RU2539680C2 - Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством - Google Patents

Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством Download PDF

Info

Publication number
RU2539680C2
RU2539680C2 RU2011150822/28A RU2011150822A RU2539680C2 RU 2539680 C2 RU2539680 C2 RU 2539680C2 RU 2011150822/28 A RU2011150822/28 A RU 2011150822/28A RU 2011150822 A RU2011150822 A RU 2011150822A RU 2539680 C2 RU2539680 C2 RU 2539680C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lenses
intensity
partial rays
groups
homogenizers
Prior art date
Application number
RU2011150822/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011150822A (ru
Inventor
Алексей МИХАЙЛОВ
Юрий КОЛОТУШКИН
Original Assignee
Лимо Патентфервальтунг Гмбх Унд Ко. Кг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лимо Патентфервальтунг Гмбх Унд Ко. Кг filed Critical Лимо Патентфервальтунг Гмбх Унд Ко. Кг
Publication of RU2011150822A publication Critical patent/RU2011150822A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2539680C2 publication Critical patent/RU2539680C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06821—Stabilising other output parameters than intensity or frequency, e.g. phase, polarisation or far-fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

Изобретение относится к лазерной оптике. Устройство для формирования лазерного излучения (3) содержит гомогенизаторы (1), выполненные с возможностью отдельно гомогенизировать множество частичных лучей (6) или множество групп (7) частичных лучей (6) лазерного излучения (3) таким образом, чтобы идущие от гомогенизаторов (1) частичные лучи (6) или их группы (7) в рабочей плоскости (8) создавали соответственно линейное распределение (9, 19) интенсивности с круто спадающими на концах фронтами (10). При этом средства перекрытия (2) частичных лучей (6) или их групп (7) выполнены и установлены таким образом, что в рабочей плоскости (8) создается линейное распределение (11, 20) интенсивности, длина которого больше длины каждого из линейных распределений (11, 20) интенсивности частичных лучей (6) или их групп (7). Средства перекрытия (2) включают в себя линзовую матрицу с множеством линз (5). Причем для линз (5) линзовой матрицы выполняется условие: 2·F·NA(50%)=M·P2, где М=1, 2, 3,…, F - фокусное расстояние каждой из линз, Р2 - межцентровое расстояние между линзами, NA(50%) - числовая апертура каждой из линз (5), определяемая углом, при котором интенсивность проходящего через линзы (5) света уменьшается наполовину. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения конструкции. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение касается устройства для формирования лазерного излучения в соответствии с ограничительными частями п.1 и 2, а также лазера соответствии с ограничительной частью п. 12 формулы.
Определения. «В направлении распространения лазерного излучения» означает среднее направление распространения лазерного излучения, в частности, если оно не является плоской волной или является, по меньшей мере, расходящимся. Под «лазерным лучом», «световым лучом», «частичным лучом» или «лучом», если это не указано особо, подразумевается не идеализированный луч геометрической оптики, а реальный световой луч, например лазерный луч гауссова профиля или модифицированного гауссова профиля или Top-Hat-профиля, который имеет не бесконечно малое, а вытянутое сечение. Под Тор-Hat-распределением или Top-Hat-распределением интенсивности или Top-Hat-профилем подразумевается распределение интенсивности, которое в отношении, по меньшей мере, одного направления описывается, в основном, прямоугольной функцией (rect(x)). При этом реальные распределения интенсивностей, имеющие отклонения от прямоугольной функции в процентном диапазоне или спадающие фронты, могут называться также Top-Hat-распределением или Top-Hat-профилем.
Устройство для формирования лазерного излучения описанного выше рода и лазер описанного выше рода известны из WO 2008/006460 A1. В нем в качестве гомогенизатора предусмотрена линзовая матрица, линзы которой имеют разную ширину. В частности, ширина линз уменьшается от края к середине. За счет этого достигается Top-Hat-угловое распределение с трапециевидно спадающими фронтами проходящего через гомогенизаторы лазерного излучения. Несколько лазерных модулей с такими гомогенизаторами могут располагаться рядом друг с другом так, что их лазерные излучения в рабочей плоскости перекрываются в однородное линейное распределение интенсивности.
Недостатком этого уровня техники является тот факт, что требуется Top-Hat-угловое распределение с трапециевидно спадающими фронтами. Для его достижения гомогенизаторы приходится выполнять сложными, причем межцентровые расстояния (питч) между линзами уменьшаются снаружи внутрь.
Задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является создание устройства для формирования лазерного излучения описанного выше типа и лазера описанного выше типа, которые, в частности в отношении выполнения гомогенизаторов, имели бы более простую и/или недорогую конструкцию и обеспечивали бы высокую линейную однородность распределения интенсивности по всей рабочей плоскости.
Согласно изобретению, это достигается посредством устройства для формирования лазерного излучения описанного выше рода с отличительными признаками п.1 и/или посредством устройства для формирования лазерного излучения описанного выше рода с отличительными признаками п.9, а также посредством лазера описанного выше рода с отличительными признаками п.17 формулы. Зависимые пункты касаются предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
По п.1 предусмотрено, что для линз линзовой матрицы справедливо следующее условие:
2·F·NA(50%)=M·P2,
где М=1, 2, 3,…, причем F обозначает фокусное расстояние каждой из линз, Р2 - межцентровое расстояние между линзами, a NA(50%) - числовую апертуру каждой из линз, определяемую посредством того угла, при котором интенсивность проходящего через линзы света уменьшилась наполовину.
По п.9 также предусмотрено, что средства перекрытия включают в себя линзовую матрицу с множеством линз, причем для линз линзовой матрицы выполняется условие:
2·F·NA(50%)=M·P2,
где М=1, 2, 3,…, причем F обозначает фокусное расстояние каждой из линз, Р2 - межцентровое расстояние между линзами, a NA(50%) - числовую апертуру каждой из линз, определяемую посредством того угла, при котором интенсивность проходящего через линзы света уменьшилась наполовину.
Указанные признаки служат для того, чтобы обеспечить однородное перекрытие отдельных частичных лучей или групп частичных лучей по всей рабочей плоскости без необходимости того, чтобы фронты угловых распределений трапециевидно спадали, или без необходимости того, чтобы гомогенизаторы имели изменяющиеся межцентровые расстояния между линзами. Согласно настоящему изобретению очень высокая однородность достигается при указанном соотношении между геометрическим расположением линз линзовой матрицы и числовой апертурой каждой линзы, соответствующей 50% интенсивности проходящего света. Для данного изобретения гомогенизаторы могут быть выполнены из равномерно распределенных одинаковых линз.
Благодаря изобретению можно создавать, в принципе, однородные линейные распределения интенсивности лазерного излучения произвольной длины. Кроме того, качество однородности нарушается только за счет производственных допусков при изготовлении линзовых матриц для гомогенизаторов и/или средств перекрытия. Большая однородность может достигаться без сложной настройки.
За счет соблюдения вышеуказанного условия и одновременного наличия обратной связи, обеспечиваемой средствами управления в устройстве по п. 9, можно достичь очень однородных распределений интенсивностей.
Дополнительно может быть предусмотрено, что для лазерного излучения и линз линзовой матрицы справедливо следующее условие:
Figure 00000001
,
где w0 обозначает расстояние в рабочей плоскости между максимальной интенсивностью и уменьшившейся до 1/е2 интенсивностью созданного одной из линз распределения интенсивности, a d - расстояние в рабочей плоскости между максимальными интенсивностями созданных двумя соседними линзами распределений интенсивностей. Предпочтительным в этом варианте является, с одной стороны, то, что гауссоподобные угловые распределения частичных лучей или групп частичных лучей могут перекрываться так, что возникают однородные линии. Требование w0/d>1,1 необязательно соблюдать так же строго, как требование 2·F·NA(50%)=М·Р2, поэтому конструкция такого устройства может быть более простой.
Другие признаки и преимущества изобретения поясняются с помощью нижеследующего описания предпочтительных примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
- фиг. 1: схематичный вид сверху первого варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение интенсивности одной группы частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 2: схематичный вид сверху первого варианта устройства, причем поясняется распределение полной интенсивности всех групп частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 3: схематичный вид сверху второго варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение полной интенсивности всех групп частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 4: схематичный вид сверху третьего одного варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение интенсивности одной группы частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 5: схематичный вид сверху третьего варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение полной интенсивности всех групп частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 6: схематичный вид сверху четвертого варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение интенсивности одной группы частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 7: схематичный вид сверху четвертого варианта устройства для формирования лазерного излучения, причем поясняется распределение полной интенсивности всех групп частичных лучей в рабочей плоскости;
- фиг. 8: схематичный подробный вид сверху лазера с пятым вариантом устройства для формирования лазерного излучения;
- фиг. 9: схематичный подробный вид сбоку лазера из фиг. 8.
На фигурах одинаковые или функционально одинаковые детали или световые лучи или распределения интенсивностей обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, на некоторых фигурах для наглядности обозначена декартова система координат.
Изображенный на фиг. 1 и 2 вариант устройства включает в себя гомогенизаторы 1 и средства перекрытия 2. При этом средства перекрытия 2 расположены в направлении Z распространения формируемого лазерного излучения 3 за гомогенизаторами 1.
Гомогенизаторы 1 выполнены в виде единой линзовой матрицы и включают в себя большое число расположенных рядом друг с другом в направлении X линз 4. При этом речь может идти о цилиндрических линзах с проходящими в направлении Y осями, а также о сферических линзах.
Средства перекрытия 2 выполнены также в виде единой линзовой матрицы и включают в себя большое число расположенных рядом друг с другом в направлении X линз 5. При этом речь также может идти о цилиндрических линзах с проходящими в направлении Y осями, а также о сферических линзах. Линзы 5 могут иметь одинаковое фокусное расстояние F.
В изображенном примере средства перекрытия 2 содержат пять линз 5. Можно также вполне предусмотреть большее, в частности заметно большее, число линз 5, причем тогда соответственно больше и число линз 4 гомогенизаторов 1.
В изображенном примере ширина линз 5 средств перекрытия 2 в три раза больше ширины линз 4 гомогенизаторов 1, так что каждой из линз 5 средств перекрытия 2 соответствуют три линзы 4 гомогенизаторов 1. Соответственно к межцентровому расстоянию (питч) Р1 между линзами 4 и межцентровому расстоянию Р2 между линзами относится отношение 3·P1=Р2 (фиг. 1).
Можно также предусмотреть меньшие или большие линзы 4 гомогенизаторов 1. В частности, существует возможность придания большего числа линз 4 гомогенизаторов 1 каждой из линз 5 средств перекрытия 2.
В изображенном примере формируемое лазерное излучение 3 при попадании на гомогенизаторы 1 должно иметь линейное распределение интенсивности, причем длина линии этого линейного распределения интенсивности в направлении X приблизительно соответствует длине гомогенизаторов 1 в направлении X.
Лазерное излучение 3 расщепляется линзами 4 гомогенизаторов 1 на большое число частичных лучей 6. Каждая группа 7 из трех частичных лучей 6 проходит через одну из линз 5 средств перекрытия 2. В рабочей плоскости 8, расположенной на расстоянии D от линз 5 средств перекрытия 2, соответствующем фокусному расстоянию F линз 5, три частичных луча 6 каждой группы 7 перекрываются с формированием линейного распределения 9 интенсивности (фиг. 1).
Распределение 9 интенсивности имеет, в основном, форму Top-Hat-распределения, которое имеет, однако, не бесконечно крутые, а сравнительно умеренно спадающие фронты 10 (фиг. 1). Форма распределения 9 интенсивности задается формой гомогенизаторов 1, в частности формой каждой из отдельных линз 4.
На фиг. 2 гомогенизаторы 1 и средства перекрытия 2 выполнены и расположены таким образом, что в рабочей плоскости 8 распределения 9 интенсивности отдельных групп 6 частичных лучей 7 перекрыты соответственно на 50% максимальной интенсивности отдельных распределений 9 интенсивности. В результате возникает очень однородное распределение 11 полной интенсивности.
Условие, при котором по существу отсутствуют колебания для перекрытия отдельных распределений 9 интенсивности в распределении 11 полной интенсивности, можно записать как
2·F·NA(50%)=P2
При этом NA(50%) обозначает числовую апертуру каждой из линз 5, определяемую углом, при котором интенсивность проходящего через линзы 5 света уменьшается наполовину.
Дополнительное условие заключается в том, чтобы интенсивности отдельных групп 7 частичных лучей 6 в рабочей плоскости 8 были одинаковы. Этого можно достичь с помощью устройства, изображенного на фиг. 8 и 9.
В этом лазере между гомогенизаторами 1 и средствами перекрытия 2 расположены светоделители 12, причем их число соответствует числу линз 5 средств перекрытия 2. Посредством светоделителей 12 соответственно небольшая часть 13 света группы 7 частичных лучей 6 отклоняется от направления Z распространения вверх, на фиг. 9, или в направлении Y.
Эти части 13 лазерного излучения 3 попадают на сенсоры 14, которые могут определять интенсивность каждой из групп 7 частичных лучей 6. Далее лазер включает в себя компараторы 15, которые могут сравнивать между собой определяемые сенсорами 14 интенсивности отдельных групп 7 частичных лучей 6. Компараторы 15 могут управлять блоком питания одного или нескольких, схематично изображенных на фиг. 9 источников 17 лазерного излучения таким образом, что интенсивности групп 7 частичных лучей 6 уравниваются.
Этим можно достичь того, что через каждую из линз 5 средств перекрытия 2 проходит лазерное излучение одинаковой мощности. Это приводит к очень однородному линейному распределению 11 полной интенсивности, изображенному на фиг. 2.
На фиг. 8 и 9 штриховыми линиями обозначены светоделители 12′ и сенсоры 14′, которые могут быть предусмотрены в качестве альтернативы обозначенным сплошными линиями светоделителям 12 и сенсорам 14 за средствами перекрытия 2.
Сенсоры 14 могут быть выполнены в виде фотодиода, фоторезистора, фототранзистора, фотоэлемента и т.п.
Светоделители 12′, сенсоры 14′ и компараторы 15 образуют в совокупности средства управления, которые обеспечивают одинаковую мощность или интенсивность групп 7 частичных лучей 6 в рабочей плоскости 8. Эти средства управления могут быть также предусмотрены во всех вариантах на фиг. 2-7.
В вариантах на фиг. 1 и 2 линзы 4 гомогенизаторов 1 выполнены таким образом, что диаграмма направленности или угловое распределение групп 7 частичных лучей 6 имеет умеренно спадающие фронты. Перекрытие на расстоянии D=F за линзами 5 дает тогда изображенные на фиг. 1 и 2 распределения 9 интенсивности.
Однако согласно изобретению можно также выполнить линзы 4 гомогенизаторов 1 таким образом, чтобы диаграмма направленности или угловое распределение групп 7 частичных лучей 6 имела/имело приблизительно бесконечно круто спадающие фронты или сильно приближались к идеальному Top-Hat-угловому распределению. В этом случае рабочая плоскость 8 выбирается не на расстоянии D=F за линзами 5, а на расстоянии D=F+δ. При этом дополнительное расстояние 8 выбирается так, чтобы в рабочей плоскости 8 перекрытое распределение 9 интенсивности отдельных групп 7 частичных лучей 6 имело менее круто спадающие фронты 10.
На фиг. 3 изображен вариант, в котором средства перекрытия 2 отсутствуют. Перекрытие групп 7 частичных лучей 6 происходит в дальнем поле, т.е. на большом удалении от гомогенизаторов 1.
На фиг. 4 и 5 изображен вариант, в котором фокусное расстояние F линз 5 средств перекрытия 2 больше, чем в варианте на фиг.1 и 2. Вследствие этого распределение 9 интенсивности отдельных групп 7 частичных лучей 6 в рабочей плоскости 8 шире. Если выполнено условие
2·F·NA(50%)=M·P2,
где М=1, 2, 3,…, то, тем не менее, возникает лишенное колебаний перекрытие распределений 9 интенсивности - распределение 18 полной интенсивности (фиг. 5). На фиг. 4 и 5 изображен случай, когда М=2.
В варианте на фиг. 6 и 7 линзы 4 гомогенизаторов 1 выполнены таким образом, что диаграмма направленности или угловое распределение групп 7 частичных лучей 6 имеет, правда, умеренно спадающие фронты, однако не имеет угловых диапазонов постоянной интенсивности. Перекрытие на расстоянии D=F за линзами 5 дает тогда изображенные на фиг. 6 и 7 распределения 19 интенсивности без выраженного пологого участка, схожие с гауссовым распределением.
Условием перекрытия с образованием распределения 20 полной интенсивности с неоднородностями менее 1% является следующее:
Figure 00000002
.
При этом w0 обозначает расстояние в рабочей плоскости 8 между максимальной интенсивностью и интенсивностью, уменьшившейся до 1/е2, в распределении 19 интенсивности, создаваемом одной из линз 5, a d - расстояние в рабочей плоскости 8 между максимальными интенсивностями распределений 19 интенсивности, создаваемых двумя соседними линзами 5.

Claims (18)

1. Устройство для формирования лазерного излучения (3), содержащее:
гомогенизаторы (1), выполненные с возможностью отдельно гомогенизировать множество частичных лучей (6) или множество групп (7) частичных лучей (6) лазерного излучения (3) таким образом, чтобы идущие от гомогенизаторов (1) частичные лучи (6) или группы (7) частичных лучей (6) в рабочей плоскости (8) создавали соответственно линейное распределение (9, 19) интенсивности с круто спадающими на концах фронтами (10);
средства перекрытия (2) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6), выполненные и установленные таким образом, что в рабочей плоскости (8) создается линейное распределение (11, 20) интенсивности, длина которого больше длины каждого из линейных распределений (11, 20) интенсивности частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6),
причем средства перекрытия (2) включают в себя линзовую матрицу с множеством линз (5),
отличающееся тем, что для линз (5) линзовой матрицы выполняется условие:
2·F·NA(50%)=M·P2
где М=1, 2, 3,…, F - фокусное расстояние каждой из линз, Р2 - межцентровое расстояние между линзами, NA(50%) - числовая апертура каждой из линз (5), определяемая углом, при котором интенсивность проходящего через линзы (5) света уменьшается наполовину.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гомогенизаторы (1) и/или линзовая матрица расположены и/или выполнены с возможностью прохождения через каждую из линз (5) одного из частичных лучей (6) или одной группы (7) частичных лучей (6).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все линзы (5) линзовой матрицы имеют одинаковое фокусное расстояние.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы (5) линзовой матрицы имеют одинаковую ширину и/или одинаковое межцентровое расстояние (Р2).
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно для лазерного излучения (3) и для линз (5) линзовой матрицы выполняется условие:
Figure 00000003

где w0 - расстояние в рабочей плоскости (8) между максимальной интенсивностью и интенсивностью, уменьшившейся до 1/е2 в распределении (19) интенсивности, создаваемом одной из линз (5), a d - расстояние в рабочей плоскости (8) между максимальными интенсивностями в распределениях (19) интенсивности, создаваемых двумя соседними линзами (5).
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства управления, которые включают в себя сенсоры (14), выполненные с возможностью определения интенсивности каждого из выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что сенсоры (14) выполнены в виде фотодиода, фоторезистора, фототранзистора, фотоэлемента и т.п.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства управления, которые включают в себя компараторы (15), выполненные с возможностью сравнения интенсивностей выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6).
9. Устройство для формирования лазерного излучения (3), содержащее:
гомогенизаторы (1), выполненные с возможностью отдельно гомогенизировать множество частичных лучей (6) или множество групп (7) частичных лучей (6) лазерного излучения (3) таким образом, чтобы идущие от гомогенизаторов (1) частичные лучи (6) или группы (7) частичных лучей (6) в рабочей плоскости (8) создавали соответственно линейное распределение (9, 19) интенсивности с круто спадающими на концах фронтами (10);
средства перекрытия (2) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6), выполненные и установленные таким образом, что в рабочей плоскости (8) создается линейное распределение (11, 20) интенсивности, длина которого больше длины каждого из линейных распределений (11, 20) интенсивности частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6), и
средства управления, выполненные с возможностью оказывать такое влияние на лазерное излучение (3), чтобы была одинаковой интенсивность каждого из выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или каждой из выходящих из гомогенизаторов (1) групп (7) частичных лучей (6)
отличающееся тем, что средства перекрытия (2) включают в себя линзовую матрицу с множеством линз (5), причем для линз (5) линзовой матрицы выполняется условие:
2·F·NA(50%)=M·P2
где M=1, 2, 3, …, F - фокусное расстояние каждой из линз, Р2 - межцентровое расстояние между линзами, NA(50%) - числовая апертура каждой из линз (5), определяемая углом, при котором интенсивность проходящего через линзы (5) света уменьшается наполовину.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что гомогенизаторы (1) и/или линзовая матрица расположены и/или выполнены с возможностью прохождения через каждую из линз (5) одного из частичных лучей (6) или одной группы (7) частичных лучей (6).
11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что все линзы (5) линзовой матрицы имеют одинаковое фокусное расстояние.
12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что линзы (5) линзовой матрицы имеют одинаковую ширину и/или одинаковое межцентровое расстояние (Р2).
13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что дополнительно для лазерного излучения (3) и для линз (5) линзовой матрицы выполняется условие:
Figure 00000004
,
где w0 - расстояние в рабочей плоскости (8) между максимальной интенсивностью и интенсивностью, уменьшившейся до 1/е2 в распределении (19) интенсивности, создаваемом одной из линз (5), a d - расстояние в рабочей плоскости (8) между максимальными интенсивностями в распределениях (19) интенсивности, создаваемых двумя соседними линзами (5).
14. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средства управления включают в себя сенсоры (14), выполненные с возможностью определения интенсивности каждого из выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6).
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что сенсоры (14) выполнены в виде фотодиода, фоторезистора, фототранзистора, фотоэлемента и т.п.
16. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средства управления включают в себя компараторы (15), выполненные с возможностью сравнения интенсивностей выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6).
17. Лазер, содержащий по меньшей мере один источник (17) лазерного излучения и устройство для формирования лазерного излучения (3), отличающийся тем, что устройство для формирования лазерного излучения (3) представляет собой устройство по любому из пп.1-16.
18. Лазер по п.17, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один блок питания (16) по меньшей мере для одного источника (17) лазерного излучения и средства управления, выполненные с возможностью управлять по меньшей мере одним блоком питания (16) с возможностью сравнения интенсивностей выходящих из гомогенизаторов (1) частичных лучей (6) или групп (7) частичных лучей (6), в частности с возможностью их уравнивания.
RU2011150822/28A 2009-05-14 2010-05-12 Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством RU2539680C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009021251A DE102009021251A1 (de) 2009-05-14 2009-05-14 Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung sowie Laservorrichtung mit einer derartigen Vorrichtung
DE102009021251.5 2009-05-14
PCT/EP2010/002896 WO2010130415A1 (de) 2009-05-14 2010-05-12 Vorrichtung zur formung von laserstrahlung sowie laservorrichtung mit einer derartigen vorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011150822A RU2011150822A (ru) 2013-06-20
RU2539680C2 true RU2539680C2 (ru) 2015-01-20

Family

ID=42342483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011150822/28A RU2539680C2 (ru) 2009-05-14 2010-05-12 Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8749888B2 (ru)
EP (1) EP2430491B1 (ru)
JP (1) JP5571170B2 (ru)
CN (1) CN102395914B (ru)
DE (1) DE102009021251A1 (ru)
RU (1) RU2539680C2 (ru)
WO (1) WO2010130415A1 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012205790B4 (de) * 2012-04-10 2015-02-05 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserstrahlung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
US9147996B2 (en) * 2012-06-26 2015-09-29 Koninklijke Philips N.V. Laser module for homogeneous line-shaped intensity profiles
CN104769479B (zh) * 2012-09-24 2017-08-01 Limo专利管理有限及两合公司 用于在工作平面内产生激光辐射的线性强度分布的设备
CN203069871U (zh) * 2012-11-13 2013-07-17 深圳市华星光电技术有限公司 聚光装置及修补机
DE102013102553B4 (de) * 2013-03-13 2020-12-03 LIMO GmbH Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserstrahlung
DE102013103422B4 (de) * 2013-04-05 2022-01-05 Focuslight Technologies Inc. Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung
FR3012264B1 (fr) 2013-10-21 2017-04-21 Saint Gobain Appareil laser modulaire
DE102013018496B4 (de) 2013-11-04 2016-04-28 Bruker Daltonik Gmbh Massenspektrometer mit Laserspotmuster für MALDI
WO2018019374A1 (en) 2016-07-27 2018-02-01 Trumpf Laser Gmbh Laser line illumination
JP7222974B2 (ja) * 2017-07-31 2023-02-15 アイピージー フォトニクス コーポレーション 薄膜を処理するレーザ装置および方法
KR102531020B1 (ko) * 2017-07-31 2023-05-11 아이피지 포토닉스 코포레이션 가공물 가공을 위한 섬유 레이저 장치 및 방법
DE102017217345B4 (de) * 2017-09-28 2019-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optischer Strahlformer
CN115268094B (zh) * 2020-08-27 2023-06-02 西安炬光科技股份有限公司 一种光学模组及激光模组
DE102022108300A1 (de) * 2022-04-06 2023-10-12 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2208822C1 (ru) * 2001-11-02 2003-07-20 Государственное Унитарное Дочернее Предприятие Государственного Предприятия "Нпо Астрофизика" Особое Конструкторское Бюро "Солнечная И Точная Оптика" Устройство для создания равномерной освещенности прямоугольной площадки заданных размеров (гомогенизатор)

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359588A (en) * 1992-02-12 1994-10-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Optical recording/reproducing apparatus
DE19632460C1 (de) * 1996-08-12 1997-10-30 Microlas Lasersystem Gmbh Optische Vorrichtung zum Homogenisieren von Laserstrahlung und Erzeugen von mehreren Beleuchtungsfeldern
JP2002176007A (ja) 2000-12-08 2002-06-21 Mitsubishi Electric Corp レーザ処理装置のレーザパワーの測定方法と測定装置
JP3987350B2 (ja) 2001-11-16 2007-10-10 株式会社リコー レーザ照明光学系及びそれを用いた露光装置、レーザ加工装置、投射装置
WO2003076150A1 (fr) * 2002-03-12 2003-09-18 Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. Procede et systeme d'usinage d'un materiau fragile
JP2004093837A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sumitomo Heavy Ind Ltd 均一化レーザビーム照射装置
JP4033151B2 (ja) 2004-03-10 2008-01-16 住友電気工業株式会社 重畳式ｄｏｅホモジナイザ光学系
US7339737B2 (en) * 2004-04-23 2008-03-04 Microvision, Inc. Beam multiplier that can be used as an exit-pupil expander and related system and method
WO2006046768A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
DE112005003207B4 (de) * 2004-12-22 2014-10-16 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Optisches Beleuchtungssystem zum Erzeugen eines Linienstrahls
CN100510782C (zh) * 2005-01-04 2009-07-08 Limo专利管理有限及两合公司 分束器设备
WO2007032422A1 (ja) * 2005-09-14 2007-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. レーザ画像形成装置
JP5022587B2 (ja) 2005-10-07 2012-09-12 富士フイルム株式会社 半導体レーザの駆動方法および装置、並びに補正パターンの導出方法および装置
TW200741883A (en) * 2006-04-21 2007-11-01 Zeiss Carl Laser Optics Gmbh Apparatus for laser annealing of large substrates and method for laser annealing for large substrates
WO2008006460A1 (de) 2006-07-13 2008-01-17 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg. Vorrichtung zur homogenisierung von licht sowie laservorrichtung zur erzeugung einer linienförmigen intensitätsverteilung in einer arbeitsebene
WO2008087012A1 (de) * 2007-01-15 2008-07-24 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur homogenisierung von licht sowie vorrichtung zur erzeugung einer linienförmigen intensitätsverteilung in einer arbeitsebene
US7816632B2 (en) 2007-02-16 2010-10-19 Tsi Technologies Llc Inductively heated clothing

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2208822C1 (ru) * 2001-11-02 2003-07-20 Государственное Унитарное Дочернее Предприятие Государственного Предприятия "Нпо Астрофизика" Особое Конструкторское Бюро "Солнечная И Точная Оптика" Устройство для создания равномерной освещенности прямоугольной площадки заданных размеров (гомогенизатор)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012527002A (ja) 2012-11-01
EP2430491A1 (de) 2012-03-21
JP5571170B2 (ja) 2014-08-13
DE102009021251A1 (de) 2010-11-18
RU2011150822A (ru) 2013-06-20
US8749888B2 (en) 2014-06-10
EP2430491B1 (de) 2015-12-16
CN102395914B (zh) 2014-06-11
CN102395914A (zh) 2012-03-28
US20120127723A1 (en) 2012-05-24
WO2010130415A1 (de) 2010-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539680C2 (ru) Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством
JP4808733B2 (ja) 光均質化装置
KR101322346B1 (ko) 파이버 전송 레이저 광학계
US6621639B2 (en) Device for converting the intensity distribution of a laser beam and a device and method for generating a laser beam with an intensity which falls constantly along an axis from one side of the beam to the other
US10437072B2 (en) Line beam forming device
JP5432438B2 (ja) レーザ光線の均一な角度分布生成装置
US9448410B2 (en) Device for converting laser radiation into laser radiation having an M profile
CN102292663B (zh) 用于使激光辐射均匀化的设备
CN104950438B (zh) 光照射装置与绘制装置
US10025108B2 (en) Device for homogenizing laser radiation
KR102198779B1 (ko) 선형 세기 분포를 갖는 레이저 방사선의 생성 장치
US8395844B2 (en) Apparatus for homogenizing light and laser apparatus for producing a linear intensity distribution in a work plane
US7986461B2 (en) Device for shaping laser radiation
JP6614882B2 (ja) レーザラインジェネレータのための導光体ベースの光学システム
WO2011157601A3 (en) Illumination optical system for microlithography and projection exposure system with an illumination optical system of this type
KR20070057074A (ko) 광 균일화 장치 및 상기 광 균일화 장치를 구비한 조명장치 또는 포커싱 장치
US20120153189A1 (en) Optical system for generating a light beam for treating a substrate
US9625727B2 (en) Device for homogenizing a laser beam
US9444226B2 (en) Diode laser
US8587868B2 (en) Device for splitting a light beam
JP7377273B2 (ja) レーザシステム
KR101686977B1 (ko) 가간섭성 방사선을 균질화하는 장치
CN104953465A (zh) 基于空间频谱分割处理的激光二极管阵列光束的匀化装置
Köhler et al. New approach for high-power diode laser modules with homogenized intensity distribution
US20070215583A1 (en) Laser configuration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200513