TW201037355A - Apparatus for homogenizing coherent radiation - Google Patents

Description

201037355 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關一種用於均質同調光線的光學設備，尤 其是用於均質雷射輻射。 【先前技術】 -亥=¾彙「光線」在此應共同地解讀為電磁輻射，亦即 特別是亦包含電磁頻譜的非可見波長。尤其本發明是關於 輻射’像是可利用倍頻固態雷射所產生者。即如熟諳光學 領域之人士所皆知#，轄射在空間和時間上的分布可由一 ϋ r及一相位冲，〇所描述，即—具有複數值的振幅 (在此並未將光線的偏極狀態納入考量）。「同 調光線」#特徵為在-由該應用項目所決定之空間或時間 覆蓋内的相位iKhi)相關性。 由一雷射所發射的輻射為同調光線的一種重要應用項 。目。根據應用項目而定，對於該輻射截面内之一區域上的 單色性或高功率亦為重要的輕射性質。功率與在時間平均 值上的該振幅之絕對值的平方丨制2成正比，並且被稱為輻 射強度。這些應用項目例如包含薄㈣的結晶。本發明是 特別關於此一運用。鼻此，—& A , 马此，該輻射之截面内的強度的均勻 刀布對於獲得固定的内徑深序 / _ 木度、直徑或邊緣（即邊圈）品質而 言確為必要。同時，例如僮β 像疋遮罩投射方法的應用項目 要求均勻的強度分布。 雷射輻射通常具有一非 非均勻強度分布，這稱為「非均 201037355 質輪廊」。對於複數個雷射源而言即屬如此。故例如由許 多類型之雷射所發射的輻射在沿-第-軸線的方向上且有 所謂的高斯輪廟’而與之相垂直的強度分布則是近似；梯 形。並且，輕射的傳播可影響到其強度分布。因此，例如 當按-形狀不變的方式傳播進入自由空㈣，高斯輪靡就 會變寬。 Ο Ο 該詞彙「均質」是指一具有非均句強度分布之輕射的 光學成像，藉以獲得具有—大致均句強度分布的輕射。文 件剛2 20 705 C2中描述一種此一光學成像的基本組成， 本發明亦源起於此。其中說明一種在該入方側上具有一「透 鏡陣列」的設備。該透鏡陣列為複數個透鏡在一平面内的 一週期性排列，該平面按與一入方（即入射）韓射的傳播方向 相垂直所排列。而在出方側上則是於該透鏡陣列後方的光 學路仏裡排列有至少_集光透鏡。兩個部份光線分別地源 自於該透鏡陣列的各個透鏡。該等部份光線總體重叠，使 得由該集光透鏡所成像的輻射為大量均質，亦即空間匹配。 在文件DE 102 25 674 Α1的文中可尋獲此一用於均質 的光于》又備的發展說明。在此，兩個透鏡陣列是於該光學 路徑内，一者位在另一者後方的方式所排列，其中該最後 側透鏡陣列是由兩個+陣列所組成。％ &可在一總共三個 平面内獲致一種複數個透鏡的週期性排列，而該等平面各 者是與入射於該入方側上之輻射的傳播方向相垂直。 d而，當利用同調輻射源時，會在該出方側處於強度 布上出現干涉圖案，其原因是該透鏡排列的週期性，而 5 201037355 此干/步圖案會造成均質性的劣化。 文件 Fraunh〇fer IOF Jahresbericht 2007」在第 46 及 47頁上描述可如何|!由一椒形排列來打破該透鏡排列的週 期性’藉以改善在出方側上所獲得之強度分布的均質性。 不過’由於干涉所造成的影響仍無法消除，同時強度分布 可能會因該楔形透鏡排列之故而在該楔形的方向上有所變 化。文件Ph〇t〇nic 3/2006」在第76至79頁描述為減少因 週期性透鏡排列所造成之干涉圖案而在光學路徑上運用漫 射盤（即漫射屏幕）的方式。根據製造過程而定，該等漫射屏 幕設有可按一預定固體角度均句地散射入射光線的隨機性 表面結構。然部份高度功率損失則為使用漫射屏幕的缺點。 該文件DE 197 51 106 A1」描述一種雷射印表機，此 者含有下列沿-光學軸線上的構件群組：__雷射二極體陣 列’該陣列將作為-光源的複數個_射源節段（雷射二極體） 子分割雷射透鏡排列構件，此者經子分割為複數個對 應於該等輻射源節段的雷射透鏡；—飛眼（flyeye)積分器， 此者具有複數個球形透鏡，該等透鏡按節段方式週期性地 排列於-與該光學㈣、—第—和—第二影像場透鏡相垂 直的平面内；一印相透鏡（printing lens); 一調變器·以及 -媒介平面。自該雷射二極體陣列所發出的光線在該等輕 射源節段的總數上為非同調。此文件並未說明具有複數個 射線束之光線輻射的均質化處理，該等射線束本身之内為 同調，然相對於彼此則為逐對地非同調。而除該等複數個 按節段方式所週期地排列的球形透鏡以外，該飛眼積分器 201037355 '、匕3該第&该第二影像場透鏡。故該文件並非敛述一 種僅具有單一個週期性且按節段方式之透鏡排列以及一聚 光器的設備。 後文中假設所提及於前述之先前技藝為已知。圖^顯 示U基本原理並利用—週期性透鏡排列Μ和—聚光器 12以均：雷射輻射的光學設備的概略圖。在圖"里，該雷 射輻f是由左手側入射於該週期性透鏡排列上。部份的射 線束是在該週期性透鏡排列後方依不同的離出角度自於該 透鏡，列内的個別透鏡發出’圖1中為簡明起見僅分別顯 示-单-離出角度α。根據該離出角度而定，在鄰近的部份 射線束之間可獲致一光學路徑差△。根據該離出角度而定， 該聚光器將該等個別的部份射線束成像於-成像場14上， 在其上會產生一擾動干涉圖案，而此圖案影響到該射線束 輪廓的均質性。此干涉圖1、、语 卞欠圖案的起源類似於一光柵的繞射情 況，即如熟諳本項光學領域之人士所皆知。 【發明内容】 本發明之目的為以進-步發展出一種於本文開始即已 陳述的光學設備’使得能夠減少擾動干 率損失。 …円度功 此目的可藉由一種用以均質具有_預定波長並 如申請專利範圍第1項所述之特性的光線㈣之設備所達 成。從而，該設備包含-週期性透鏡排列，其中含^ 個透鏡’此等透鏡經排列於與該光線輕射之人射複 '^大致 201037355 垂直的至少一平面内；以及一聚光器，此者經排列以將源 自《玄週期性透鏡排列的光線成像於一照明場之内（即之 上）’該場經排列於—對應於該聚光器之一焦距的距離處。 違週期性透鏡排列含有複數個區段，藉以讓具有該預定波 長的複數個射線束之其中一者個別地入射，並且為針對於 该等區段之内的透鏡所週期性地構成。該聚光器經排列以 將該等複數個射線束成像於該照明場上而具一橫向偏移（即 位移）。該橫向偏移的維度經調整以供因在該週期性透鏡排 列處之該等複數個射線束的繞射所造成的強度調變大致地 相互補償。 若該等複數個射線束之個別一者入射於該等區段的個 別者上’則該設備可將該等射線束成像於該照明場上而 經彼此相對位移（即偏移）《>藉此可將該等個別射線束予以均 質化同時干涉調變可為偏移（位移）重疊，從而使得該等干 涉調變的「凹谷」及「頂峰」在總和上能夠獲以大致補償。 該等複數個射線束的數量愈多，該設備所均質的光線輻射 即愈均勻。 對於減少在該等區段之邊界區域處的功率損失，該週 期性透鏡排列的複數個區段可為彼此橫向地空間分隔。 為獲得一儘可能均勻的總強度，此等橫向偏移可大致 等於P/Ν’其中因，繞射所致生的強度調變具有—料週期性 P ’並且該等複數個射線束的數量為N。 在一第一具體實施例裡，該聚光器可包含至少— 透鏡，此者經子分割成複數個部份，並且各個部份可 聚光 經排 201037355 =該等複數個射線束之其_者分別地進行成像而具 *為決定此偏#，該經子分割$光透鏡的言亥等部份可為 橫向彼此空間分隔及/或可為相對於彼此而傾斜（即斜置）。 該傾斜可為由將該等部份轉離於—與該人射方向相垂直的 平面所獲致。 在一第二具體實施例裡，可將一平面平行（即共平面）

平板分別地排列於一部份數量之複數個射線束的光學路徑 内0 為決定此偏移，該等共平面平板可為相對於彼此而傾 斜（即斜置）。該傾斜可為由將該等共平面平板轉離於一與該 入射方向相垂直的平面所獲致。 為避免該等射線束之間的干涉，該設備可包含複數個 光源，其中各個光源經調適以分別地產生該等射線束之其 者為產生本身内為同調的射線束，可利用雷射及/或雷 射二極體作為該等光源。尤其，可利用複數個準分子雷射 作為該等光源。 為簡化該等射線束的產生作業，該設備可進一步包含 光導（即光纖）以供接收光線輻射，其中該光纖分別地包含 耗出點以供麵出該等複數個射線束之一者，並且其中該等 麵出點之間的光學路徑長度大於該光線輻射的同調長度。 如此’即可自該等同調光源的其中之一或一些產生彼此間 為逐對（pair-wise)非同調的射線束。 為以較佳地（即有利地）製造該聚光器，後者可包含至少 201037355 一集光透鏡。 一進一步特點是關於一種用以均質光線輻射的方法。 該方法包含一步驟，即分別地產生複數個同調光線的射線 束’其中各個射線束對於該等複數個射線束之一者彼此非 同調；以及一步驟，即將該等複數個射線束導引朝向—透 鏡排列’此者具有一前述用以均質光線輻射之設備的複數 個區段’因而該等複數個射線束之個別一者分別地落於該 等區段之個別一者上。 【實施方式】 圖1顯示一根據先前技藝的透鏡系統且概予元件編號 100表示。該透鏡系統1 〇〇在該入方側上包含一週期性透鏡 排列10 ’並且在其出方側上包含一聚光器12。該聚光器12 排列於該週期性透鏡排列1 〇後方的該光學路徑上，使得自 。亥週期性透鏡排列i 0發出的平行射線束被聚焦於一照明場 14内。為此，該聚光器12及該照明場14按分隔一對應於 遠聚光器1 2之一焦距的距離所排列。 該週期性透鏡排列1〇包含複數個集光透鏡16,該等複 數個集光透鏡經排列於一與一同調射線束20之傳播方向18 大致垂直的平面内，而該射線束具有波長λ並且自圖1的 手側進入。為簡明起見，圖1内的週期性透鏡排列1 〇僅 在一平面内顯示出四個集光透鏡16。在多數情況下，每個 平面可有10個或20個透鏡，且經常亦可達1〇〇個’並且 按—個後接著一個（即如該週期性透鏡排列）的平行排列的 10 201037355 方式使用複數個此笨裱於 ., , 调此等透鏡。在本射，該離出肖度 該最後（最後側）透鏡平面後 ”·’ 夂乃邳野於该傳播方向18的離出 :度：攸而’该詞t「週期性透鏡排列」不僅包含平面排 列，並且亦概略包含空間排列。此外，亦可在該週期性透

鏡排列10利用平凸隹#、泰# L 集先透鏡，而非所顯示的雙凹集光透鏡 1 6 〇 對此’同調光線自受該入方（入射）同調射線束2〇所照 射之集光透鏡16而按不同的離出角度α出現。為便於較佳 概略表示’圖】僅矣會示一部份對應於—單一離出角度〇的 射線束。㈣文解釋對於所有㈣的離出角度α基本上皆 為成立。 自各個經照射的集光透鏡16顯現出一部份射線束22。 根據該離出角度01而定，可在鄰近的部份射線束22、24之 間獲致一光學路徑差△。熟諳本項光學領域之人士可自該幾 何排列直接地瞭解在該光學路徑差△與該離出角度α之間 存在有一關係式

A = 6sina， 其中b表示該集光透鏡16的橫向寬度。該等部份射線束 22、24在收斂性部份射線束22,、24，裡由該聚光器12所成 像’此等收斂射線束重疊於該照明場14内的一焦點26上。 該焦點26的位置X是由該聚光器12的焦距f和該離出角度 α依據下式所給定 11 (2) 201037355 x = /tana。 在圖1裡，該聚光器12按一簡易方吒 J乃式偵得如一具有焦 距f的集光透鏡28。然該聚光器12亦可Λ 人士 β j馬一含有複數個聚 光透鏡的系統，而在此情況下，該焦距f县本- 二1疋表不此一系統的 總焦距。 由於具有該光學路徑差△之部份射線束22，、24，的重 豎，因此在該焦點26處獲得建設性或破壞性干涉。當該光 學路徑差A為該入方（入射）同調射線束2〇之波長λ的整數 倍時，該建設性干涉為最大’亦即強度放大。若該光學路 徑差△為該波長λ的半整數倍（而非其整數倍），則該破壞性 干涉導致該強度I的滅絕，亦即強度衰減。對於微小的離出 角度α，正弦及正切函數足夠精準地重合（即所謂的近軸近 似），因此根據等式（丨）和，該光學路徑差△按照下式隨該 照明場14上的位置X而改變，即 (3) Δ = χ6// 因此由於該父替建設性及破壞性干涉之故而獲致該強度Ι(χ) 的週期性調變3 0。 所 ’ 因入^ f λ \ 万（入射）同調射線束20在該週期性透鏡排 ^ 〇處的繞射而出現-強度調變30，此調變侵犯(擾動)到 β亥入方射線束2〇的均質化。 12 201037355 圖2顯示一概經標註為200的透鏡系統，其中亦含有 一週期性透鏡排列1〇、一聚光器丨2及一成像場14 ^該週 期性透鏡排列1〇包含三個區段l〇a、l〇b、10c而用於三個 本身内為同調之射線束20a、20b、20c的分別入射。在該等 本身内為同調的射線束20a、20b、20c之間並無顯著的相位 相關性’這意味著該等個別的射線束20a、2〇b、2〇c相對於 彼此為逐對非同調。

當該週期性透鏡排列10受到該等入方（入射）射線束 20a、20b、2〇c照射時，會自該週期性透鏡排列1〇的各個 透鏡I6出現部份射線束22a、22b、22c，即如該透鏡系統 1〇〇般。該等個別部份射線束22a、22b、22c出現自相對應 的射線束20a、20b、20c ,並且特別是擁有其同調性質。該 聚光器12將該射線束20a的所有部份射線束22a成像於一

收斂射線束20’a内，而此射線束在該焦點26上為經重疊於 本身内為同調之相對應射線束2〇b、2〇c的其他收斂射線束 22’b、22’c。該等本身内為同調之個別射線束2〇a、2扑、Μ。 是以一強度I(x)貢獻於對該照明場14的照射。即如圖i的 透鏡系統100般，各個本身内為同調的射線束2〇&、鳩、 2〇c在當成像於該照明4 14之内（之上）時擁有一強度分布 100’而該分布具有週期性的強度調變3〇a、鳩、術。由 於該等本身内為同調的射線走 J叼釘琛禾ZUa、20b、2〇c相對於彼此為 逐對非同調，因而當兮望^ 口叩田及寺收斂射線束2〇，a、20，b、2〇，c在 焦點2 6内重疊時並不會導致一 π守双進步的干涉，藉此該等個別 同調射線束 20a、2〇h、on。aa、eb« b 2〇C的週期性強度調變30a、30b、 13 201037355 3〇c按加法方式重疊成一週期性總強度3〇。 因此’當在該透鏡系統200裡由複數個相對於彼此為 逐對非同調的射線束20a、20b、20c照射時，這些擾動性的 週期性強度調變30a、30b、3〇c甚至會放大，即如相較於傳 統的透鏡系統。 圖3顯示一設備3〇〇的第一具體實施範例，此者適用 於藉由一週期性透鏡排列1 〇以均值複數個具有非均質射線 束輪廓的入方（入射）同調射線束2〇a、2〇b、2〇c，並同時降 低因繞射所造成的強度調變3〇a、3〇b、3〇c。為此，該設備 300包§一心光器，此者具有一聚光透鏡32，該透鏡按照 該等相對於彼此為逐對非同調並且具有（橫向）部份32a、 32b、32c之射線束20a、2〇b、2〇c的數量所子分割。該經 子分割之聚光透鏡32的分別（個別）部份32a、32b、32c以 一橫向偏移（即位移）V而按一距離所彼此相隔排列，此值對 應於該照明場14裡該等個別（分別）強度調變3〇a、3〇b、3〇c 之間的偏移。該偏移V經選定使得該強度調變3〇a的一「凹 谷」會被據此而偏移（位移）的強度調變30b、30c所補償。 由於該等強度調變3〇a、30b、30c具有一均勻週期性p，因 此能夠在跨於該總照明場丨4上獲得一大致固定的總強度 36 ° 即如圖3所示’可進一步發展該設備300的具體實施 例使得該週期性透鏡排列1 〇的個別區段1 〇a、1 〇b、1 〇c亦 按一距離所彼此相隔’而此距離大致對應於該橫向偏移V。 藉由此一（橫向）分割排列，即能減少該等區段1 0a、1 Ob、1 0c 14 201037355 或該等部份32a、32b、32c之邊界區域内的損失。在該設備 200的一進一步發展裡，該聚光透鏡32之個別部份 32b、32c可相對於-與該入方（入射）射線束2〇a、 之傳播方向18相垂直的平面在一旋轉方向列上傾斜（即斜 置）。該等個別（即分別）強度調變3〇a、3〇b、3〇c可相對於 彼此而移動（即位移）一與該傾斜無關的偏移（位移）V，。除該 聚光透鏡32中該等部份32a、32b、32c的傾斜之外，或另 者，該等部份32a、32b、32c的區段10a、1〇b、1〇c亦可按 一距離所彼此相隔。 圖4顯示一用以均質同調射線束2〇a、2〇b、2〇e之非均 質射線束輪廓的設備400之第二具體實施例，該等射線束 相對於彼此為逐對非同調。此均質化再度地是由一週期性 透鏡排列10所進行，即如前文中針對於該設備3〇〇所述 者。該週期性透鏡排列1G可選擇性地包含個別區段心、 l〇b、10c，該等互相按一距離彼此分隔。在該等外部同調射 線束20’a、20’c的光學路徑裡排列有共平面（即平面平行） 平板伽、橋（該等平板至少在所使用的波長範圍裡為通透 性即如熟諳本項光學領域之人士所眾知者，在該等射線 束20’a、20’c非垂直地入射於該等共平面平板4〇&、4帅上 的情況下，由於該等共平面平板4〇a、4〇b的折射指數η異 於環繞區域（的折射指數）之故，因而會出現一橫向偏位 移）v。離開該等共平面平板4〇a、4〇b的射線束2〇，’&、2〇，，c 會相對於該等射線束20，a、20，c而平移該橫向偏移V。該 偏移V可為藉由分別地在42a、42e方向上旋轉（即轉動）該 15 201037355 等共平面平板40a、40b所決定。由於該等射線束2〇a、2〇b、 20c相對於彼此為逐對非同調，因此其強度調變3〇a、3〇b、 30c為相加地重疊（干涉）。藉由據此地選擇該偏移v，即如 刖文對於該設備300所描述者，一所獲總強度36為大致固 定（即均質）。所以，不僅該等入方（入射）射線束2〇a、2〇b、 20c的非均質射線束輪廓能夠被該週期性透鏡排列1 〇所均 質化，同時可大幅地減少因該週期性透鏡排列1〇處之繞射 所造成的強度調變30a、30b、30c。 β玄傳統透鏡系統1 〇〇以及該等用於均質化的設備3〇〇、 400 ^大致依循傅立葉光學（F〇urier 〇ptics)的物理定律。後 文中的對偶性關係即歸屬於此。一方面，在進入側上具有 小於該透鏡排列（透鏡陣列）之一單一透鏡結構維度的非均 質射線束輪廓部份結構會在離出側的照明場14上變寬（寬 化）’並從而獲以平滑化。簡言之：在該進入側上的小型結 構可在該離出側上獲致一大型結構。另一方面，該透鏡排 列（透鏡陣列）的週期性結構可獲致一干涉調變，而其遇期性 小於該離出側上的照明場14。據此而簡言之：在該進入侧 上的大型週期性結構可在該離出側上獲致一小型週期性結 構。 由根據先前技藝之透鏡排列（透鏡陣列）的均質化是利 用刖述成像效應的第一項。就此，自考量到光線光學（非傅 立葉光學)開始即已足夠。然而，光線光學的考量會忽視前 述繞射效應的無可避免第二項。此繞射效應即為吁由本發 明所克服者。 16 201037355 有關於一種運 30b、30c可由下列 作機制的詳細考量’該等強度調變30a、 FraUnh〇fer繞射積分式所近似描述 岣4(’)= J4〇〇)e-域㈣“办 =J4o0)e—_办 "\ΑΜε-2π^λ^άγ (4)

八10(y)為在1亥週期性透鏡排列1 〇後方（源自於其後側） 離開之光線輕射的複數值振幅，並且&。為該振幅A丨。的傅 立葉轉換函數。更物地說，AiQ(y)表示該光線輻射在位於 該透鏡排列後方（亦即其後側）之一焦點平面（未予圖示）内的 複數值振巾田從而，A"(y)表示該光線輻射在該照明場Μ 内的複數值振幅。等式⑷裡的積分是對於該週期性透鏡排 列1〇的區段10a、10b、1〇c之其一者分別地沿圖3及4中 所繪之y軸而延伸。 在°亥週期性透鏡排列10之後側上的複數值振幅A10近 似地獲自於一入方（入射）同調射線束2〇a、2〇b、2〇c之振幅 Am與該週期性透鏡排列1〇中（被該等射線束所照射之區段 10a、10b、i〇e其一者）的一成像函數L(y)之迴旋：

17 1 其中星號（*)是表示函數間之迴旋乘積的符號。例如對於高 201037355 斯輪廓’該等入方（入射）同調射線束20a、20b、20c的橫向 振幅分布據以個別地按照如下形式（除固定因數以外）： Λ。(扣他)2， (6) 其中〇2〇表示該高斯輪廓的特徵寬度。該成像函數L(y)又近 似地為一對於一單一透鏡16之單一成像函數/(y)與一週期 性光柵（即網格）函數g(y)的迴旋，而此函數g(y)對應於該週 期性透鏡排列10 (分別地相對應區段10a、l〇b、l〇c)内之透 鏡16的週期性排列： g(y)=YJ5{y-bj) ° J=0 ⑺ 因此，根據等式（5)和（7)，該複數值振幅A1G等於 茗。 (8) 由於逐點乘積（·）以及迴旋乘積（*)可互降為另一者（可 彼此互相交換），因此在該照明場14裡該所獲複數值振幅 A 1 4 為： = ，其中 = (9) 藉此，一入射同調射線束20a、20b、20c之等式（6)的 18 201037355 间斯輪廓AWy)可根據下式轉換為一寬化（變寬的）高斯輪 廟入20(父） 以-㈣。)2，其中 σι〇=Α//(σ·2〇;Γ)， （1〇) 而經傅立葉轉換之單一成像像函數f則可自此切截出一近 似長方形的強度輪廓。不過，根據等式（9)，一光柵（即網格） 0 繞射函數#為乘法重疊於此長方形輪廓上。可藉由等式（7) 之週期性光柵函數的傅立葉轉換獲得該光柵函數忌，並 且為熟諳光學領域之人士所眾知，即 《(穿)。csinG/x 碧)/si♦普)。 （11) 在等式（11)裡’出現該等聚光器12、32的焦距f、該等 入方（入射）同調射線束20a、20b、20c的波長λ、該等透鏡 〇 16中分別被該週期性透鏡排列10 (該等區段l〇a、10b、10C 其一者）内的射線束20 a、20b、20c其一者所照射的數量j , 以及該透鏡排列10的光柵週期性b，作為該等設備3〇〇、 400的參數（分別地該等設備3〇〇、400的使用方法）。 即如本文開始處所述’該光線輻射在該照明場14上的 強度I(x)為與該複數值振幅A14之絕對值的平方成正比，亦 即 19 201037355 為此原因，各個其本身内同調的單一射線束2〇a、20b、20c 可按照下式

以一對於該照明場14之照射的強度調變3〇a、30b、30c貢 獻於該總強度In。在等式（12)裡，該強度函數Ik(x)的標號 k利用編號k=〇、1、2來表示個別的射線束2〇a、2〇b、2〇c。 根據等式（12)，該等個別射線束2〇a、2〇b、2〇c相對於彼此 而橫向地，亦即圖3及4中所顯示的χ方向上，平移一偏 移V。該等干涉調變30a、3〇b、3〇c的週期性ρ亦為按照等 式（12)所決定。該偏移（位移）v的一較佳選擇為

P 、20c中橫向位移地成像且

其中N為該等射線束20a、20b、20c 本身内為同調的數量。即如在圖5及 及N=2所示者，此選擇在實作上（至少 情況下）可獲得一大致始哲从ώ Σ 0 20 (13) 201037355 以趨向而言，該等設備300、400照射該照明場14於 實作上愈均質化’該等互相逐對非同調射線束的數量N愈 多。

前揭討論針對於該等強度調變3〇a、3〇b、30c的單—維 度橫向結構化（在X方向上）。然其一情況為例如當該週期性 透鏡排列1 0之個別透鏡16為圓柱形透鏡而與分別如圖3 及4所繪平面相垂直之方式所排列。對此，圖7概略圖顯 不對於N=2射線束20a和20b的個別強度最大值42a及 42b。在此情況下，會在一方向44上，在此為χ軸選定 一偏移（位移）V。 圖8顯示一對應於Ν=2同調射線束2〇a、2〇b的分別具 有最大值42a及42b之強度調變3〇a、30b的二維結構。在 此例中，該等強度調變按一在該方向46上相對於彼此平移 一偏移v的方式所排列。該方向向量46為所謂「倒易光柵 向量（Reciprocal Grating Vector)」（即倒易網格向量）的第N 個分數，即如热諳本項光學領域之人士所眾知者。如此， 對於熟諳本項光學領域之人士而言，可直接地獲以將該所 述設備廣義化成一擁有所獲倒易網格42a、42b之個別透鏡 1 6的任意週期性透鏡排列1 〇。 地 同 即如刖文中既已多次強調者，該等設備3〇〇、分別 以多個在本身内為個別地同調並且相對於彼此為逐對非 調的射線束20a、20b、20c為基礎。該等可為由_據以相 21 201037355 關（非相位耦合）之雷射所個別地產生。此外，或另者，該等 射線束20a、20b、20c的所有或其個別（單一）者亦可為利用 一或更多雷射所產生。就此，圖9顯示一排列，其中含有 一雷射48;以及一光導（光纖）50，而由該雷射耗所發射的 雷射輻射52經耦入至其内。該等射線束2〇a、2〇b、2〇c於 點處54所耦出。該等射線束2〇a、2〇b ' 2〇c本身内為同調， 並且擁有一依據該雷射48之佈局（設計類型）而定的同調長 度。該等射線束20a、20b、20c相對於彼此為逐對非同調， 原因是該耦出點處54經選定使得在鄰近的耦出點處54間 該光導50之内的光學路徑長度大於該同調長度。 即如自前述之個別具體實施範例說明所能顯知者，可 利用該設備300或該設備400將具有一非同調射線束輪廓 的入方（入射）同調光線予以均質化，而該光線以一均勻橫向 強度分布成像於一照明場14上，藉此該等具體實施範例同 時能夠獲以成功地降低因該週期性透鏡排列1〇處之繞射效 應所造成的擾動性干涉調變30a、30b、30e。 【圖式簡單說明】 前文中參照隨附圖式以進一步詳細解釋本發明。在該 等圖式裡： ~ 圖1顯示-根據先前技藝用以均質同調射線束的透铲 系統的概略圖； 兄 圖2顯示圖i中用以均質分別同調之複數個射線 透鏡系統之一第一發展方式； 、 22 201037355 圖3顯示一根據本發明用 一具體實施例； 圖4顯示一根據本發明用 一具體實施例； 以均質光線輻射之設備的第 以均質光線輻射之設備的第 圖5為一利用三個雷射而因繞射 « ^ β ^ 噁射所造成之強度調變以 及匕們之重豐情況的概略圖； 圖6為一利用兩個雷射 ^ ^ 口現射所造成之強度調變以 〇

及匕們之重疊情況的概略圖； 圖7為當使用一第—週期 ^ 月性透鏡排列時，一利用兩個 寄射之照明場的概略圖； 圖8為當使用一第二％ # Φ^性透鏡排歹1m，一利用兩個 窗射之照明場的概略圖；以及 =9為一利用—個雷射以產生三個射線束之光 的概略圖，其中該等射線束相對於彼此為逐對非同調。 【主要元件符號說明】 100 200 300 > 400 10 l〇a 、 l〇b 、 10c 12 14 16 根據先前技藝之透鏡系統 透鏡系統的第一進一步發展 根據本發明之設備 週期性透鏡排列 週期性透鏡排列之區段 聚光器 照明場 集光透鏡 23 201037355 18 入射方向的傳播方向 20 ' 20a ' 20b ' 20c 同調射線束 22 ' 24 部份射線束 26 焦點 28 聚光透鏡 30、30a、30b、30c 強度調變 32 經子分割之聚光透鏡 36 總強度 38 旋轉（即轉動）方向 40a 、 40b 共平面平板 42a ' 42b 干涉最大值 44 ' 46 分別為1D及2D偏移向量 48 雷射 50 光導（即光纖） 52 所發射的雷射輕射 54 出點 24

Claims (1)

1. 201037355 七、申請專利範圍： 1· 一種用於均質光線輻射（20)的設備（3〇〇 ; 400)，該光 線輻射具有一週期性波長以及複數個射線束（2〇a、2〇b、 20c) ’其中該等射線束在其本身内為同調，並且特定射線束 相對於彼此為逐對非同調，該設備包含： -一週期性透鏡排列（10)，此者包含在至少一平面内的 複數個透鏡（16)，而該平面是以與該光線輻射（2〇)的入射方 向（1 8 )大致垂直來排列，以及 〇 - 一聚光器（12) ’此者經排列以將自該週期性透鏡排列 (1 〇)所射出的射線成像於一照明場（丨4)内，此照明場排列於 一對應於該聚光器（12)之焦距（f)的距離處， 其中該週期性透鏡排列（1〇)包含複數個區段（1〇a、 l〇b、l〇c) ’藉以讓該等複數個射線束（2〇a、20b、2〇c)之一 者個別地入射，該等射線束具有一預定波長並且相對於該 等透鏡（16)週期性地構成於該等區段内，其中該聚光器（12) 經排列以將該等複數個射線束（20a、20b、2〇e)成像於該昭 Ο θ *… 明場（14)上而具有一橫向偏移（V)，並且其中該偏移的維度 經調整’藉以大致地相互補償因在該週期性透鏡排列（1〇) 處的該等複數個射線束（20a、20b、20c)之繞射所造成的強 度調變（30a、30b、30c)。 2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該週期性透鏡排 列U〇)的複數個區段（10a、10b、10c)相對於彼此而橫向排列 在一距離處。 3. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其中因繞射所造 25 201037355 成的該等強度調變（30a、30b、30c)具有一橫向週期性p，並 且該橫向位移（V)大致等於P/N，其中N為該等射線束（2〇a、 20b、20c)的數量。 4. 如申請專利範圍任一前項之設備，其中該橫向位移（v) 根據該波長而定’並且尤其是與該波長成反比。 5. 如申請專利範圍第1至4項任一項之設備，其中該聚 光器（12)包含至少一聚光透鏡（32),其經子分割成複數個部 份（32a、32b、32c)，並且其中各個部份（32a、32b、32勾經 排列以供該等複數個射線束（2〇a、2〇b、2〇c)之一者以具有 一偏移來個別地成像。 6·如申請專利範圍第5項之設備，其中該等經子分割的 聚光透鏡（32)的部份（32a、32b、32c)相對於彼此橫向地位在 一距離處及/或相對於彼此而傾斜。 7. 如申請專利範圍第丨至4項任一項之設備，其中一共 平面平板（40a、40b)分別地排列於在一部份數量之複數個射 線束（2Ga、2Gb、2Ge)的光學路徑裡的該聚光器（12)之後。 8. 如申明專利範圍第7項所述之設備，其中該等共平面 平板（40a、40b)相對於彼此而傾斜。 9. 如申請專利範圍任一前項之設備，進一步包含複數個 光源其中各個光源經調適以分別地產生該等複數個射線 束（20a、20b、20c)之一者。 10. 如申吻專利範圍第9項之設備，包含雷射及/或雷射 一極體或疋包含作為該等光源的倍頻固態雷射。 η·如申明專利範圍第1至8項其中-項之設備，進— 26 201037355 步包含一光纖（50)以供接收該光線輻射（20)，其中該光纖（5〇) 分別地包含耦出點（54)以供耦出該等複數個射線束（2〇a、 20b、20c)之一者，並且其中該等耦出點（54)之間的光學路 徑長度大於該光線輻射（20)的同調長度。 12. 如申請專利範圍任一前項之設備，其中該聚光器（12) 包含至少一集光透鏡。 13. —種用以均質具有一預定波長之光線輻射（2〇)的方 法，包含下列步驟： 分別地產生複數個具有該預定波長之同調光線的射線 束（20a、20b、20c)，其中各個射線束（20a、20b、20c)在其 本身為同調，而相對於該等複數個射線束（2〇a、20b、2〇c〇 彼此為非同調；以及 將該等複數個射線束（20a、20b、20c)導引朝向一透鏡 排列（10)，此者在如申請專利範圍第1至12項任一項之設 備（3 00、400)裡具有複數個區段（1〇a、i〇b、1〇c)，因而該等 複數個射線束（2〇a、20b、20c)之個別一者落於該等區段 (10a、l〇b、l〇c)之個別一者上。 八、圖式： (如次頁） 27