JP5789188B2 - ビーム形成装置およびビーム形成方法 - Google Patents
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Description
レーザビームの伝播方向とは、特にレーザビームが平坦波でない、あるいは少なくとも部分的にダイバージュしている場合には、平均伝播方向を意味する。レーザビーム、光線、部分ビームあるいはビームとは、明確に他の指定がない場合には、幾何光学上の理想化ビームを意味しておらず、たとえば無限小のビーム断面ではなく拡張されたビーム断面を有するガウスプロファイルまたは修正ガウスプロファイルを持つレーザビームのような実際的光線である。トップハット分布、トップハット強度分布またはトップハットプロファイルとは、少なくとも1つの方向に関して基本的に矩形関数(rect(x))により表現可能である強度分布を意味する。その際に、パーセント領域における矩形関数からの偏差ないしは傾斜側面を示す実際の強度分布は、同様にトップハット分布またはトップハットプロファイルと表示すべきである。
複数のレーザ光源が異なる波長を有すること、および/または異なるレーザタイプであってもよい。それにより、強度分布のスペクトル構成が適切に影響され得る。
−少なくとも1つの第1のレーザ光源および少なくとも1つの第2のレーザ光源から発せられるレーザビームは、それぞれ少なくとも伝播方向に垂直な第1の方向に関してシングルモード・レーザビームであり、これらの両レーザビームは変換後に少なくとも前記第1方向に関してトップハット角度分布を有するように、互いに個別に変換される。
−両レーザビームは少なくとも部分的に重ね合わされるため、重なったレーザビームは作業面において、少なくとも第1方向に関して少なくとも部分的にトップハット強度分布に合致する強度分布を有する。
これらのシングルモード・レーザビームの個別の変換およびそれらの以後の重なり合いにより、極めて均一な強度分布、たとえば極めて均一な直線状強度分布を実現することが可能である。
さらに前記装置は、レーザビーム2a,2b,2cの伝播方向Zにおいてレーザ光源1a,1b,1cの後方に配置されるアレイ3を含む。アレイ3はその入射側に複数の凸状境界面4a,4b,4cを有しており、それらはレーザビーム2a,2b,2cに対する遅軸コリメーションレンズとして機能する。その際に、レーザ光源1a,1b,1cのレーザビーム2a,2b,2cは、それぞれ凸状境界面4a,4b,4cの1つに進入する。アレイ3は、その出射側に複数の並置された複数の光学機能的な変換境界面5a,5b,5cを有している。これらの変換境界面5a,5b,5cはレーザビーム2a,2b,2cのガウス形状強度プロファイルを、以下にさらに詳しく説明されるように、遅軸方向すなわちX方向に関してトップハット角度分布に変換する機能を果たす。
Claims (11)
- 少なくとも2つのレーザ光源であって、各レーザ光源は、レーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)の部分ビームを伝播方向(Z)に出射することが可能な、少なくとも2つのレーザ光源(1a,1b,1c;14,15,16;24)と、
レーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)に影響を及ぼす光学手段と、
を含むビーム形成装置であって、
レーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)の部分ビームは、伝播方向(Z)に垂直な少なくとも1つの方向(X,Y)に関してシングルモードレーザビームであり、
少なくとも2つのレーザ光源(1a,1b,1c;14,15,16;24)は、異なる波長を有する、および/または異なるレーザタイプであり、
前記光学手段は、前記少なくとも1つの方向(X,Y)において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成された第1の変換境界面(5a,5b,5c)を有し、レーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)の部分ビームは、前記少なくとも1つの方向(X,Y)において、トップハット角度分布を有するように、第1の変換境界面(5a,5b,5c)を通過することが可能であり、
光学手段は、レンズ手段(6)であって、伝播方向(Z)において、第1の変換境界面の後方に配置されるとともに、作業面(7)において、レーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)の部分ビームを少なくとも部分的に重ね合わせるように構成される、レンズ手段(6)をさらに含むことを特徴とするビーム形成装置。 - 各レーザ光源(1a,1b,1c;14,15,16;24)のレーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)に、第1の変換境界面のうちの1つが配置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 第1の変換境界面(5a,5b,5c)は、アレイ(3,3’,3”)に配置されることを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
- アレイ(3,3’,3”)は、一次元的または二次元的アレイ(3,3’,3”)であることを特徴とする、請求項3に記載の装置
- 第1の変換境界面(5a,5b,5c)は、パウエルレンズとして構成される、またはパウエルレンズの一部であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- レンズ手段(6)は、フーリエレンズであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
- 第1の変換境界面(5a,5b,5c)は、非対称に形成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
- 光学手段は、光学的に機能する第2の変換境界面(5a”,5b”,5c”)を有し、第1の変換境界面(5a,5b,5c)および第2の変換境界面(5a”,5b”,5c”)は、影響の対象となるレーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)の伝播方向(Z)において、前後に並んで配置されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の装置。
- 半導体レーザとして形成された少なくとも2つのレーザ光源であって、遅軸方向(X)よりも速軸方向(Y)により大きなダイバージェンスを有するレーザビーム(39)を発することが可能である、少なくとも2つのレーザ光源と、
速軸方向(Y)のレーザビームのダイバージェンスを少なくとも部分的にコリメートすることが可能な、光学機能的なコリメーション境界面(40)と、
少なくとも1つの光学機能的な変換境界面であって、レーザビーム(39)の部分ビームが、作業面(7)において、少なくともひとつの方向(Y)に関してトップハット強度分布(8)を少なくとも部分的に有するように、通過することが可能である、少なくとも1つの光学機能的な変換境界面を有する光学手段と、
を含むビーム形成装置であって、
光学機能的コリメーション境界面(40)と光学機能的な変換境界面(41,42,43)とは、1つの構成ユニット(35,36,37)に一体化されており、
レーザビーム(39)は、前記少なくとも1つの方向(Y)において、シングルモードレーザビームであり、
前記変換境界面は、前記少なくとも1つの方向(Y)において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成され、
光学手段は、レンズ手段(6)であって、伝播方向(Z)において、変換境界面の後方に配置されるとともに、作業面(7)において、レーザビーム(39)の部分ビームを少なくとも部分的に重ね合わせるように構成される、レンズ手段(6)をさらに含むことを特徴とする、ビーム形成装置。 - 構成ユニット(35,36,37)は、第1および第2の表面を有するレンズであり、第1の表面は光学機能的なコリメーション境界面(40)に、および第2の表面は光学機能的な変換境界面(41,42,43)に対応することを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 少なくとも1つの第1のレーザ光源および少なくとも1つの第2のレーザ光源(1a,1b,1c;14,15,16;24)から出射される、少なくとも2つのレーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)であって、それぞれ少なくとも、レーザビームの伝播方向(Z)に対して垂直な第1の方向(X,Y)に関して、シングルモードレーザビームである少なくとも2つのレーザビームが、少なくとも第1の方向(X,Y)に関してトップハット角度分布を有するように、個別に変換される工程と、
少なくとも2つのレーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)が少なくとも部分的に重ね合わせられる工程であって、重ね合わせられたレーザビームが、作業面(7)において、少なくとも第1の方向(X,Y)に関して、少なくとも部分的にトップハット強度分布に合致する強度分布(8)を有するように、少なくとも2つのレーザビーム(2a,2b,2c;10a,10b,10c;17,18,19;20,21,22;25,25a,25b,25c;29,30,31,32,33,34)が、少なくとも部分的に重ね合わせられる工程と、
を含むビーム形成方法であって、
少なくとも1つの第1のレーザ光源および少なくとも1つの第2のレーザ光源(1a,1b,1c;14,15,16;24)は、異なる波長を有する、および/または異なるレーザタイプであり、
少なくとも2つのレーザビームが個別に変換される工程は、少なくとも2つのレーザビームを、光学的に機能する変換境界面(5a,5b,5c;5a”,5b”,5c”)を個別に通過させることによって行われ、変換境界面(5a,5b,5c;5a”,5b”,5c”)は、少なくとも第1の方向(X,Y)において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成されていることを特徴とする、ビーム形成方法。
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