

Auf die beschriebene Weise läßt sich das aus den Teil­ strahlen 7, 8 gebildete Strahlenbündel so einstellen, daß die gewünschte Energiedichteverteilung entsteht. Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt worden ist, kann das Strahlenbündel mit einem breiteren und/oder höheren Ma­ ximum ausgebildet werden als die Teilstrahlen 7 oder 8.In the manner described, the rays formed from the part rays 7 , 8 can be adjusted so that the desired energy density distribution is produced. As has been shown by way of example in FIG. 1, the beam can be designed with a wider and / or higher maximum than the partial beams 7 or 8 .

Bei einer geraden Anzahl von Umlenkspiegeln bleiben die Teilstrahlen ungespiegelt. Eine solche Anordnung wird beispielsweise dann gewählt, wenn aus einem Strahl mit einem ausreichend symmetrischen Profil ein breiterer Teilstrahl durch Versatz der beiden Teilstrahlen 7, 8 erzeugt werden soll. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform hat die Vorrichtung vier Umlenkspiegel 18 bis 21. Im Bereich zwischen den beiden Umlenkspiegeln 18 und 19 befindet sich der Strahlteiler 4. Der primäre Laserstrahl 5 trifft wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 auf den Strahlteiler 4 und wird dort in die beiden Teilstrahlen 6 und 8 aufgeteilt. Der Teilstrahl 6 wird am Strahltei­ ler 4 zum Umlenkspiegel 19 reflektiert, während der an­ dere Teilstrahl 8 den Strahlteiler 4 passiert. Am Um­ lenkspiegel 19 wird der Teilstrahl zum Umlenkspiegel 20 umgelenkt, an dem er wiederum zum Umlenkspiegel 21 und von dort zum Umlenkspiegel 18 reflektiert wird. Am Um­ lenkspiegel 18 wird der Teilstrahl 6 zum Strahlteiler 4 reflektiert. Dort wird der Teilstrahl 6 wiederum in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, wobei der reflektierte Teil­ strahl 7 divergierend zum Teilstrahl 8 verläuft. Der an­ dere, den Strahlteiler 4 passierende Teilstrahl 6 läuft dann wieder in der beschriebenen Weise innerhalb des op­ tischen Systems um. Somit wird aus dem Primärlaserstrahl 5 ein Strahlenbündel 7, 8 gebildet, das breiter ist als der Primärlaserstrahl 5.With an even number of deflecting mirrors, the partial beams remain unshielded. Such an arrangement is selected, for example, if a broader partial beam is to be generated from a beam with a sufficiently symmetrical profile by displacing the two partial beams 7 , 8 . An exemplary embodiment of this is shown in FIG. 3. In this embodiment, the device has four deflecting mirrors 18 to 21 . The beam splitter 4 is located in the area between the two deflecting mirrors 18 and 19 . As in the embodiment according to FIG. 1, the primary laser beam 5 strikes the beam splitter 4 and is divided there into the two partial beams 6 and 8 . The partial beam 6 is reflected on the beam splitter 4 to the deflecting mirror 19 , during which the beam splitter 4 passes on the other beam 8 . At the deflecting mirror 19 , the partial beam is deflected to the deflecting mirror 20 , at which it is in turn reflected to the deflecting mirror 21 and from there to the deflecting mirror 18 . On At steering mirror 18 of the partial beam 6 is reflected to the beam splitter. 4 There, the partial beam 6 is in turn divided into two partial beams, the reflected partial beam 7 diverging to the partial beam 8 . The other, the beam splitter 4 passing beam 6 then runs again in the manner described within the op table system. A beam 7 , 8 , which is wider than the primary laser beam 5 , is thus formed from the primary laser beam 5 .

Mit den beschriebenen Vorrichtungen ist es möglich, eine Mittelung über einen einzelnen Laserpuls während seiner Pulsdauer vorzunehmen. Voraussetzung hierfür ist, daß die Pulsdauer größer ist als die Laufzeit zwischen den Umlenkspiegeln 1 bis 3 bzw. 18 bis 21. Für einen Exci­ mer-Laser mit seiner typischen Pulsdauer im 10 ns-Be­ reich und mit Strahlquerschnitten von einigen cm² ist diese Bedingung leicht zu erfüllen. Wird eine Laser­ strahlung mit einer kürzeren Pulsdauer verwendet, muß die Laufzeit des Laserstrahles zwischen den Umlenkspie­ geln verkleinert werden, weil anderenfalls die Teil­ strahlen 7, 8 als zwei zeitlich voneinander getrennte Pulse erscheinen. Die Anpassung der Laufzeit ist bei­ spielsweise durch Verkleinern der gesamten Anordnung möglich.With the devices described, it is possible to carry out averaging over a single laser pulse during its pulse duration. The prerequisite for this is that the pulse duration is greater than the transit time between the deflection mirrors 1 to 3 or 18 to 21 . For an excimer laser with its typical pulse duration in the 10 ns range and with beam cross sections of a few cm², this condition is easy to meet. If a laser radiation with a shorter pulse duration is used, the transit time of the laser beam between the deflecting gels must be reduced, because otherwise the partial rays 7 , 8 appear as two separate pulses. The adjustment of the runtime is possible for example by reducing the overall arrangement.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann die Modulation der Energieverteilung durch den Versatz der Teilstrahlen 7, 8 am Rekombinationsort, d. h. am Strahlteiler 4, ein­ gestellt werden. In the embodiment according to FIG. 3, the modulation of the energy distribution can be set by the offset of the partial beams 7 , 8 at the recombination location, ie at the beam splitter 4 .

Zur Erzeugung einer sogenannten Top-Hat-Energievertei­ lung können mehrere Vorrichtungen gemäß Fig. 3 in Reihe geschaltet werden. Wenn hierbei zweidimensionale Top- Hat-Profile erzeugt werden sollen, dann werden diese Vorrichtungen für zueinander senkrechte Richtungen ein­ gesetzt, wodurch eine Symmetrisierung der Energievertei­ lung in beiden Richtungen des Strahlprofils erfolgt.To generate a so-called top hat energy distribution, several devices according to FIG. 3 can be connected in series. If two-dimensional top hat profiles are to be generated, these devices are used for directions perpendicular to one another, as a result of which the energy distribution is symmetrized in both directions of the beam profile.

Auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 können mehrere Vorrichtungen hintereinander für zueinander senkrechte Richtungen eingesetzt werden, um eine Symmetrisierung der Energieverteilung in beiden Richtungen des Strahl­ profiles zu erhalten.Also, in the apparatus of Fig. 1, several devices can be used one after the other for mutually perpendicular directions to a symmetrization of the energy distribution of the beam profiles in both directions to obtain.

In Fig. 4 ist die Vorrichtung entsprechend Fig. 3 mit den vier Umlenkspiegeln 18 bis 21 und dem Strahlteiler 4 dargestellt. Die Vorrichtung ist so orientiert, daß die Auftreffpunkte der Strahlen auf den Umlenkspiegeln 18 bis 21 in der Y-Z-Ebene orientiert sind. Der Laserstrahl 5 wird in der anhand von Fig. 3 beschriebenen Weise re­ flektiert und in Teilstrahlen aufgeteilt. Die Intensi­ tätsverteilung des Laserstrahles 5 in den zwei zueinan­ der senkrechten Raumrichtungen X und Y ist im Schaufen­ ster 22 dargestellt. FIG. 4 shows the device corresponding to FIG. 3 with the four deflecting mirrors 18 to 21 and the beam splitter 4 . The device is oriented such that the points of incidence of the beams on the deflecting mirrors 18 to 21 are oriented in the YZ plane. The laser beam 5 is reflected in the manner described with reference to FIG. 3 and divided into partial beams. The intensity distribution of the laser beam 5 in the two mutually perpendicular directions X and Y is shown in the window 22 .

Das Schaufenster 23 zeigt die Intensitätsverteilung des Laserstrahles nach der Homogenisierung in Y-Richtung.The shop window 23 shows the intensity distribution of the laser beam after the homogenization in the Y direction.

In Fig. 4 ist die Vorrichtung mit den vier Umlenkspie­ geln 18 bis 21 und dem Strahlteiler 4 in einer solchen Lage dargestellt, daß die Auftreffpunkte der Strahlen auf den Umlenkspiegeln 18 bis 21 in der X-Z-Ebene lie­ gen. Dadurch wird, wie das Schaufenster 24 zeigt, der Laserstrahl in X-Richtung homogenisiert. In Fig. 4, the device with the four Umlenkspie gels 18 to 21 and the beam splitter 4 is shown in such a position that the points of incidence of the rays on the deflecting mirrors 18 to 21 lie in the XZ plane. This is how the shop window 24 shows the laser beam homogenized in the X direction.

Die beschriebenen Vorrichtungen eignen sich zum Einsatz in der Materialbearbeitung, in der Medizintechnik und dergleichen.The devices described are suitable for use in material processing, in medical technology and the like.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Anordnung der Vorrichtung in einer Bearbeitungsanlage. Eine schematisch darge­ stellte Laserstrahlquelle 25 sendet den Laserstrahl 5 aus. Die Vorrichtung 26 ist entsprechend der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 dargestellt, kann aber auch eine Ausbildung entsprechend Fig. 3 haben. Die Vorrichtung 26 ist um die Achse des Laserstrahles 5 drehbar angeordnet. In der Vorrichtung 26 wird der Laserstrahl 5 in der be­ schriebenen Weise homogenisiert und tritt als homogeni­ sierter Laserstrahl 27 aus der Vorrichtung 26 aus und trifft auf einen Umlenkspiegel 28, der den homogenisier­ ten Laserstrahl 27 zu einer Bearbeitungsoptik oder -lin­ se 29 umlenkt. Durch diese Optik 29 wird der Laserstrahl auf ein Werkstück 30 gerichtet, das er bearbeitet. Fig. 5 shows an example of an arrangement of the apparatus in a processing system. A schematically presented laser beam source 25 emits the laser beam 5 . The device 26 is shown in accordance with the embodiment shown in FIG. 1, but may also have an embodiment corresponding to FIG. 3. The device 26 is arranged rotatably about the axis of the laser beam 5 . In the device 26 , the laser beam 5 is homogenized in the manner described and emerges as a homogenized laser beam 27 from the device 26 and strikes a deflecting mirror 28 which deflects the homogenized laser beam 27 to a processing optics or lens 29 . Through this optics 29 , the laser beam is directed onto a workpiece 30 which it is processing.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren der Lichtverteilung eines Laserstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des La­ serstrahles (5) mindestens ein optisches System liegt, das mindestens einen Strahlteiler (4) und we­ nigstens drei Umlenkspiegel (1 bis 3; 18 bis 21) aufweist, und daß der vom Strahlteiler (4) reflek­ tierte und von den Umlenkspiegeln (1 bis 3; 18 bis 21) umgelenkte Teilstrahl (6, 11) sowie der vom Strahlteiler (4) transmittierte Teilstrahl (8) zu ei­ nem Gesamtstrahl (7, 8) zusammengeführt werden, des­ sen Teilstrahlen (7, 8) einen Versatz aufweisen.1. Device for homogenizing the light distribution of a laser beam, characterized in that in the beam path of the laser beam ( 5 ) there is at least one optical system which has at least one beam splitter ( 4 ) and at least three deflecting mirrors ( 1 to 3 ; 18 to 21 ) , and that the partial beam ( 6 , 11 ) reflected by the beam splitter ( 4 ) and deflected by the deflecting mirrors ( 1 to 3 ; 18 to 21 ) and the partial beam ( 8 ) transmitted by the beam splitter ( 4 ) to a total beam ( 7 , 8 ) are brought together, the partial beams ( 7 , 8 ) have an offset. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffpunkte (12 bis 14; 12′ bis 14′) des zwischen den Umlenkspiegeln (1 bis 3; 18 bis 21) umlaufenden Teilstrahls (6, 11) an den Spiegelflächen (15 bis 17) der Umlenkspiegel in einer gemeinsamen Ebene liegen. 2. Device according to claim 1, characterized in that the impingement points ( 12 to 14 ; 12 'to 14 ') of the partial beam ( 6 , 11 ) rotating between the deflecting mirrors ( 1 to 3 ; 18 to 21 ) on the mirror surfaces ( 15 to 17 ) the deflecting mirror lie in a common plane. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Um­ lenkspiegel (1 bis 3; 18 bis 21) zur Einstellung des Versatzes zwischen den Teilstrahlen (7, 8) in X- oder Z-Richtung verstellbar ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the order steering mirror ( 1 to 3 ; 18 to 21 ) for adjusting the offset between the partial beams ( 7 , 8 ) is adjustable in the X or Z direction. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (3) in X- und Z-Richtung verstellbar ist.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the deflecting mirror ( 3 ) is adjustable in the X and Z directions. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (4) kippbar ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the beam splitter ( 4 ) is tiltable. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander benachbar­ te Umlenkspiegel (1 bis 3; 18 bis 21) gegeneinander kippbar sind.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that two mutually adjacent te deflecting mirror ( 1 to 3 ; 18 to 21 ) are tiltable against each other. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Symmetrisierung der Energieverteilung in zwei zueinander senkrechten Richtungen zwei optische Systeme hintereinander ge­ schaltet sind.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the symmetrization of the Energy distribution in two mutually perpendicular Directions two optical systems in a row are switched. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Top- Hat-Energieverteilung eine gerade Zahl von Umlenk­ spiegeln (18 bis 21) vorgesehen ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that an even number of deflection mirrors ( 18 to 21 ) is provided for generating a top hat energy distribution.
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