TW201723458A - 用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統 - Google Patents

用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201723458A
TW201723458A TW105128648A TW105128648A TW201723458A TW 201723458 A TW201723458 A TW 201723458A TW 105128648 A TW105128648 A TW 105128648A TW 105128648 A TW105128648 A TW 105128648A TW 201723458 A TW201723458 A TW 201723458A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
laser beam
plane
laser
flat top
Prior art date
Application number
TW105128648A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI697661B (zh
Inventor
徐晟波
托加 阿西卡林
Original Assignee
英特爾股份有限公司
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 英特爾股份有限公司 filed Critical 英特爾股份有限公司
Publication of TW201723458A publication Critical patent/TW201723458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI697661B publication Critical patent/TWI697661B/zh

Links

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
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/06—Simple or compound lenses with non-spherical faces with cylindrical or toric faces
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

所揭露的是用於平頂強度的雷射薄片光束之產生的系統及技術。系統包括在第一光學部件處被定向的光的源，第一光學部件佈置來接收光並產生光射線的球面像差(例如，三階正像差)。球面像差導致光在第一平面中的正像差，且還導致光在垂直於第一平面的第二平面中被實質地準直。在一些案例中，光的源係由雷射二極體所提供，且第一光學部件為非球面透鏡及球面透鏡中的一者。系統還包括第二光學部件，用於使光在第二平面中聚焦。在一些案例中，第二光學部件為柱面透鏡。

Description

用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統
本發明大致關於一種用於平頂強度的雷射薄片光束之產生的系統及方法，且還關於包括此系統的環境微粒物質感測器、以及包括此方法的環境微粒物質感測器測量技術。
雷射為一種裝置，其經由光學放大(optical amplification)的處理而發射光，光學放大的處理係基於電磁輻射(electromagnetic radiation)的受激發射(stimulated emission)。雷射不同於其它光源之處在於其連貫一致地發射光。空間相干性(spatial coherence)允許雷射被聚焦到一小點，使得像是雷射切割和光刻的應用為可能的。雖然存在不同的雷射光空間模態，最常見的是TEM00模態，在此模態中，雷射光被產生為具有高斯強度剖面(intensity profile)。高斯強度剖面或高斯光束具有橫向電場(transverse electric field)及強度(照射度(irradiance))分佈，其為相當趨近於高斯函數。
100‧‧‧系統
110‧‧‧雷射二極體
115‧‧‧光
120‧‧‧非球面透鏡(光學元件)(光學部件)
122‧‧‧非球面側
130‧‧‧柱面透鏡(光學元件)(光學部件)
140‧‧‧工件
210‧‧‧圖表
220‧‧‧圖表
310‧‧‧雷射光束剖面
320‧‧‧雷射光束剖面
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
圖1A至圖1B顯示根據本揭露的實施例之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之範例系統。
圖2A至圖2B顯示根據本揭露的實施例之範例圖表，其顯示出證實圖1A至圖1B的系統之平頂強度的雷射薄片光束的產生之實驗結果。
圖3顯示根據本揭露的實施例之在使用圖1A至圖1B的系統光束整形(beam shaping)之前和之後的XY平面中的雷射光束剖面。
【發明內容及實施方式】
所揭露的是用於平頂強度的雷射薄片光束之產生的系統及技術。系統包括在第一光學部件處被定向的光的源，第一光學部件佈置來接收光並產生光射線的球面像差(spherical aberration)(例如，三階正像差)。球面像差導致光在第一平面中的正像差，且還導致光在垂直於第一平面的第二平面中被實質地準直。在一些案例中，光的源係由雷射二極體所提供，且第一光學部件為非球面透鏡(aspherical lens)及球面透鏡中的一者。系統還包括第二光學部件，用於使光在第二平面中聚焦。在一些案例中，第二光學部件為柱面透鏡(cylindrical lens)。在一些例子中，由第一光學部件所導致的三階正像差將光源塑形以獲得沿著雷射薄片長度方向的均勻強度，且柱面透鏡 在薄片厚度方向上壓縮雷射強度剖面以達成理想的剖面。根據本揭露內容，許多變化和配置將是顯而易見的。
總體概述
特色為沿著薄片長度方向的均勻照射度分佈之平頂強度的雷射薄片光束在各種雷射技術(例如，雷射雕刻、鑽孔、粒子圖像測速(Particle Image Velocimetry，PIV)、雷射誘導螢光(Laser-Induced Fluorescence，LIF)、硬化、退火及包覆等)中為重要的。如同上面所描述的，最常見的雷射空間模態為TEM00模態，其以高斯剖面來傳遞雷射光束。為了達成平頂強度的雷射薄片光束，必需使用特殊的技術來將原始的雷射剖面(例如，TEM00模態雷射的高斯剖面)轉換成理想的平頂強度的雷射薄片剖面。目前用於達成平頂強度的雷射剖面的技術需要複雜、客製化的元件，例如，吸收性透鏡(absorbing lens)、二元相光柵(binary phase grating)、可變形的鏡、以及專用的繞射光學元件，其為難以製造的並因此而為昂貴的。此外，複雜、客製化的元件通常亦需要較長的作業距離(working distance)，以達成理想的平頂強度的雷射薄片剖面。
因此，且根據本揭露的一個或多個實施例，所揭露的系統係用於平頂強度的雷射薄片光束的產生。在一些實施例中，平頂強度的雷射薄片剖面可使用非專用的元件來達成，非專用元件可減少達成雷射剖面的成本且還可允許相 較於其它系統之較小的形狀因素(form factor)。在此結合用於平頂強度的雷射薄片光束的產生所使用的詞語「非專用」包括球面、非球面及柱面的光學部件，例如，透鏡。這些非專用元件可被與使用在用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之其它技術中的專用元件(例如，吸收性透鏡、二元相光柵、可變形的鏡、以及專用的繞射光學元件)相比較，以提供幾個範例。如上所述，這些專用元件為複雜且高度客製化的，使得這些專用元件的製造為困難且昂貴的。
在一些實施例中，藉由取得高斯剖面的雷射源並使用三階正像差來獲得沿著雷射薄片長度方向的均勻強度，結合壓縮在薄片厚度方向上的雷射強度剖面，平頂強度的雷射薄片剖面被達成。在一些這樣的實施例中，系統包括雷射二極體、非球面(或球面)透鏡以及柱面透鏡。雷射二極體提供高斯剖面的雷射源(例如，在TEM00中操作)。非球面透鏡產生在雷射源上的三階正像差，非球面透鏡被與雷射二極體對齊，且具有面向雷射二極體以接收高斯剖面的雷射源的非球面/球面側。由非球面透鏡所導致的三階正像差在單一平面上建立具有正像差的準直光束。通常情況下，由於缺乏焦點的建立，球面像差(例如，三階正像差)在雷射系統中被避免。然而，於在此被以各種不同方式描述的雷射系統中，球面像差有助於達成平頂強度的雷射剖面，如同根據本揭露內容將是顯而易見的。柱面透鏡接收來自非球面透鏡的光束，以將此光束聚 焦在另一平面中並因而建立平頂強度的雷射薄片剖面。所產生的具體雷射剖面可能依據許多因素，例如，雷射輸出發散角、雷射焦距、雷射尺寸以及由第一透鏡(例如，由非球面或球面透鏡)所導致的三階正像差。換言之，非球面(或球面)透鏡從球面像差產生平頂雷射剖面，且接著柱面透鏡藉由將雷射僅聚焦在一個方向上而產生薄片，其中，此兩者的結合達成平頂強度的雷射薄片剖面。
一般而言，在此被以各種不同方式描述的用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之系統及技術可被用於各種不同的應用，例如，雷射雕刻、鑽孔、粒子圖像測速(PIV)、雷射誘導螢光(LIF)、硬化、退火及包覆等，以提供幾個範例應用。對於一些這樣的應用，具有均勻強度的雷射薄片之平頂強度的雷射薄片光束剖面的使用可使得更準確的結果為可能的，且還使得整體製程更容易去控制。在一個範例應用中，在雷射雕刻應用期間使用平頂強度的雷射薄片光束剖面可導致更準確且均勻的溝形成，且更容易控制製程。在另一個範例應用中，在散射應用期間使用平頂強度的雷射薄片光束剖面可導致獨立於雷射光束剖面，這是因為其為平坦的(例如，相較於高斯剖面)。
在一些實施例中，在此被以各種不同方式描述的系統及技術可被用於環境微粒物質感測器開發。微粒物質感測器測量技術係基於使由通過光束的微粒所散射的光關聯到其微粒的直徑。因此，具有均勻強度的光束(例如，平頂強度的雷射薄片光束)可有助於確保微粒散射信號是僅基 於微粒的直徑。例如，在高斯(非均勻)光束剖面的情況下，在微粒物質感測器測量應用中之來自微粒的散射信號將不僅基於微粒的直徑，且還基於微粒與高斯雷射光束剖面的交叉位置，這是因為光束不具有均勻強度，導致微粒在通過光束的中心線及朝向光束的邊緣時散射更多的光。對於均勻強度的光束剖面(例如，使用在此被以各種不同方式描述的系統及技術而達成的平頂強度的雷射薄片光束剖面)之各種其它的應用根據本揭露內容將是顯而易見的。
在此被以各種不同方式描述的用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之系統及技術提供許多益處及優點。在一些實施例中，系統和技術使用非專用元件而不需要一般使用來產生平頂強度的雷射薄片剖面的專用元件(例如，吸收性透鏡、二元相光柵、可變形的鏡、以及專用的繞射光學元件)，非專用元件為容易獲得的光學部件(例如，可廣泛地從各種光學部件供應商獲得的現貨(off-the-shelf))，例如，非球面、球面及柱面透鏡。因此，系統及技術可達成用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之有成本效益的解決方案。此外，相較於，例如，使用專用元件來達成平頂強度的雷射薄片光束的產生之技術，由於在自由空間光學中的專用元件需要精確且繁複地對齊於系統的其它部分，容易獲得的非專用光學部件的使用可提供更容易對齊的額外益處。此外，這種使用專用元件的技術可能需要已被準直的雷射光束。更進一步地，相較於，例如， 使用專用元件來達成平頂強度的雷射薄片光束的產生之技術，容易獲得的光學部件的使用可減少作業距離，以達成較小的形狀因素(例如，小型化)。
在此被以各種不同方式描述的用於平頂強度的雷射薄片光束的產生之系統及技術可以任何適當方式被檢測。例如，目視檢查(visual inspection)及/或反向工程(reverse engineering)可被使用來判斷雷射系統是否依序包括雷射二極體、非球面透鏡及柱面透鏡。此外，關於雷射系統的產品文獻、廣告以及其他材料可被檢查以判斷在此被以各種不同方式描述的雷射系統的部件是否存在。在一些情況下，能夠達成平頂強度的雷射薄片剖面的雷射系統、以及相較於能夠達成雷射剖面之傳統系統具有相對小的形狀因素的雷射系統可能為在此被以各種不同方式描述的系統。根據本揭露內容，許多變化和配置將是顯而易見的。
範例系統及技術
圖1A到圖1B顯示根據本揭露的實施例之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的範例系統100。雖然系統100被稱為包括多個部件的系統，但系統100亦可為容納所有在此被以各種不同方式描述的系統100的部件之單一裝置。如同所見的，在範例實施例中，系統100包括雷射二極體110、非球面透鏡120、柱面透鏡130以及工件140。圖1A顯示在XZ平面中的系統100，且光115射線 循著軌跡通過光學元件120及130。圖1B顯示在YZ平面中的系統100，且光115射線循著軌跡通過光學元件120及130。需注意的是，YZ平面係垂直於XZ平面。距離D1為雷射二極體110的發光部與非球面透鏡120之間的距離，距離D2為非球面透鏡120與柱面透鏡130之間的距離，且D3為柱面透鏡130與工件140之間的距離。距離D1、D2及D3將同樣用於討論在這些區段中的光115、以及光115如何受到光學部件120及130的影響。系統110及被包含在其中的部件將在下文中更詳細地被說明。
在此範例實施例中，系統100的光源為雷射二極體110。然而，在其它實施例中，光源可為能夠產生雷射光的其它適當光源。在此範例實施例中，雷射二極體110以基本橫向模態(transverse mode)或TEM00模態運作，從而發射近似於高斯剖面的光束。在其它實施例中，雷射二極體110可能以其它適合的橫向模態運作，例如，更高階的模態(例如，TEM01、TEM10、TEM11、TEM02等)。從雷射二極體110所發射的光115具有兩個不同的發散角(divergence angle)：快軸(fast axis)及慢軸(slow axis)。在圖1A至圖1B的範例系統100中，光115在+Z方向上傳播。雷射二極體110被定位為使得在XZ平面(如圖1A所示)中具有相對較大的發散角輸出，這是由於較快的發散軸為在XZ平面中。此外，雷射二極體110被定位為使得在YZ平面(如圖1B所示)中具有 相對較小的發散角，這是由於較慢的發散軸為在YZ平面中。比較在圖1A的區段D1及圖1B的區段D1中的從雷射二極體110所發射的光115，可明瞭的是，相較於在圖1B的YZ平面視圖，光115在圖1A的XZ平面視圖中較快地發散且具有較大的角輸出。此對齊將被關聯到柱面透鏡130的對齊，如同下文中更詳細地被說明的。
在此範例實施例中的系統100包括兩個光學部件：非球面透鏡120及柱面透鏡130。如可從圖1A至圖1B所見的，非球面透鏡120被定位為其非球面(或球面)側122朝向雷射二極體110，使得光115首先通過非球面透鏡120的非球面側122。當光115通過非球面透鏡120時，其產生球面像差，且更具體地為產生三階正像差。以此方式，由於球面像差通常因為缺乏焦點的建立而被避免，非球面透鏡120以非典型的方式(例如，以與一般相反的方式)被使用。在系統100中，由於球面像差使光115的射線作成相對於系統100的光軸之大角度，球面像差為理想的，以達成光115的平頂剖面。明顯地作成相對於光軸之大角度的這種射線被帶到不同的焦點，如可從圖1A中所見的(例如，區段D3顯示來到不同焦點的射線)。在一些實施例中，球面透鏡可被使用來替代系統100中的非球面透鏡120，以建立球面像差。然而，如圖1A所顯示地被定向的非球面透鏡相較於同樣尺寸的球面透鏡會導致較大的球面像差，允許作業距離被最小化。在XZ平面中具有正像差之被準直的光束(例如，在區段D2中的光)接 著通過柱面透鏡130，其僅在YZ平面中使光115聚焦。
需注意的是，雖然光115在圖1B中被顯示為在通過非球面透鏡120之後(例如，在區段D2中)完美地被準直，使得光射線為平行的且將隨著射線傳播在YZ平面中最小地擴展，本揭露內容不需要如此限制。在實際應用中，達成如圖1B的區段D2中所顯示之完美地被準直的光為困難或不可能的。例如，在一些實施例中，圖1B的YZ平面中的光可在通過非球面透鏡120之後被實質地準直，使得射線單獨或共同地從精確平行偏離不超過0.5、1、2、3、5、10、15或20度或其它適合的量，這是依據最終用途(end use)或目標應用而定。此外，在一些實施例中，實質地準直可相對於非球面透鏡120的直徑而被測量，使得實質地準直表示出射線在特定距離之前(例如，在至少1、2、3、5、10或20倍的D1(雷射二極體110與非球面透鏡120之間的距離)之前)不會擴展超過透鏡120的直徑，以提供具體的範例，或基於一些其它適合的相對測量。在一些這樣的實施例中，即使若射線擴展超過透鏡120的直徑，平頂強度的雷射薄片光束仍可被產生。然而，系統100在射線並未擴展或很小地擴展超過透鏡120的直徑的例子中可為更有效率的，這是由於關聯到此種射線的光功率將會被浪費。
在此範例實施例中，在圖1A所顯示的XZ平面中，由於在此平面中(例如，相較於在YZ平面中)的較大雷射二極體發散角，三階像差效應是占主導地位的。因此， 周邊射線及近軸射線不會聚焦在相同的點上，導致強度重新分佈，並產生，例如，平頂強度的雷射薄片光束剖面之均勻、平頂部分。在圖1B所顯示的YZ平面中，由於定向在此平面中的較小雷射二極體發散角，光束115行進通過少得多的像差，且除此之外，在YZ平面中的光束產生良好聚焦的點，柱面透鏡130的焦點係位於此處。據此，柱面透鏡130可被使用來在薄片厚度方向上壓縮雷射強度剖面，造成，例如，平頂強度的雷射薄片光束剖面之雷射薄片部分。XZ平面中的平頂剖面與YZ方向上之均勻、聚焦的點的結合可達成平頂強度的雷射薄片剖面。
由於部件110、120和130以及距離D1、D2和D3若想要的話可依據最終用途或目標應用而被選擇，系統100為高度可客製化及可配置化的。例如，各種不同的雷射二極體或雷射光源可被使用來提供系統100中的光源，且可根據系統100之想要的功率、尺寸及/或應用來選擇光源的性能。在一些情況下，雷射二極體及雷射薄片厚度目標可主宰能夠選擇之透鏡的不同組合。在一些情況下，平頂強度的產生可依據雷射輸出發散角、焦距長度及尺寸、及/或第一光學部件(例如，非球面透鏡120)的三階正像差的量的組合效果。在一些情況下，距離D1及D2，以及部件110、120及130在Z維中的尺寸可決定系統100的尺寸。在一些這樣的情況下，由於從柱面透鏡130到工件140的距離可被視為是在系統100所需的整個空間中，故距離D3亦可貢獻系統100的作業距離。根據本揭露內 容，許多變化和配置將是顯而易見的。
圖2A到圖2B顯示根據本揭露的實施例之圖表210及220，圖表210及220顯示出證實系統100的平頂強度的雷射薄片光束的產生之實驗結果。圖表210及220係使用基於光束掃描器(beam scanner)的狹縫而作成，以測量雷射光束剖面。圖2A的圖表210顯示X軸上的雷射光束剖面，且圖2B的圖表220顯示在Y軸上的雷射光束剖面。結果顯示具有2.1毫米x 60微米截面之XY平面尺寸的雷射薄片，且X方向上的平坦區域涵蓋的尺寸為約2毫米(從約4000微米到約5800微米，如可在圖2A中所見的)。需注意的是，圖2A的圖表210中所顯示的側峰可藉由截波(clipping)而被移除(例如，藉由使光束通過適當尺寸的孔)。
圖3顯示根據本揭露的實施例之在使用系統100光束整形之前和之後的XY平面中的雷射光束剖面310及330。由於其為由雷射二極體110所產生的剖面，雷射光束剖面310近似於高斯剖面。雷射光束剖面320為由系統100所產生之平頂強度雷射薄片剖面，其為來自雷射二極體110的雷射光通過非球面透鏡120並接著通過柱面透鏡130以導致在此所描述的各種光束整形的結果。
更多的範例實施例
以下範例涉及更多的實施例，從其中可以看出數種排列和配置。
範例1為一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，該系統包含：光的源；第一光學部件，用於接收該光並產生球面像差，導致該光在第一平面中的正像差，且還導致該光在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直；以及第二光學部件，用於在該第二平面中使該光聚焦。
範例2包括範例1的主題，其中，該球面像差為三階正像差。
範例3包括範例1至2之任一者的主題，其中，該光的源為來自雷射二極體。
範例4包括範例1至3之任一者的主題，其中，該第一光學部件為非球面透鏡。
範例5包括範例4的主題，其中，該非球面透鏡具有非球面側，且其中，該非球面側面對該光的源。
範例6包括範例1至3之任一者的主題，其中，該第一光學部件為球面透鏡。
範例7包括範例1至6之任一者的主題，其中，該第二光學部件為柱面透鏡。
範例8包括範例1至7之任一者的主題，其中，該光的源在該第一平面中具有相較於在該第二平面中更大的發散角輸出。
範例9包括範例1至8之任一者的主題，其中，該光的源近似於高斯剖面(Gaussian profile)。
範例10包括範例1至9之任一者的主題，其中，該 光的源以TEM00模態運作。
範例11為一種環境微粒物質感測器，其包括範例1至10之任一者的系統。
範例12為一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，該系統包含：雷射二極體，配置來提供光；非球面透鏡，具有非球面側且佈置來接收來自該雷射二極體的該光，其中，該非球面側面對該雷射二極體；以及柱面透鏡，佈置來接收來自該非球面透鏡的該光。
範例13包括範例12的主題，其中，該非球面透鏡產生球面像差，導致該光在第一平面中的正像差。
範例14包括範例13的主題，其中，該非球面透鏡還導致該光在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直。
範例15包括範例12至14之任一者的主題，其中，該柱面透鏡使該光在單一平面上聚焦。
範例16包括範例12至15之任一者的主題，其中，該柱面透鏡將該光導引為平頂強度雷射薄片光束剖面。
範例17包括範例12至16之任一者的主題，其中，從該雷射二極體所提供的該光在第一平面中具有相較於在垂直於該第一平面的第二平面中更大的發散角輸出。
範例18包括範例12至17之任一者的主題，其中，從該雷射二極體所提供的該光近似於高斯剖面。
範例19包括範例12至18之任一者的主題，其中，從該雷射二極體所提供的該光以TEM00模態運作。
範例20為一種環境微粒物質感測器，其包括範例12至19之任一者的系統。
範例21為一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，該方法包含：提供光的源；將該光的源導引朝向第一光學部件，該第一光學部件導致該光的球面像差，導致該光在第一平面中的正像差，且還導致該光在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直；以及將來自該第一光學部件的該光導引朝向第二光學部件，該第二光學部件導致該光在該第二平面中被聚焦。
範例22包括範例21的主題，其中，該球面像差為三階正像差。
範例23包括範例21至22之任一者的主題，其中，該光的源為從雷射二極體被提供。
範例24包括範例21至23之任一者的主題，其中，該第一光學部件為非球面透鏡。
範例25包括範例24的主題，其中，該非球面透鏡具有非球面側，且其中，該非球面側面對該光的源。
範例26包括範例21至23之任一者的主題，其中，該第一光學部件為球面透鏡。
範例27包括範例21至26之任一者的主題，其中，該第二光學部件為柱面透鏡。
範例28包括範例21至27之任一者的主題，其中，該光的源在該第一平面中具有相較於在該第二平面中更大的發散角輸出。
範例29包括範例21至28之任一者的主題，其中，該光的源近似於高斯剖面。
範例30包括範例21至29之任一者的主題，其中，該光的源以TEM00模態運作。
範例31為一種環境微粒物質感測器測量技術，其包括範例21至30之任一者的方法，其中，該技術係基於使由通過該雷射薄片光束的微粒所散射的光關聯到該微粒的直徑。
為了說明及描述的目的，已呈現範例實施例的前述說明。此描述並非意圖將本揭露內容詳盡列舉或限制為所揭露的精確形式。根據本揭露內容，許多修改及變化為可能的。本揭露內容並非意圖限制各種實施例的範疇。請求此申請案的優先權之將來提交的申請案可能以不同的方式請求所揭露的主題，且可能大致地包括如在此以各種形式揭露或示範的一個或多個限制的任意組合。
310‧‧‧雷射光束剖面
320‧‧‧雷射光束剖面

Claims (25)

  1. 一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，該系統包含：光的源；第一光學部件，用於接收該光並產生球面像差，導致該光在第一平面中的正像差，且還導致該光在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直；以及第二光學部件，用於在該第二平面中使該光聚焦。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該球面像差為三階正像差。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該光的源為來自雷射二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該第一光學部件為非球面透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該非球面透鏡具有非球面側，且其中，該非球面側面對該光的源。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該第一光學部件為球面透鏡。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該第二光學部件為柱面透 鏡。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該光的源在該第一平面中具有相較於在該第二平面中更大的發散角輸出。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該光的源近似於高斯剖面。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該光的源以TEM00模態運作。
  11. 一種環境微粒物質感測器，其包括如申請專利範圍第1至10項任一項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統。
  12. 一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，該系統包含：雷射二極體，配置來提供光；非球面透鏡，具有非球面側且佈置來接收來自該雷射二極體的該光，其中，該非球面側面對該雷射二極體；以及柱面透鏡，佈置來接收來自該非球面透鏡的該光。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該非球面透鏡產生球面像差，其導致該光在第一平面中的正像差。
  14. 如申請專利範圍第13項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該非球面透鏡還導致該光 在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直。
  15. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該柱面透鏡使該光在單一平面上聚焦。
  16. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，該柱面透鏡將該光導引為平頂強度雷射薄片光束剖面。
  17. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，從該雷射二極體所提供的該光在第一平面中具有相較於在垂直於該第一平面的第二平面中更大的發散角輸出。
  18. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，從該雷射二極體所提供的該光近似於高斯剖面。
  19. 如申請專利範圍第12項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統，其中，從該雷射二極體所提供的該光以TEM00模態運作。
  20. 一種環境微粒物質感測器，其包括如申請專利範圍第12至19項任一項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統。
  21. 一種用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，該方法包含：提供光的源；將該光的源導引朝向第一光學部件，該第一光學部件 導致該光的球面像差，導致該光在第一平面中的正像差，且還導致該光在垂直於該第一平面的第二平面中被實質地準直；以及將來自該第一光學部件的該光導引朝向第二光學部件，該第二光學部件導致該光在該第二平面中被聚焦。
  22. 如申請專利範圍第21項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，其中，該光的源為從雷射二極體被提供。
  23. 如申請專利範圍第21項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，其中，該第一光學部件為非球面透鏡。
  24. 如申請專利範圍第21項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，其中，該第二光學部件為柱面透鏡。
  25. 一種環境微粒物質感測器測量技術，其包括如申請專利範圍第21至24項任一項之用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的方法，其中，該技術係基於使由通過該雷射薄片光束的微粒所散射的光關聯到該微粒的直徑。
TW105128648A 2015-09-21 2016-09-05 用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統 TWI697661B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/859,489 2015-09-21
US14/859,489 US9927620B2 (en) 2015-09-21 2015-09-21 System for flat-top intensity laser sheet beam generation
WOPCT/US16/42447 2016-07-15
PCT/US2016/042447 WO2017052721A1 (en) 2015-09-21 2016-07-15 System for flat-top intensity laser sheet beam generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201723458A true TW201723458A (zh) 2017-07-01
TWI697661B TWI697661B (zh) 2020-07-01

Family

ID=58282342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105128648A TWI697661B (zh) 2015-09-21 2016-09-05 用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9927620B2 (zh)
TW (1) TWI697661B (zh)
WO (1) WO2017052721A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109143594A (zh) * 2018-09-18 2019-01-04 深圳市深视智能科技有限公司 一种像差控制的线激光能量匀化系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102331470B1 (ko) * 2016-04-15 2021-11-26 포세온 테크날러지 인코퍼레이티드 좁은 폭 방사를 통한 방출 및 경화를 위한 방법 및 시스템
US10670523B2 (en) 2016-04-19 2020-06-02 Intel Corporation Particulate matter measurement using light sheet generation and scattering analysis
CN111316154A (zh) * 2017-11-09 2020-06-19 株式会社彩世 光学元件以及激光照射装置
US10823659B2 (en) * 2018-04-03 2020-11-03 Nanozen Industries Inc. One dimensional beam homogenization with a single aspheric lens for accurate particle sizing instrumentation
CN111258076A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 福州高意光学有限公司 一种可实现激光光束匀化功能的光学系统
CN110416872A (zh) * 2019-07-31 2019-11-05 天津大学 弧度和宽度可调谐的弧形光束发射系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5373395A (en) 1993-05-10 1994-12-13 Adachi; Yoshi Optical system to obtain uniform illumination from diode laser
US6246524B1 (en) 1998-07-13 2001-06-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing semiconductor device
JP2006317508A (ja) 2005-05-10 2006-11-24 Yokogawa Electric Corp 光強度分布補正光学系およびそれを用いた光学顕微鏡
US7400457B1 (en) 2007-01-04 2008-07-15 Stockeryale Canada Inc. Rectangular flat-top beam shaper
CN201805141U (zh) 2010-07-15 2011-04-20 武汉滨湖电子有限责任公司 一种基于大功率半导体激光器的均匀激光线装置
US9244274B2 (en) * 2013-12-09 2016-01-26 Lumentum Operations Llc Reducing optical aberrations with graded-index optics
US9285593B1 (en) * 2013-12-20 2016-03-15 AdlOptica Optical Systems GmbH Method and apparatus for shaping focused laser beams

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109143594A (zh) * 2018-09-18 2019-01-04 深圳市深视智能科技有限公司 一种像差控制的线激光能量匀化系统

Also Published As

Publication number Publication date
US9927620B2 (en) 2018-03-27
TWI697661B (zh) 2020-07-01
US20170082861A1 (en) 2017-03-23
WO2017052721A1 (en) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI697661B (zh) 用於平頂強度的雷射薄片光束的產生的系統
US9527246B2 (en) Optical irradiation device for a system for producing three-dimensional work pieces by irradiating powder layers of a powdered raw material using laser radiation
JP2020073873A (ja) フローサイトメーターシステムのビーム整形光学系およびこの光学系に関連する方法
CN106842587B (zh) 衍射光学方法实现高斯光整形为超高长宽比的极细线型均匀光斑
KR20110041437A (ko) 빔 형성 장치 및 방법
EP2730363B1 (en) Optical system and laser processing apparatus
JP6045708B2 (ja) レーザー走査装置
US20110210099A1 (en) Method and arrangement for firm bonding of materials
US9892811B2 (en) Optical design method for X-ray focusing system using rotating mirror, and X-ray focusing system
US20200182773A1 (en) One Dimensional Beam Homogenization with a Single Aspheric Lens for Accurate Particle Sizing Instrumentation
EP2851934A1 (en) Laser-driven light source
US20200039005A1 (en) Device and method for laser-based separation of a transparent, brittle workpiece
JP6800963B2 (ja) ワークピースのレーザー溶接のためのレーザー加工機および方法
US9625727B2 (en) Device for homogenizing a laser beam
TWI697162B (zh) 用於產生線狀的強度分佈的雷射輻射的裝置
JP2014155932A (ja) レーザ照射装置及びレーザ照射方法
Blomqvist et al. Multi-kW laser cladding using cylindrical collimators and square-formed fibers
CN113552723A (zh) 用于形成线束的设备
CN112684464A (zh) 用于投射激光线的设备及方法、光探测测距设备
KR101845292B1 (ko) 레이저 빔 성형 장치
JP2009251381A (ja) レーザ照射装置
JP2005531037A (ja) レーザ光線の自動センタリング装置及びこの装置の製造方法
Moreno Optimized IR synchrotron beamline design
RU134839U1 (ru) Устройство для лазерной маркировки с коллиматором излучения лазера
WO2023243086A1 (ja) レーザ加工ヘッド、レーザ加工装置および金属製製造物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees