KR100951370B1

KR100951370B1 - 빔 형성 장치

Info

Publication number: KR100951370B1
Application number: KR1020077025444A
Authority: KR
Inventors: 유리 미클리아예프; 비탈리 리쏘췐코; 알렉쎄이 미하일로프; 막씸 다르쉬트
Original assignee: 리모 파텐트페어발퉁 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2010-04-08
Also published as: EP1896893B1; JP4964882B2; EP1896893A1; JP2009503596A; US20080137707A1; US7782535B2; CN101322063B; WO2007140969A1; TW200923415A; TWI452338B; DE502007012156C5; KR20080012282A; CN101322063A

Abstract

빔 형성 장치, 특히 작동 평면에 선형 강도 분포(28)를 발생시키기 위한 빔 형성 장치는 멀티-모드 레이저 방사선(8)을 방출할 수 있는 레이저 광원(1), 및 빔 변환 수단(3)을 포함하고, 상기 레이저 방사선(8)의 전파 방향(z)에 대해 직각인 제 1 방향(x)에 관련한 회절율(M_x ²)이 1 보다 크고, 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 제 2 방향(y)에 관련한 회절율(M_y ²)이 1 보다 크며, 상기 빔 변환 수단(3)은, 상기 제 1 방향(x)과 관련한 상기 회절율(M_x ²)이 커지고 상기 제 2 방향(y)과 관련한 상기 회절율(M_y ²)은 작아지도록, 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 레이저 방사선(8)의 부분 빔(14)을 변환시킬 수 있게 상기 빔 형성 장치 내에 배치된다.

작동 평면, 레이저 광원, 빔 변환 수단, 레이저 방사선, 회절율, 부분 빔.

Description

빔 형성 장치{DEVICE FOR BEAM SHAPING}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 빔 형성 장치에 관한 것이다.

정의: 레이저 방사선의 전파 방향은, 특히 레이저 방사선이 평면파가 아니거나 또는 적어도 부분적으로 발산되는 경우, 레이저 방사선의 중간 전파 방향을 의미한다. 광빔, 부분 빔 또는 빔은 달리 표현되지 않으면, 기하학적 광학 시스템의 이상적인 빔을 의미하는 것이 아니라, 실제 광빔,예컨대 극미하게 작은 빔 횡단면이 아니라 연장된 빔 횡단면을 가진, 가우스 프로파일 또는 변형된 가우스 프로파일의 레이저 빔이다.

전술한 방식의 장치는 충분히 공지되어 있다. 이러한 장치들의 전형적인 레이저 광원들은 예컨대 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저이다. 예컨대 싱글-모드 레이저로서 작동되지 않는 Nd-YAG 레이저는 약 8 내지 25의 회절율(beam quality factor) M² 을 갖는다. 회절율 M² 은 레이저 빔의 품질에 대한 척도이다. 예컨대, 가우스-프로파일을 가진 레이저 빔은 1의 회절율 M² 을 갖는다. 회절율 M² 은 레이저 방사선의 모드의 수에 대략 상응한다.

회절율 M² 은 레이저 방사선의 포커싱 가능성에 영향을 준다. 가우스-프로 파일을 가진 레이저 빔에 있어서, 포커스 영역 내의 두께(d) 또는 빔 웨이스트는 포커싱될 레이저 빔의 파장(λ)에 비례하고, 역으로 포커싱 렌즈의 개구수 NA 에 비례한다. 포커스 영역에서 레이저 빔의 두께에 대해 하기 식이 성립된다:

가우스형 프로파일을 갖지 않거나 또는 1 보다 큰 회절율 M² 을 가진 레이저 빔에서는 포커스 영역에서 최소 두께 또는 포커스 영역에서 빔 웨이스트가 하기 식에 따라 추가로 회절율에 비례한다:

회절율이 크면 클수록, 레이저 방사선을 포커싱하기 어렵다. 회절율 M² 은 레이저 방사선의 전파 방향에 대해 직각인 2개의 방향에 대해 상이한 크기일 수 있다. 이 경우, 예컨대 x 로 표시된 제 1 방향과 관련한 회절율 M_x ² 과, 상기 제 1 방향 x에 대해 직각인, y 로 표시된 제 2 방향과 관련한 회절율 M_y ² 이 상이하다. 회절율 M_x ² 은 회절율 M_y ² 보다 크거나 또는 작을 수 있다.

반도체 레이저, 특히 레이저 다이오드 바아는 소위 빠른 축 방향과 관련해서, 즉 액티브 층에 대해 직각인 방향과 관련해서 1 또는 1 보다 약간 큰 회절율 M_y ² 을 갖는다. 이것에 대해 직각인 소위 느린 축 방향과 관련해서, 즉 액티브 층에 대해 평행한 방향과 관련해서, 회절율 M_x ² 은 훨씬 더 크다. 예컨대 100 보다 크다. 따라서, 반도체 레이저는 본 발명에 따른 장치의 레이저 광원으로 볼 수 없다.

또한, 선행 기술에서 레이저 방사선은 하나의 작동 평면 내로 포커싱 전에 규칙적으로 균일화된다. 이는 예컨대 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이에 의해 이루어지므로, 레이저 방사선은 상기 렌즈들에 의해 다수의 부분 빔으로 스플리팅되며, 상기 부분 빔들은 작동 평면에서 중첩된다. 그러나, 부분 빔의 수가 임의로 증가될 수 없는데, 그 이유는 부분 빔의 수가 너무 많으면 부분 빔들이 작동 평면에서 중첩될 때 빔들 간의 간섭에 의해 고주파 발진이 나타나기 때문이다. 이는 작동 평면에서 빔 품질을 저하시킨다. 상기 고주파 발진의 발생에 대한 기준은 전파 방향에 대해 직각인 방향으로 레이저 방사선의 공간적 코히어런스이다. 상기 공간적 코히어런스가 낮을수록, 중첩시 고주파 발진이 나타나지 않으면서, 더 많은 수의 부분 빔으로 광이 스플리팅될 수 있다. 경우에 따라 상기 회절율 M² 또는 M_x ² 또는 M_y ² 은 공간적 코히어런스를 지시하기 때문에, 회절율이 큰 경우, 필요에 따라 많은 수의 부분 빔으로의 스플리팅이 가능하다.

< 해결하고자 하는 과제 >

본 발명의 과제는 레이저 방사선을 선형 포커스 영역에 더 양호하게 포커싱할 수 있고 및/또는 더 양호하게 균일화할 수 있는, 전술한 방식의 장치를 제공하는 것이다.

< 과제해결수단 >

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 가진, 전술한 방식의 장치에 의해 해결된다. 종속 청구항은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다.

청구항 1에 따라, 장치는 빔 변환 수단을 포함하며, 상기 빔 변환 수단은, 제 1 방향과 관련한 회절율이 커지고 제 2 방향과 관련한 회절율이 작아지도록, 레이저 방사선 또는 레이저 방사선의 부분 빔을 변환시킬 수 있게 장치 내에 배치된다.

빔 변환 수단은, 레이저 방사선 또는 각각의 부분 빔의 제 1 방향과 관련한 회절율 및/또는 공간적 코히어런스 특성이 제 2 방향과 관련한 회절율 및/또는 공간적 코히어런스 특성과 바뀌도록, 레이저 방사선 또는 레이저 방사선의 부분 빔을 변환시킬 수 있다.

이러한 방식으로, 2개의 방향 중 하나의 방향에 대한 회절율이 빔 변환 전 보다 훨씬 작아질 수 있는 반면, 2개의 방향 중 다른 방향에 대한 회절율이 빔 변환 후에 빔 변환 전보다 훨씬 커질 수 있다. 그 이유는 레이저 방사선을 다수의 부분 빔으로 스플리팅하는데 있다. 이러한 스플리팅은 상기 빔 변환 수단 내에서 또는 상기 빔 변환 수단 전에 배치된 별도의 빔 스플리팅 수단 내에서 이루어질 수 있다. 이 경우, 2개의 방향 중, 전파 방향에 대해 직각인 하나의 방향과 관련해서, 회절율이 작아질 수 있다. 특히, 상기 회절율이 부분 빔의 수로 나눠질 수 있다.

< 실시예 >

도면들 중 다수에는 보다 양호한 배향을 위해 카아티이젼 좌표계가 도시된다.

도 1에 개략적으로 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 레이저 광원(1), 빔 스플리팅 수단(2), 빔 변환 수단(3), 빔 결합 수단(4), 균일화 수단(5) 및 렌즈 장치(6)를 포함한다. 상기 렌즈 장치는 작동 평면(7)에서 레이저 방사선의 선형 강도 분포를 나타낼 수 있다.

레이저 광원(1)은 예컨대 주파수 2배화된 Nd-YAG- 레이저 또는 엑시머 레이저로 실시될 수 있다. 도 6에는 레이저 광원(1)으로부터 나온 레이저 방사선(8)이 예컨대 원형 횡단면을 갖는 것이 도시된다. 또한, 도 6에는 레이저 방사선(8)이 x-방향 및 y-방향으로 회절율 M_x ² = M_y ² =4 를 갖는 것이 나타난다.

빔 스플리팅 수단(2)은 도 2a 및 도 2b에 상세히 도시된다. 빔 스플리팅 수단(2) 전에, 교차된 2면 실린더 렌즈(10, 11)로 이루어진 망원경(9)이 접속된다. 망원경(9)은 레이저 방사선(8)을 x-방향에 대해 확대시키고 레이저 방사선(8)을 y-방향에 대해 좁힌다(참고: 도 2a 및 도 2b).

빔 스플리팅 수단들(2)은 실린더 렌즈 어레이로서 형성된다. 실린더 렌즈 어레이의 실린더 축선은 y-방향으로 연장된다. 특히, 볼록한 실린더 면(12)의 어레이는 빔 스플리팅 수단의 입사면에, 그리고 오목한 실린더 면(13)의 어레이는 빔 스플리팅 수단의 출사면에 제공된다. 상기 실린더 면들의 초점 거리의 적합한 선택에 의해 그리고 그들 간격의 적합한 선택에 의해, 빔 스플리팅 수단(2)으로부터 x-방향으로 서로 이격된 4개의 부분 빔(14)이 출사될 수 있다. 도 2c는 상기 부분 빔(14)이 정사각형 횡단면을 갖는 것을 도시한다.

4개 보다 많거나 적은 실린더 면(12, 13)을 제공하는 것이 가능하기 때문에, 4개 보다 많거나 적은 부분 빔(14)이 생긴다. 예컨대 8개 또는 13개의 실린더 면(12, 13)이 제공될 수 있다.

도 2c에는 또한 개별 부분 빔(14)이 x-방향으로 회절율 M_x ²= 1 및 y-방향으로 회절율 M_y ²=4를 갖는 것이 나타난다. 따라서, 전체적으로 x-방향으로 총 4개의 부분 빔들(14)에 대해 회절율 M_x ²= 4이 주어진다.

상기 방식으로 개별 부분 빔(14)으로 스플리팅된 레이저 방사선은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 빔 변환 수단(3) 내로 입사된다. 빔 변환 수단(3)은 마찬가지로 빔 변환 수단(3)의 입사면 상에 볼록한 실린더 면(15)의 어레이를 그리고 빔 변환 수단(3)의 출사면 상에 볼록한 실린더 면(16)의 어레이를 가진 실린더 렌즈 어레이를 포함한다. 실린더 면들(15, 16)의 실린더 축선들은 y-방향 또는 x-방향에 대해 각 α= 45 °로 기울어진다. 빔 변환 수단(3)을 통과할 때 개별 부분 빔(14)은, 전파 방향(z)에 대해 평행한 평면에서 반사되어 나타나도록 변환된다. 도 2c 및 도 3d에는 부분 빔들(14)이 어떻게 변환된 부분 빔(17)으로 변환되는지가 나타난다. 도 2c의 좌측 부분 빔(14) 또는 도 3d의 좌측 부분 빔(17)은 자신의 각각의 측면에 알파벳 a, b, c, d를 갖는다. 이는 상기 부분 빔들(14, 17)의 대각선 면에서의 반사에 상응하는 패턴에 따라 상기 알파벳 a, b, c, d가 바뀌는 것을 나타낸다. 상기 변환은 측면 a, c 가 바뀌는 z-방향을 중심으로 하는 90°회전이라고도 한다.

도 3d에는 부분 빔(17)의 회절율이 부분 빔(14)의 회절율과는 상이하다는 것이 나타난다. 특히, 부분 빔(17) 각각에서 x-방향에 대한 회절율 M_x ² 는 4 이고, y-방향에 대한 회절율 M_y ² 는 1 이다. 따라서, 전체적으로 x-방향으로 총 4개의 부분 빔(17)에 대해 회절율 M_x ² 는 16 이다.

빔 변환 수단(3)을 통과한 후에, 개별 부분 빔들(17)은 빔 결합 수단(4)에 부딪친다. 빔 결합 수단(4)은 빔 스플리팅 수단(2)에 상응하게 오목한 실린더 면(18)의 어레이에 의해 입사면에 형성되고, 볼록한 실린더 면(19)의 어레이는 빔 결합 수단(4)의 출사면에 형성된다. 빔 결합 수단(4)에 후속해서 추가 망원경(20)이 빔 경로 내에 삽입되고, 상기 추가 망원경은 상응하게 배치된 실린더 렌즈(21, 22)를 통해 빔을 y-방향으로 확대시킨다.

도 4c는 빔 결합 수단(4)과 망원경(20)을 통과한 후 레이저 방사선(23)의 횡단면도를 도시한다. 레이저 방사선(23)은 정사각형 횡단면을 가진 개별 레이저 빔이다. 특히, x-방향에 대한 회절율 M_x ² 는 16 이고, y-방향에 대한 회절율 M_y ² 는 1 이다.

상기 레이저 방사선(23)은 균일화 수단(5)를 통과하고(참고: 도 5a 및 도 5b), 상기 균일화 수단은 2개의 차례로 배치된 실린더 렌즈들(24, 25)의 어레이로서 형성된다. 실린더 렌즈들(24, 25)의 어레이는 z-방향으로 서로 대략 실린더 렌즈의 초점 거리 만큼 이격되어 배치된다. 빔 변환 및 그에 수반되는 4로부터 16으로의 회절율 M_x ² 의 확대로 인해, 작동 평면(7)에서 바람직하지 않은 간섭 효과가 나타나지 않으면서, x-방향으로 16개까지의 실린더 렌즈들(24, 25)이 나란히 배치될 수 있다.

균일화 수단(5)을 통과한 후에, 레이저 방사선은 렌즈 장치(6)을 통과한다. 렌즈 장치(6)는 2개의 서로 이격된 실린더 렌즈(26, 27)로 형성된다. 상기 실린더 렌즈(26)의 실린더 축선은 y-방향으로 연장되고, 상기 실린더 렌즈(27)의 실린더 축선은 x-방향으로 연장된다. 렌즈 장치(6)에 의해, 레이저 방사선은 작동 평면(7)에 선형 강도 분포(28)가 생기도록(참고: 도 7) 포커싱될 뿐만 아니라, 실린더 렌즈(24, 25)로 인해 상이한 방향 및/또는 동일한 방향으로 전파하는, 레이저 방사선의 개별 부분들이 작동 평면(7)에서 중첩된다. 이는 실린더 렌즈 어레이와 후속하는 렌즈, 즉 필드 렌즈로서 사용되며 하나의 작동 평면에 레이저 방사선을 중첩시키는 렌즈에 의한 공지된 균일화 원리이다. 따라서, 렌즈 장치(6)는 포커싱 수단으로서 사용되며 균일화에 기여한다.

작동 평면(7)에서 선형 강도 분포(28)는 도 7에 예시적으로 나타난다. 상기 선형 강도 분포(28)는 개략적으로 도시되고 10 ㎜ 내지 1000 ㎜, 예컨대 약 100 ㎜의 길이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 예컨대 약 10 ㎛의 두께를 갖는다. 본 발명에 따른 장치에 의해 멀티-모드 레이저 광원의 사용할 때도 매우 작은 두께 및 경우에 따라 큰 심도를 가진 포커스 영역이 형성될 수 있다. 강도 분포(28)의 두께를 10 ㎛ 보다 작게 형성하는 것이 가능하다. 이는 예컨대 사용되는 렌즈의 개구수에 의존한다.

Y-방향으로, 즉 선형 강도 분포(28)의 종방향 연장부에 대해 직각인 방향으로, 레이저 방사선이 가우스-분포 또는 탑-헷(Top-Hat) 분포 또는 임의의 다른 분포를 가질 수 있다.

도 8은 빔 결합 수단의 다른 실시예를 도시한다. 상기 빔 결합 수단은 푸리에 렌즈(들)로서 사용되는 렌즈 수단(29)을 포함한다. 즉, 빔 변환 수단(3)의 출사면(30)은 렌즈 수단(29)의 입사측 푸리에 평면 또는 초점 평면에 배치되고, 균일화 수단(5)의 입사면(31)은 렌즈 수단(29)의 출사측 푸리에 평면 또는 초점 평면에 배치된다. 즉, 빔 변환 수단(3)의 출사면(30)에서 균일화 수단(5)의 입사면(31)으로의 강도 분포의 푸리에 변환이 이루어진다.

동시에, 개별 부분 빔들(17)(도 8에는 그들 중 2개의 부분 빔이 도시됨)은 균일화 수단(5)의 입사면(31)에서 서로 중첩된다. 개별 부분 빔(17) 각각이 상이한 방향으로부터 입사면(31) 내로 입사된다는 사실로 인해, 균일화 수단(5)의 실린더 렌즈들(24, 25)의 수가 특히, 부분 빔(17)의 수에 상응하고 그에 따라 빔 변환 수단(3)의 실린더 면(16)의 수에 상응하는 팩터 만큼 감소될 수 있다.

렌즈 수단(29)은 개별 렌즈로서 또는 다수의 렌즈로서 형성될 수 있다. 렌즈 수단(29)이 다수의 렌즈로 형성되면, 상기 렌즈 수단은, 빔 변환 수단(3)의 출사면(30)이 렌즈 수단(29)의 입사측 시스템 초점 평면 내에 배치되며 균일화 수단(5)의 입사면(31)이 렌즈 수단(29)의 출사측 시스템-초점 평면 내에 배치되도록, 장치 내에 배치된다.

또한, 렌즈 수단(29)의 렌즈 또는 렌즈들은 Y-방향으로 연장되는 실린더 축선을 가진 실린더 렌즈로서 형성될 수 있다.

도 8에는 Y-방향에 대해 레이저 방사선을 콜리메이팅하기 위한 렌즈 수단(32)이 파선으로 도시된다. 상기 렌즈 수단들(32)은 선택적이며, 빔 변환 수단(3)과 렌즈 수단(29) 사이에 배치될 수 있다. 렌즈 수단들(32)은 개별 렌즈로서 또는 다수의 렌즈로서 형성될 수 있다. 또한, 렌즈 수단(32)의 렌즈(들)는 x-방향으로 연장되는 실린더 축선을 가진 실린더 렌즈로서 형성될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2a는 본 발명에 따른 장치의 빔 스플리팅 수단의 측면도.

도 2b는 도 2a에 따른 빔 스플리팅 수단의 평면도.

도 2c는 도 2a 및 도 2b에 따른 빔 스플리팅 수단을 통과한 후, 레이저 방사선의 횡단면도.

도 3a는 본 발명에 따른 장치의 빔 변환 수단의 측면도.

도 3b는 도 3a에 따른 빔 변환 수단의 평면도.

도 3c는 도 3a에 따른 빔 변환 수단의 사시도.

도 3d는 도 3a 내지 도 3c에 따른 빔 변환 수단을 통과한 후, 레이저 방사선의 횡단면도.

도 4a는 본 발명에 따른 장치의 빔 결합 수단의 측면도.

도 4b는 도 4a에 따른 빔 결합 수단의 평면도.

도 4c는 도 4a 및 도 4b에 따른 빔 결합 수단을 통과한 후, 레이저 방사선의 횡단면도.

도 5a는 본 발명에 따른 장치의 균일화 및 포커싱 수단의 측면도.

도 5b는 도 5a에 따른 균일화 및 포커싱 수단의 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 장치를 통과하기 전 레이저 방사선의 횡단면도.

도 7은 본 발명에 따른 장치를 통과한 후 또는 작동 평면에서 레이저 방사선의 횡단면도.

도 8은 본 발명에 따른 장치의 빔 변환 수단, 균일화 수단 및 빔 결합 수단의 제 2 실시예의 측면도.

본 발명에 따른 장치에 의해, 제 1 방향과 관련한 회절율이 현저히 작아지고 1 보다 많이 커지지 않으며, 다른 방향과 관련한 회절율이 빔 변환 전 상태에 비해 커진다. 본 발명에 따른 장치에 의해 하나의 작동 평면에서 매우 얇은 선이 형성되어야 하면, 선의 종방향에 대해 직각인 방향으로 매우 작은 빔 웨이스트로 매우 양호한 포커싱이 이루어질 수 있다는 것이 중요하다. 따라서, 상기 방향에 대한 회절율이 매우 작으면, 매우 얇은 선형 프로파일이 얻어질 수 있다. 특히, "탑-헷"(top-hat) 프로파일을 가진 규정된 강도 분포가 형성될 수 있다. 이와 동시에, 상기 선의 종방향과 관련한 회절율이 현저히 커지는 것이 단점으로 나타나지 않는데, 그 이유는 상기 선의 종방향으로 포커싱이 바람직하지 않거나 또는 강한 포커싱이 바람직하지 않기 때문이다. 반대로, 상기 선의 종방향으로 회절율의 증가에 의해 일반적으로 이 방향의 공간적 코히어런스가 현저히 감소한다. 즉, 균일화를 위해, 작동 평면에서의 고주파 발진과 같은 바람직하지 않은 간섭 효과 없이, 상기 종방향으로 서로 나란히 배치된 다수의 렌즈를 가진 렌즈 어레이가 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해, 추가로 상기 선의 종방향으로의 보다 양호한 균일화가 얻어질 수 있다.

빔 변환 수단은 레이저 방사선 또는 개별 부분 빔을 레이저 방사선의 전파 방향을 중심으로 0°가 아닌 각만큼, 특히 90°만큼 회전시킬 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 빔 변환 수단은, 변환될 부분 빔의 횡단면이 레이저 방사선의 전파 방향에 대해 평행한 평면에서 변환될 부분 빔의 횡단면에 대해 반사되어 나타나는 횡 단면으로 바뀌도록, 개별 부분 빔을 변환시킬 수 있다. 빔 변환 수단의 2가지 실시예에 의해, 전파 방향에 대해 직각인 2개의 방향에 관련한 회절율이 바뀔 수 있다.

예컨대, 빔 변환 수단은 하나 이상의 실린더 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 실린더 렌즈 어레이의 실린더 축선은 제 1 방향 및 제 2 방향과 45°의 각을 형성한다. 대안으로서, 서로 평행한 또는 교차된 실린더 렌즈들을 가진, 2개의 차례로 배치된 실린더 렌즈 어레이도 사용될 수 있으며, 상기 실린더 렌즈의 실린더 축선은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향과 45°또는 -45°의 각을 형성한다. 각각의 부분 빔이 상기 실린더 렌즈 어레이(들)를 통과할 때, 부분 빔이 90°만큼 회전되거나 또는 전파 반향에 대해 평행한 평면에서 반사된다.

이러한 빔 변환 수단들은 선행 기술에, 예컨대 EP 1 006 382 A1, EP 1 617 275 A1 및 EP 1 528 425 A1에 공지되어 있다. 그러나, 거기서 빠른 축 방향의 매우 작은 회절율 M_y ² 과 느린 축 방향의 매우 큰 회절율 M_x ² 을 가진, 반도체 레이저의 매우 불균일한 레이저 방사선은, 레이저 방사선이 빔 변환 및 상응하는 콜리메이션 후에 두 방향에서 유사한 빔 품질을 갖도록, 변환된다. 본 발명에서는 공지된 빔 변환 수단들이 반대 효과를 위해 사용된다. 변환 전에 매우 상이한 또는 적어도 대략 동일한, 두 방향에 관련한 회절율 M_y ² 또는 M_x ² 을 가진 레이저 방사선은, 두 방향 중 하나의 방향에 관련한 회절율이 변환 후에 두 방향 중 다른 방향에 관 련한 회절율과 현저히 차이나도록, 변환된다.

레이저 광원은 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저로 실시될 수 있다. Nd-YAG 레이저는 예컨대 기본 주파수로 또는 주파수 2배화되어 또는 주파수 3배화되어 작동될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참고로 하는 하기의 실시예 설명에 제시된다.

Claims

작동 평면에 선형 강도 분포(28)를 발생시키기 위한 빔 형성 장치로서, 멀티-모드 레이저 방사선(8)을 방출할 수 있는 레이저 광원(1)을 포함하고, 상기 레이저 방사선(8)의 전파 방향(z)에 대해 직각인 제 1 방향(x)에 관련한 회절율(M_x ²)이 1 보다 크고, 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 제 2 방향(y)에 관련한 회절율(M_y ²)이 1 보다 큰, 빔 형성 장치에 있어서,

상기 빔 형성 장치는, 빔 변환 수단(3)을 포함하고, 상기 빔 변환 수단(3)은, 상기 제 1 방향(x)과 관련한 상기 회절율(M_x ²)이 커지고 상기 제 2 방향(y)과 관련한 상기 회절율(M_y ²)이 작아지도록, 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 레이저 방사선(8)의 부분 빔(14)을 변환시킬 수 있게 상기 빔 형성 장치 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 빔 변환 수단(3)은, 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 부분 빔들(14) 각각의 상기 제 1 방향(x)과 관련한 상기 회절율(M_x ²) 또는 공간적 코히어런스 특성이 상기 제 2 방향(y)과 관련한 상기 회절율(M_y ²) 또는 공간적 코히어런스 특성과 바뀌도록, 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 레이저 방사선(8)의 상기 부분 빔(14)을 변환시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 2항에 있어서, 상기 빔 변환 수단(3)은 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 개별 부분 빔(14)을 상기 레이저 방사선(8)의 상기 전파 방향(z)을 중심으로 90°까지 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 2항에 있어서, 상기 빔 변환 수단(3)은 변환될 부분 빔(14)의 횡단면이 상기 레이저 방사선(8)의 전파 방향(z)에 대해 평행한 평면에서 상기 변환될 부분 빔의 횡단면에 대해 반사되어 나타나는 횡단면으로 바뀌도록, 상기 레이저 방사선(8) 또는 상기 개별 부분 빔(14)을 변환시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 빔 변환 수단(3)은 하나 이상의 실린더 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 실린더 렌즈 어레이의 실린더 축선은 상기 제 1 방향(x) 및 상기 제 2 방향(y)과 45°의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 레이저 방사선(8)을 다수의 부분 빔(14)으로 스플리팅하기 위한 빔 스플리팅 수단(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 6항에 있어서, 상기 빔 변환 수단(3)은 상기 레이저 방사선(8)의 전파 방향(z)으로 상기 빔 스플리팅 수단(2) 후에 배치되는 것을 특징으로 하는 빔 형성 장치.
제 6항에 있어서, 상기 빔 스플리팅 수단들(2)은 상기 빔 변환 수단(3)의 부분인 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 6항에 있어서, 상기 빔 스플리팅 수단(2)은 하나 이상의 실린더 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 레이저 방사선(8)을 하나의 작동 평면(7)에 포커싱하기 위한 포커싱 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 레이저 방사선(8)을 균일화하기 위한 균일화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 11항에 있어서, 상기 균일화 수단(5)은 하나 이상의 실린더 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 12항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 레이저 방사선(8)을 포커싱 또는 균일화할 수 있는 렌즈 장치(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 13항에 있어서, 상기 빔 형성 장치는 상기 개별 부분 빔(17)을 변환 후에 상기 빔 변환 수단(3)에 의해 결합하는 빔 결합 수단(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 14항에 있어서, 상기 빔 결합 수단(4)은 하나 이상의 실린더 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 14항에 있어서, 상기 빔 결합 수단은 렌즈 수단(29)을 포함하고, 상기 렌즈 수단(29)은, 상기 빔 변환 수단(3)으로부터 나온 상기 레이저 방사선(8)의 강도 분포를 푸리에 변환시킬 수 있도록, 상기 빔 변환 수단(3) 후에 배치되는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 16항에 있어서, 상기 렌즈 수단(29)은, 상기 빔 변환 수단(3)의 출사 면(30)에서 상기 균일화 수단(5)의 입사면(31)으로 상기 레이저 방사선(8)의 강도 분포를 푸리에 변환시킬 수 있도록, 상기 빔 변환 수단(3)과 상기 균일화 수단(5) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 16항에 있어서, 상기 렌즈 수단(29)은, 상기 빔 변환 수단(3)으로부터 나온 상기 개별 부분 빔(17)을 상기 균일화 수단(5)의 입사면(31)에서 중첩시킬 수 있도록 상기 빔 변환 수단(3) 후에 배치되는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 16항에 있어서, 상기 렌즈 수단들(29)은 실린더 렌즈 또는 실린더 렌즈들로서 형성되는 하나 또는 다수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 형성 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)의 상기 레이저 방사선(8)의 경우 빔 변환 전에 상기 레이저 방사선(8)의 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 1 방향(x)에 관련한 상기 회절율(M_x ²)이 2보다 크고, 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 2 방향(y)에 관련한 상기 회절율(M_y ²)이 2보다 큰 것을 특징으로 하는 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)의 상기 레이저 방사선(8)의 경우 빔 변환 전에 상기 레이저 방사선(8)의 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 1 방향(x)에 관련한 상기 회절율(M_x ²)이 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 2 방향(y)에 관련한 상기 회절율(M_y ²)의 최대 10 배 크기인 것을 특징으로 하는 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)의 상기 레이저 방사선(8)의 경우 빔 변환 전에 상기 레이저 방사선(8)의 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 1 방향(x)에 관련한 상기 회절율(M_x ²)이 상기 전파 방향(z)에 대해 직각인 상기 제 2 방향(y)에 관련한 상기 회절율(M_y ²)과 동일한 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.
제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)이 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저로 실시되는 것을 특징으로 하는, 빔 형성 장치.