SU1748128A1 - Laser emission special filter - Google Patents
Laser emission special filter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1748128A1 SU1748128A1 SU894776158A SU4776158A SU1748128A1 SU 1748128 A1 SU1748128 A1 SU 1748128A1 SU 894776158 A SU894776158 A SU 894776158A SU 4776158 A SU4776158 A SU 4776158A SU 1748128 A1 SU1748128 A1 SU 1748128A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- lens
- input
- diaphragm
- component
- scattering
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Использование выделение части лазерного пучка с целью получени заданной структуры излучени . Сущность изобретени фильтр включает расположенные на оптической оси входной фокусирующий объектив, рассеивающий объектив, диафрагмирующее устройство и выходной фокусирующий объектив. Суммарна оптическа сила объективов равна нулю, а диафрагмирующее устройство расположено за первой компонентой рассеивающего фильтра. Диафрагмирующее устройство выполнено из двух или более элементов. 1 илUsing the selection of part of the laser beam to obtain a given structure of radiation. SUMMARY OF THE INVENTION The filter includes an input focusing lens located on an optical axis, a diffusing lens, a diaphragm device, and an output focusing lens. The total optical power of the lenses is zero, and the diaphragm device is located behind the first component of the diffusion filter. The diaphragm device is made of two or more elements. 1 silt
Description
Изобретение относитс к лазерной оптике , а именно к устройствам дл выделени части лазерного пучка с целью получени заданной структуры излучени , и может быть использовано в лазерных системах с варьированием расходимости, мощности и поперечного распределени интенсивности излучени The invention relates to laser optics, namely, devices for separating a part of a laser beam in order to obtain a given radiation structure, and can be used in laser systems with varying divergence, power and transverse distribution of radiation intensity.
Известно устройство, в котором дл уменьшени лучевой нагрузки на диафрагму входной фокусирующий объектив пространственного фильтра (ПФ) выполнен в виде вогнутого выходного зеркала лазерного резонатора , пропускающего 80% излучени , а около 20% отражающего на диафрагму диаметром 0,2 ммA device is known in which, in order to reduce the radiation load on the diaphragm, the input focusing lens of the spatial filter (PF) is designed as a concave output mirror of a laser resonator that transmits 80% of the radiation, and about 20% reflects the aperture of 0.2 mm in diameter
Однако и в таком варианте конструкции фильтра диафрагма помещена в фокусе и подвергаетс большим лучевым нагрузкам.However, in this version of the filter design, the diaphragm is placed in focus and is subjected to high radiation loads.
Наиболее близким к предлагаемому вл етс пространственный фильтр, содержащий входной фокусирующий объектив.Closest to the proposed is a spatial filter containing an input focusing lens.
диафрагму, выходной фокусирующий объектив .aperture, output focusing lens.
Вследствие того, что диафрагмирование осуществл етс в фокальной плоскости входно го объекта, лучевые нагрузки на диафрагму весьма велики. При работе с импульсным и импульсно-периодическим излучением данный фильтр необходимо помещать в вакуум, так как в атмосфере неизбежно возникновение вблизи диафрагмы лазерной искры, экранирующей ее Кроме того, известно, что форма отверсти диафрагмы должна соответствовать Фурье-образу пучка, вход щего в пространственный фильтр, иначе возрастают потери вследствие виньетировани , искажаетс угловой спектр пучка, растет дол энергии, поглощаема диафрагмой и, соответственно , веро тность ее разрушени Если сечение падающего пучка - круг, то круглое отверстие оптимально дл фильтрации Однако дл лазерных пучков с сечением, отличным от круглого, форма отверсти должнаDue to the fact that the diaphragm is carried out in the focal plane of the input object, the radiation loads on the diaphragm are very large. When working with pulsed and pulsed periodic radiation, this filter must be placed in a vacuum, since the atmosphere inevitably causes a laser spark near the aperture shielding it. Moreover, it is known that the shape of the orifice of the diaphragm must correspond to the Fourier transform of the beam otherwise, the losses due to vignetting increase, the angular spectrum of the beam is distorted, the proportion of the energy absorbed by the diaphragm and, accordingly, the probability of its destruction increases. If the cross section of the incident beam is , then the round hole is optimal for filtration. However, for laser beams with a section other than round, the shape of the hole should
слcl
сwith
XIXi
4 С4 C
гоgo
0000
существенно отличатьс от круглой, а в указанных устройствах выполнить это условие вследствие малых размеров отверсти технически сложно, если не невозможно. В - оптических схемах ПФ допуск на несоос- 5 ность отверсти диафрагмы с осью сфокусированного лазерного пучка не превышает 10% от размера отверсти . При превышении допуска резко возрастают лучевые нагрузки на диафрагму, поэтому в таких ПФ Ю нужна ее тщательна трудоемка юстировка с погрешностью 0,01-0,05 мм.significantly different from the round, and in these devices to fulfill this condition due to the small hole size is technically difficult, if not impossible. In the PF optical schemes, the tolerance for the misalignment of the aperture of the diaphragm with the axis of the focused laser beam does not exceed 10% of the size of the aperture. When the tolerance is exceeded, the radial loads on the diaphragm sharply increase, therefore in such PF U you need its careful time-consuming adjustment with an error of 0.01-0.05 mm.
Целью предлагаемого изобретени вл етс расширение диапазона рабочих мощностей фильтра при одновременном уп- 15 рощении его юстировки.The aim of the invention is to expand the power range of the filter while simplifying its adjustment.
Поставленна цель достигаетс тем, что в пространственном фильтре лазерного излучени между входным и выходным фокусирующими объективами расположен 20 рассеивающий объектив, состо щий по крайней мере из двух компонент, причем суммарна оптическа сила входного, рассеивающего и выходного объективов равна нулю, а диафрагмирующее устройство рас- 25 положено за первой компонентой рассеива- ющего объектива.The goal is achieved by the fact that in a spatial laser radiation filter between the input and output focusing lenses there is a 20 scattering lens, consisting of at least two components, the total optical power of the input, scattering and output lenses being zero. laid behind the first component of the scattering lens.
Диафрагмирующее устройство выполнено из двух и более элементов, причем дл каждого последующего элемента диафраг- 30 мирующего устройства по сравнению с предыдущим хот бы на части периметра проходного отверсти выполн етс соотношение ап2/иэф ап-12/1п-1эф, где ап, ап- i,...,ai,...,ai - рассто ние от оптической оси 35 до кра апертуры соответствующего диафрагмирующего элемента; Ln , Ln-1 эффективна длина оптического пути между главной плоскостью входного фокусирующего объектива и соответствующим диаф- 40 рагмирующим элементом, котора равна LiMi + XiM-i2 при размещении диафрагмирующего элемента между компонентами рассеивающего объектива или LiMi + + X2M2 при размещении диаф- 45 рагмирующего элемента между второй компонентой рассеивающего объектива и выходным фокусирующим объективом, где LI - рассто ние между главными плоскост ми входного фокусирующего объектива и 50 первой компоненты рассеивающего объектива; Mi - кратность системы, образован- . ной этими двум элементами; Xi рассто ние от главной плоскости первой компоненты рассеивающего объектива до 55 плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента; La - рассто ние между главными плоскост ми компонент рассеивающего объектива; Х2 - рассто ние от главной плоскости его второй компонентыThe diaphragm device is made of two or more elements, and for each successive element of the diaphragm device as compared to the previous one, the ratio ap2 / ief ef-12 / 1n-1eff, where ap, ap-i, is at least part of the perimeter of the through-hole. , ..., ai, ..., ai is the distance from the optical axis 35 to the edge of the aperture of the corresponding diaphragm element; Ln, Ln-1 is the effective optical path length between the main plane of the input focusing lens and the corresponding diaphragm element, which is equal to LiMi + XiM-i2 when placing a diaphragm element between the components of a scattering lens or LiMi + + X2M2 between the second component of the scattering lens and the output focusing lens, where LI is the distance between the main planes of the input focusing lens and 50 of the first component of the scattering lens; Mi - the multiplicity of the system, educated-. Noah these two elements; Xi is the distance from the main plane of the first component of the scattering lens to 55 of the plane of the corresponding diaphragm element; La is the distance between the main planes of the components of the scattering lens; X2 is the distance from the main plane of its second component.
до плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента; Ма - кратность системы, образованной второй компонентной рассеивающего объектива и выходным фокусирующим объективом. Величина ai удовлетвор ет соотношению as Dj/2, гдеО| - светова апертура фильтра в плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента , а эффективное удаление последнего из этих элементов равно или превышает величину DO/OO, где D0 - входна светова апертура фильтра, Оо - заданна углова величина, на которую необходимо уменьшить расходимость фильтруемого лазерного излучени .to the plane of the corresponding diaphragm element; Ma is the multiplicity of the system formed by the second component scattering lens and the output focusing lens. The value ai satisfies the relation as Dj / 2, where O | —the light aperture of the filter in the plane of the corresponding diaphragm element, and the effective removal of the last of these elements is equal to or greater than DO / OO, where D0 is the input light aperture of the filter, Oo is the specified angular value by which the divergence of the filtered laser radiation must be reduced.
На чертеже изображена оптическа схема предлагаемого устройства.The drawing shows the optical layout of the device.
Устройство содержит фокусирующий объектив 1, первую компоненту 2 рассеивающего объектива, вторую компоненту 3 рассеивающего объектива, выходной фокусирующий объектив 4, диафрагмирующий элемент или устройство 5. Оптическа ось обозначена как О Ю2. рассто ние между главными плоскост ми входного фокусирующего объектива и первой компоненты рассеивающего объектива Li; рассто ние между главными плоскост ми компонент рассеивающего объектива L.2,1 рассто ние между главными плоскост ми второй компоненты рассеивающего объектива и выход- ного фокусирующего объектива рассто ние от главной плоскости первой компоненты рассеивающего объектива до плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента Х-к рассто ние от гла вной плоскости второй компоненты рассеивающего объектива до плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента Х2, входна светова апертура фильтра D0; светова апертура фильтра в плоскости соответствующего диафрагмирующего элемента Di.The device comprises a focusing lens 1, a first component 2 of a diffusing lens, a second component 3 of a diffusing lens, an output focusing lens 4, a diaphragm element or a device 5. The optical axis is designated O2. the distance between the main planes of the input focusing lens and the first component of the diverging lens Li; the distance between the main planes of the components of the scattering lens L.2,1 the distance between the main planes of the second component of the scattering lens and the output focusing lens, the distance from the main plane of the first component of the scattering lens to the plane of the corresponding diaphragm element X-to the head plane of the second component of the scattering lens to the plane of the corresponding X2 diaphragm element, the input light aperture of the filter D0; the light aperture of the filter in the plane of the corresponding diaphragm element Di.
Пространственный фильтр лазерного излучени работает следующим образом. The spatial laser radiation filter works as follows.
Лазерный пучок диаметром D0 фокусируетс объективом 1, затем рассеиваетс компонентами 2 и 3 рассеивающего объектива , из которых перва по ходу луча компонента 2 расположена ближе к входному фокусирующему объективу 1, чем его фокальна плоскость. После этого пучок преобразуетс в параксиальный с помощью выходного фокусирующего объектива 4. Суммарна оптическа сила всех объективов равна нулю. Диафрагмирование пучка производитс одним или несколькими диафрагмирующими элементами 5. размещенными за первой компонентой 2 рассеивающего объектива.The laser beam with a diameter of D0 is focused by the lens 1, then scattered by components 2 and 3 of the scattering lens, of which the first along the beam of component 2 is located closer to the input focusing lens 1 than its focal plane. After that, the beam is transformed into a paraxial one using the output focusing lens 4. The total optical power of all the lenses is zero. The beam diaphragm is produced by one or several diaphragm elements 5. placed behind the first component 2 of the diffusing lens.
Рассмотрим подробнее/ работу предлагаемого ПФ лазерного излучени , Пусть во вводной фокусирующий объектив 1 входит лазерный пучок диаметром D0 и расходимостью По. По мере сжати пучка его угловой спектр расшир етс в М раз, где М - кратность уменьшающей системы. Это означает , что единица длины, пройденна сжатым в М раз пучком, эквивалентна длине, в М2 раз большей, пройденной пучком с диаметром Do. Таким образом, вводитс пон тие эффективной длины. Дл участка, ограниченного объективом 1 и компонентой 2, LiMi, где LI - рассто ние между главными плоскост ми объектива 1 и компоненты 2; Mi - кратность системы, образованной этими элементами.Let us consider in more detail / the work of the proposed PF laser radiation. Suppose that the input focusing lens 1 includes a laser beam with a diameter D0 and a divergence Po. As the beam shrinks, its angular spectrum expands M times, where M is the multiplicity of the reducing system. This means that the unit of length traveled by a beam compressed M times is equivalent to a length that is M2 times the length traveled by a beam with a diameter Do. Thus, the concept of effective length is introduced. For the region bounded by lens 1 and component 2, LiMi, where LI is the distance between the main planes of lens 1 and component 2; Mi is the multiplicity of the system formed by these elements.
Дл участка, ограниченного первой 2 и второй 3 компонентами рассеивающего объектива,1-эф L.2M 1, где L2 - рассто ние между главными плоскост ми компонент 2 и 3 рассеивающего объектива. Дл участка между элементами 3 и 4 эффективна длина Цф UM2, где з - рассто ние между главными плоскост ми второй компоненты рассеивающего и выходного фокусирующего объективов; Ма - кратность системы, образованной этими элементами. Обща эффективна длина ПФ равна сумме эффективных длин указанных отрезков.For the section bounded by the first 2 and second 3 components of the scattering lens, 1-eff L.2M 1, where L2 is the distance between the main planes of the components 2 and 3 of the scattering lens. For the section between elements 3 and 4, the effective length of Zf UM2, where h is the distance between the main planes of the second component of the scattering and output focusing objectives; Ma is the multiplicity of the system formed by these elements. The total effective length of the FS is equal to the sum of the effective lengths of the indicated segments.
При надлежащем выборе Mi и Ма эффективна длина ЛФ может быть во много раз больше геометрической. Выбор Цф определ етс из услови формировани дальней зоны пучка в месте размещени диафрагмирующего элемента. Дл лазерного пучка с дифракционной расходимостью его структура приобретает вид, соответствующий дальней зоне, когда лазерный пучок пройдет от излучател рассто ние D0 /4А, где Я-длина волны, В случае пучка с реальной расходимостью «о значительное перемешивание лучей в, пучке происходит на рассто нии D0/«o.With proper selection of Mi and Ma, the effective length of the LF can be many times more geometric. The choice of CP is determined from the condition of the formation of the far zone of the beam at the location of the diaphragm element. For a laser beam with a diffraction divergence, its structure takes on a form corresponding to the far zone when the laser beam travels the distance D0 / 4A from the radiator, where I is the wavelength. In the case of a beam with a real divergence, significant mixing of the rays occurs in the beam. nii D0 / «o.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет большой эффективной длины перемешивание лучей и приближение структуры пучка к дальнопольной к артине наступает при небольших геометрических длинах. Наименьшее сечение фильтруемого пучка имеет на пор дки большую площадь, чем площадь фильтруемого пучка в фокальной плоскости объектива устройства-прототипа . Например, в устройстве-прототипе при Do 100 мм, аь 2 , фокусе 5-10 мм диаметр диафрагмы должен быть 1 мм и она располагаетс в фокальной плоскости входного объектива, где очень высо кие лучевые нагрузки. Кроме того, необходимо обеспечить несоосность сфокусированного пучка и отверсти диаф- 5 рагмы не более 0,05-0,1 мм, что при длине фильтра 10м вызывает определенные трудности (вследствие термодеформаций, вибраций и т.д.). Малые размеры отверсти не позвол ют придать ему форму, отличэющу0 юс от круглой.Thus, in the proposed device, due to the large effective length, the mixing of the rays and the approach of the beam structure to the far-field beam to the artinian occur with small geometric lengths. The smallest section of the filtered beam has, on the order of time, a larger area than the area of the filtered beam in the focal plane of the objective lens of the prototype device. For example, in a prototype device with Do 100 mm, ab 2, focus 5-10 mm, the diaphragm diameter should be 1 mm and it is located in the focal plane of the input lens, where there are very high radiation loads. In addition, it is necessary to ensure the misalignment of the focused beam and the aperture of the diaphragm of no more than 0.05-0.1 mm, which, with a filter length of 10 m, causes certain difficulties (due to thermal deformations, vibrations, etc.). The small size of the hole does not allow to give it a shape that differs from a round one.
В предлагаемом устройстве даже при дифракционной расходимости дальнополь- на картина образуетс , если Цф D0 /4 А- 250 м. Прин в MI М2 Ю; Li 1 м,In the proposed device, even with the diffraction divergence of the Dal'opolsk, the picture is formed if Scf D0 / 4 A is 250 m. Prien in MI M2 S; Li 1 m,
5 L2 3 м, имеем Цф 10 + 3 -1(Г + 10 320 м, т.е. условие дальней зоны выполнено, а сечение диафрагмы на два пор дка больше, чем в устройстве-прототипе. Благодар этому легко обеспечить любую форму отвер0 сти , а требовани к точности выдерживани соосности резко снижаютс . Дл увеличени лучевой стойкости диафрагмы 5 можно размещать ее не между компонентами 2 и 3 рассеивающего объектива, а 5 L2 3 m, we have Zf 10 + 3 -1 (G + 10 320 m, i.e. the condition of the far zone is fulfilled, and the diaphragm section is two orders of magnitude larger than in the device-prototype. Thanks to this, it is easy to provide any form of hole 0 requirements, and the requirements for accuracy in maintaining the coaxiality are drastically reduced. To increase the radiation resistance of the diaphragm 5, it can be placed not between the components 2 and 3 of the diffusing lens, but
5 между компонентой 3 и объективом 4 или даже за последним.5 between component 3 and lens 4, or even past.
Теплоотвод при диафрагмировании может быть значительно увеличен, а формирование отверсти сложной формы облегчено,Heat transfer during diaphragming can be significantly increased, and the formation of a hole of a complex shape is facilitated,
0 если использовать р д диафрагмирующих элементов так, что каждый последующий по ходу луча элемент затен ет пучок бы на одной из сторон поперечного сечени или ее части. Это обеспечиваетс , если хот бы0 if we use a series of diaphragm elements so that each element along the beam shading the beam would be on one of the sides of the cross section or part of it. This is ensured, if only
5 на части периметра проходного отверсти выполн етс соотношение ап2/1пэф an-i2/Ln-i3, где an, an-i,...,ajai - рассто ние от оптической оси до кра апертуры соответствующего диафрагмирующего эле0 мента; Ln , 1-п-1э - эффективна длина оптического пути между главной плоскостью входного фокусирующего объектива и соответствующим диафрагмирующим элементом . В противном случае первый же ди5 афрагмирующий элемент виньетирует все остальные, которые будут уже не нужны.5, the ratio an2 / 1 pef an-i2 / Ln-i3, where an, an-i, ..., ajai, is the distance from the optical axis to the edge of the aperture of the corresponding diaphragm element; Ln, 1-п-1э - effective optical path length between the main plane of the input focusing lens and the corresponding diaphragm element. Otherwise, the first di5 afragmiruyuschiy element vignette all others that will no longer be needed.
Предлагаемое устройство с расширенным диапазоном рабочих мощностей и упрощенной юстировкой позвол ет решитьThe proposed device with an extended operating power range and simplified adjustment allows to solve
0 поставленную задачу, а именно: регулировка мощности, расходимости и поперечного распределени интенсивности лазерного излучени , а также уменьшение габаритов предлагаемого ПФ по сравнению с прототи5 пом.This task, namely, the adjustment of the power, the divergence and the transverse distribution of the intensity of the laser radiation, as well as the reduction of the dimensions of the proposed FS compared to the prototype.
Пример. Экспериментальный макет имеет габариты 3 м. Входной и выходной фокусирующие объективы изготовлены в виде вогнутых металлических зеркал с фокусом 1,1 м и апертурой 120x120 мм. Рассеивающий двухкомпонентный объектив выполнен из двух выпуклых металлических зеркал, рассто ние между которыми 3 м. Эффективна длина такого ПФ соответствует 320 м, что позвол ет решать поставленную задачу с таким же эффектом, как и в устройстве-прототипе. Однако габариты предлагаемого ПФ в 3 раза меньше, диафрагмирующие элементы испытывают низкую лучевую нагрузку, требовани к их юстировке весьма низки.Example. The experimental layout has dimensions of 3 m. The input and output focusing lenses are made in the form of concave metal mirrors with a focus of 1.1 m and an aperture of 120x120 mm. The diffusing two-component lens is made of two convex metal mirrors, the distance between which is 3 m. The effective length of such a PF corresponds to 320 m, which allows to solve the problem with the same effect as in the device-prototype. However, the dimensions of the proposed IF are 3 times smaller, the diaphragm elements experience a low radiation load, and the requirements for their adjustment are very low.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894776158A SU1748128A1 (en) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | Laser emission special filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894776158A SU1748128A1 (en) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | Laser emission special filter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1748128A1 true SU1748128A1 (en) | 1992-07-15 |
Family
ID=21488346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894776158A SU1748128A1 (en) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | Laser emission special filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1748128A1 (en) |
-
1989
- 1989-11-01 SU SU894776158A patent/SU1748128A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6285443B1 (en) | Illuminating arrangement for a projection microlithographic apparatus | |
US4939630A (en) | Illumination optical apparatus | |
JP3913287B2 (en) | Hybrid illumination system for photolithography | |
JP4169374B2 (en) | Illumination means for projection microlithography apparatus | |
US8023206B2 (en) | Achromatic optical system for beam shaping | |
US4017163A (en) | Angle amplifying optics using plane and ellipsoidal reflectors | |
US9547176B2 (en) | Device for generating laser radiation having a linear intensity distribution | |
US20120206924A1 (en) | Laser light shaping optical system | |
US4158176A (en) | Spatial filter system as an optical relay line | |
EP1998215A1 (en) | Achromatic optical system for beam shaping | |
US5473475A (en) | Method for changing the cross section of a laser beam | |
US9798047B2 (en) | Device for applying light to an inner surface of a cylinder and beam transformation device for such a device | |
SU1748128A1 (en) | Laser emission special filter | |
CN105301781B (en) | The optical system and its light field angle of divergence adjusting method of zero pole point can be eliminated | |
US4685780A (en) | Reflection type optical device | |
JPS6332555A (en) | Exposing device | |
JPH0744141B2 (en) | Lighting optics | |
RU2811392C1 (en) | Device for forming laser beam with rectangular cross-section and uniform intensity distribution | |
RU2811390C1 (en) | Method for forming laser beam with rectangular cross-section and uniform intensity distribution | |
RU2208822C1 (en) | Device forming uniform illumination intensity of rectangular site of specified dimensions ( homogenizer ) | |
EP4286919B1 (en) | Multi-wavelength laser beam homogenizer-expander light engine | |
JPS6360442A (en) | Illuminating optical system | |
US3452296A (en) | Laser system for generating coherent light | |
RU20180U1 (en) | DEVICE FOR FORMING AN OPTICAL BEAM | |
JPS60153023A (en) | Beam splitter device for high output laser |