WO2019158497A1 - Optical system for processing at least one incident laser beam - Google Patents

Optical system for processing at least one incident laser beam Download PDF

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WO2019158497A1
WO2019158497A1 PCT/EP2019/053374 EP2019053374W WO2019158497A1 WO 2019158497 A1 WO2019158497 A1 WO 2019158497A1 EP 2019053374 W EP2019053374 W EP 2019053374W WO 2019158497 A1 WO2019158497 A1 WO 2019158497A1
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laser beam
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sub
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PCT/EP2019/053374
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Berthold Burghardt
Hans-Juergen Kahlert
Johannes Richter
Sebastian Geburt
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Innovavent Gmbh
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    • G02B27/10Beam splitting or combining systems

Definitions

  • the invention relates to an optical system for processing at least one incoming laser beam, in particular, for example, for so-called laser lift-off applications or for a system for processing thin-film layers.
  • the invention further relates to a method for processing at least one incoming laser beam.
  • the technique presented below generally serves to process and improve at least one property of an incoming laser beam for the subsequent further processing of the laser beam, in particular for laser processing technologies in the broadest sense, such as laser lift-off applications or the processing of thin-film layers.
  • Laser Lift Off applications dissolve plastic substrates from a glass substrate.
  • a laser line ie a lighting line
  • the bond is dissolved with the laser beam and the plastic substrate is thus separated contactlessly from the glass substrate.
  • flexible OLED displays are produced on PI films, which are glued on glass plates for the manufacture ⁇ ment.
  • the z For example, by incorporating vapor deposition and photolithography processes, the display substrate is detached from the glass slide using a laser lift-off (LLO) process.
  • LLO laser lift-off
  • an LLO process is, for example, the detachment of flexible OLED display substrates from a glass slide.
  • a flat glass plate of z. B. 0.5 mm thick polyimide films of several 10-100 pm pasted, on which OLED display structures are built.
  • a laser line is focused by the 343 nm or 355 nm transparent glass on the Kunststoff ⁇ fabric film.
  • the bond is released by making a 20-50 pm wide line at a speed of 50-300 mm / s is moved over it.
  • the plastic substrate remains undamaged and the flexible OLED display substrate can be used for further processing z. B. be used in smartphones.
  • Another application of the technique presented concerns the processing of thin film layers.
  • thin-film transistors in English: Thin Film Transistor, in short: TFT
  • semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si)
  • Si silicon
  • a-Si is used as the semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si)
  • the thickness of the semiconductor layer is z. 50 nm, which is typically on a substrate (eg glass substrate) or other substrate.
  • the layer is illuminated with the light of the laser, for example a pulsed solid-state laser.
  • the light with a wavelength of z. B. 532 nm or 515 nm formed into a line of illumination, see, for. B. DE 10 2012 007 601 Al or WO 2013/156384 Al.
  • lasers with wavelengths of 343 nm and 355 nm have also been used for these processes.
  • the laser beam can be shaped such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis.
  • the laser beam thus formed can be imaged on the basis of an imaging device arranged downstream in the beam path of the laser beam of the beam shaping device in order to generate the illumination line from the light of the laser beam.
  • a corresponding optical system is described for example in DE 10 2015 002 537.
  • the beam-shaping device may, for example, comprise an anamorphic optical system and have different imaging properties with respect to a first and a second imaging axis.
  • the beam ⁇ shaping means may be arranged to produce a laser beam at a location directly in front of the imaging device from laser light whose beam profile having a long axis and a short axis, wherein the beam profile in the long axis of a (largely) homogenized (or, in substantially homogeneous) In ⁇ tensticiansver republic has.
  • the imaging device then focused to generate the short axis of the illumination line (insbesonde ⁇ re exclusively) the short axis of the beam profile produced by the beam shaping means directly in front of the imaging device.
  • the imaging device has (in particular) no focusing properties, in particular with respect to the long axis, so that the long axis of the beam profile generated by the beam-shaping device directly in front of the imaging device remains virtually unchanged by the image. Passing device and thus can correspond to the long axis of the illumination line.
  • the illumination line like the previously formed beam profile of the laser beam, has a short axis and a long axis, and for the sake of clarity, the short axis of the beam profile of the laser beam, in particular, corresponds to the illumination line before imaging by the imaging device, and the long axis of the beam profile corresponds to the (homogenized) long axis of the illumination line.
  • the intensity distribution of the illumination line along the long axis is ideally rectangular and has, for example, a length (or full width at half maximum, in short: FWHM) of several 100 mm, eg. B. 750 mm to 1000 mm or longer, on.
  • the intensity distribution along the short axis is typically Gaussian and has a FWHM of about 5 pm to 100 pm.
  • the short and the long axis thus form a relatively high aspect ratio.
  • the illumination line is s out with a feed rate of about 1 mm / s to 50 mm / s, before ⁇ preferably 10 mm / 20 mm / s in direction of the short axis over the semiconductor layer.
  • the intensity (in the case of continuous wave lasers) or the pulse energy (in the case of pulsed lasers) of the light beam is adjusted such that the half ⁇ conductor layer for a short time (ie, on a time scale of about 50 ns to 100 ps) on ⁇ melts and when solidified crystalline layer with improved electrical properties.
  • the depth of field of the illumination line with respect to the focusing along its short axis is of great importance.
  • variations in the thickness and / or position of the illuminated substrate may cause the surface of the substrate to be illuminated to no longer be in the focus of the illumination line, resulting in inconsistent or varying illumination intensity and thus in inconsistent quality Lighting can lead.
  • inconsistent or varying illumination intensity can lead.
  • inconsistent quality Lighting can lead.
  • the quality of the process produced by the illumination, and thus of the final product, can thus suffer significantly.
  • one or more laser beams which have been processed and improved in such a way that they produce a laser beam (in particular an illumination line) focused at least along one axis, wherein the depth of field of the generated focus is improved and wherein a profile of the focused beam along the short (focused) beam axis is substantially symmetrical.
  • an optical system for processing an incident laser beam comprises a beam splitting device for splitting an incident laser beam into a first partial beam and a second partial beam so that a cross section of the first partial beam corresponds to a first section of a cross section of the incident laser beam and a cross section of the second partial beam corresponds to a second section of the cross section of the incident laser beam wherein the first portion and the second portion differ from one another.
  • the optical system further comprises a Umpolarmaschines adopted arranged in the beam path of the first sub-beam or the second sub-beam for rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 ° and a beam combining means for coaxially combining the first sub-beam and the second sub-beam to a unified laser beam.
  • the beam splitting device may for example comprise a mirror. The mirror can partially protrude into the beam path of the incident laser beam in such a way that a predetermined component, ie a second component beam with a predetermined cross section, is split off from the incident laser beam. The remaining partial beam of the incident laser beam corresponds in this case to the first partial beam.
  • the first portion and the second portion of the cross section of the incident laser beam deviate from each other such that the cross section of the incident laser beam is composed of the first portion and the second portion, wherein the first portion and the second portion in the incident laser beam no overlap have each other.
  • the Umpolarmaschines shark includes, for example, a lambda / 2-plate, which is adapted to linearly polarized light of a predetermined wavelength lambda (in particular the wavelength of the incident laser beam) to rotate by 90 °.
  • the repolarizing means may be adapted to polarize the polarization of a linearly polarized sub-beam (ie to rotate the beam axis) such that it has its polarization with respect to the beam combining means of s-polarized to p-polarized or p-polarized to s. polarized changes.
  • the beam combining device can be set up, for example, to combine the two partial beams so that a cross section of the first partial beam and a cross section of the second partial beam largely overlap after the connection.
  • an overlapping area of the cross section of the first partial beam and the cross section of the second partial beam can be selected to be maximum.
  • a beam parameter product of the merged laser beam can be halved compared to the incident laser beam along a first axis, with the beam parameter product being kept constant along an axis perpendicular to the first axis.
  • the depth of field of that focus is improved as compared to focusing the incident laser beam.
  • a Intensticiansvertei ⁇ development of the combined laser beam can be generated with a low profile or a minimum in the middle, which is especially suitable for further efficient beam parameter product reduction, for example, using a staircase mirror assembly.
  • the optical system may further comprise a beam generating device for generating the incident laser beam so that the incident laser beam is linearly polarized.
  • the beam combining device may comprise a polarizer (in particular a thin-film polarizer) which is adapted to transmit one of the two partial beams (first partial beam and second partial beam) and to reflect the other of the two partial beams so that the first partial beam and the second partial beam are combined ,
  • the beam generating device may include a laser beam source and, optionally, a downstream linear polarizer such that the laser beam output from the beam generating device is linearly polarized along a predetermined polarization axis (eg, x-axis or y-axis).
  • a predetermined polarization axis eg, x-axis or y-axis
  • the polarizer of the beam combining device may, for example, be a thin-film polarizer (also: thin-film polarizer).
  • the polarizer may be configured to transmit p-polarized light relative to the polarizer and to reflect s-polarized light.
  • p-polarized (parallel polarized) light is linearly polarized light whose electric field (E-field) is in the plane of incidence of the associated light beam with respect to the polarizer.
  • E-field electric field
  • s-polarized (perpendicularly polarized) light is linearly polarized light whose electric field is perpendicular to the above-mentioned plane of incidence.
  • the Umpolarmaschines healthy is thus provided either in the first partial beam or in the second partial beam, so that the original linear polarization of the incident laser beam is rotated in this partial beam by 90 °.
  • a partial beam which is s-polarized with respect to the beam combining device and a partial beam which is p-polarized with respect to the beam combining device impinge on the beam combining device.
  • the p-polarized partial beam is transmitted by the beam combining device and the s-polarized partial beam is reflected. This results in a unified laser beam whose beam direction extends along the transmitted p-polarized sub-beam.
  • the optical system may comprise at least one beam deflection device which is adapted to the partial beam which reflects on the polarizer is so directed to the polarizer that this partial beam incident on a Brewster angle of the polarizer (in particular with respect to the wavelength of the sub-beam) on the polarizer.
  • the radiation-deflecting device may comprise, for example, a mirror.
  • the Brewster angle is defined as the angle of incidence of the laser beam with respect to a surface normal of the beam combining device. For example, for synthetic quartz at the wavelength of 343 nm, the Brewster angle is 56 °.
  • the partial beam can impinge, for example, at an incident angle of 56 ° on the polarizer.
  • a polarizer can be used which has a coating on only one side.
  • the beam splitting device may comprise a mirror, which is designed to reflect the second partial beam out of the incident laser beam so that the second partial beam is deflected and a remaining portion of the incident light beam represents the first partial beam.
  • the mirror may, for example, comprise a straight edge along which the incident laser beam is split.
  • the beam splitting device may be configured to divide the incident laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the incoming laser beam so that the first section and the second section have substantially the same cross-sectional area.
  • a cross-sectional area of the first partial beam and a cross-sectional area of the second partial beam may thus correspond, for example, to a semicircle or a halved oval (for example a halved ellipse).
  • the optical system may further comprise a beam generating means for generating the incident laser beam so that the incident laser beam has an oval cross-sectional area with a long axis and a short axis.
  • the beam splitter may be configured to split the incoming laser beam along its long axis.
  • the beam splitting device can be set up to divide the incoming laser beam along its short axis.
  • an apparatus for generating a lighting line comprises the optical system according to the first aspect.
  • the apparatus further comprises a staircase mirror assembly downstream of the optical system arranged to reduce a beam parameter product of the merged laser beam by dividing the merged laser beam into two or more sub-beams, and a staircase optical system downstream lighting line optic adapted to receive the two or more sub-beams using a homogenizing optic and an imaging device as a line of illumination.
  • Downstream of the optical system here means that the staircase mirror assembly is arranged in the beam path behind or behind the optical system.
  • the stair mirror assembly may be configured as described in any of the following documents: Applied Optics, Vol. 24, 20.08.1997, pages 5873 and 5374, DE 103 31 442 A1 and DE 20 2005 021 171.
  • the staircase mirror arrangement can be designed such that it divides the combined laser beam along an axis which is imaged by the illumination line optical system as a short axis becomes.
  • the stair mirror assembly may be configured to split the sub-beam along an axis along which it has previously been split by the beam splitter.
  • the illumination line optical system can, for example, have one or more cylindrical lenses and in particular comprise one or more of the optical elements described in DE 10 2015 002 537 for generating a lighting line.
  • an optical system for processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam.
  • the optical system comprises a first beam splitting device for splitting a first incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the first first incoming laser beam corresponds, wherein the first portion and the second portion differ from each other, arranged in the beam path of the first sub-beam or the second sub-beam first Umpolarmaschines worn for rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 °, a first beam combining means for uniting the second partial beam and a second incident laser beam to a first combined laser beam, a second beam splitter for splitting the first merged laser beam into a third beam and a fourth beam so that
  • the first beam splitting device and the second beam splitting device may each comprise, for example, a mirror.
  • the mirror can partially protrude into the beam path of the incident laser beam such that a predetermined component, ie a second partial beam or a fourth partial beam, each having a predetermined cross section, is split off from the incident laser beam or from the first combined laser beam.
  • the remaining part of the beam incident laser beam in this case corresponds to the first part ⁇ beam.
  • the remaining partial beam of the first combined laser beam corresponds to the third partial beam.
  • the first portion and the second portion of the cross section of the incoming laser beam soft, for example, so from each other, that the cross-section of the incident laser beam from the first portion and the two ⁇ th segment composed, wherein the first portion and the second portion having no overlap with one another.
  • the first Umpolarticians worn and the second Umpolarmaschines include, for example, each a lambda / 2-plate, which is adapted to linearly polarized light of a predetermined wavelength lambda (in particular the wavelength of the respective incident on the lambda / 2-plate laser radiation) to rotate by 90 ° ,
  • the Umpolarmaschines droveen each be adapted to polarize the polarization of a linearly polarized (partial) beam so that this polarization with respect to the first or second Beam combiner changes from s-polarized to p-polarized or from p-polarized to s-polarized.
  • the first beam combining device can be set up, for example, to combine the second partial beam and the second incident laser beam such that a cross section of the second partial beam and a cross section of a portion of the second incident laser beam, which corresponds to the third partial beam after the cleavage by the second beam splitter , overlap as far as possible.
  • the second beam combining device can be configured to combine the first partial beam and the fourth partial beam with one another such that a cross section of the first partial beam and a cross section of the fourth partial beam largely overlap.
  • an outgoing third partial beam and an outgoing second combined laser beam are generated.
  • a beam parameter product of these outgoing beams compared to the two incident laser beams may be halved along an axis with the beam parameter product kept constant along an axis perpendicular to the one axis. If the outgoing laser beams are subsequently focused along the one axis whose beam parameter product has been halved, a depth of field of this focusing can be improved in comparison to a focusing of the incident laser beams.
  • an intensity distribution of the outgoing laser beams can be generated, each with a flat profile or minimum in the middle, which is particularly suitable for further efficient beam parameter product reduction, for example by means of a staircase mirror arrangement.
  • the optical system may further comprise first beam generating means for generating the first incident laser beam so that the first incident laser beam is linearly polarized, and second beam generating means for generating the second incident laser beam so that the second incident laser beam is linearly polarized.
  • the first beam combining device may comprise a polarizer, which is configured to transmit the second incident laser beam and to reflect the second partial beam so that the second incident laser beam and the second partial beam are combined.
  • the second beam combining device may comprise a polarizer, which is adapted to transmit the first partial beam and to the fourth partial beam reflect, so that the first partial beam and the fourth partial beam are combined.
  • the second incident laser beam may be p-polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device.
  • the first incident laser beam may be p polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device, wherein the first Umpolarmaschines favorable is arranged in the second partial beam.
  • the first incident laser beam may be s-polarized with respect to the polarizer of the second beam combining device, the first repolarizing device being arranged in the first sub-beam.
  • the repolarizing means may be arranged in the respective sub-beams so that each of a p-polarized laser beam and an s-polarized laser beam impinges on the first beam combining means and the second beam combining means to be united by them.
  • the optical system can be arranged such that the second partial beam strikes this polarizer at a Brewster angle of the polarizer of the first beam combining device.
  • the optical system may further be arranged so that the four ⁇ th partial beam is incident at a Brewster angle of the polarizer of the second Strahldorfi ⁇ restriction device to this polarizer.
  • the first beam splitting means may comprise a mirror, which is arranged to reflect the second partial beam from the first incident laser beam out so that the second part beam is deflected and a verblei ⁇ bender component of the first incident light beam representing the first partial beam.
  • the second beam splitting device may comprise a mirror, wel ⁇ cher is configured to reflect the fourth sub-beam from the first combined laser ⁇ radiating out, so that the fourth sub-beam is deflected and a remaining portion of the first combined light beam to the third partial beam is ⁇ represents ,
  • the first beam splitter may be configured to split the first incident laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first incoming laser beam so that the first portion and the second portion of the cross section of the first incident laser beam are substantially equal in cross-sectional area respectively.
  • the second beam splitting device may be configured to divide the first combined laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first combined laser beam, so that the The first portion and the second portion of the cross section of the first merged laser beam have a substantially equal cross-sectional area.
  • a device for generating a lighting line comprises the optical system according to the third aspect.
  • the apparatus further includes a staircase mirror assembly downstream of the optical system configured to reduce a beam parameter product of the third sub-beam and the second merged laser beam by dividing the third sub-beam and the second merged laser beam into two or more sub-beams, respectively, and one subsequent to the stair-mirror assembly Illumination line optics which is adapted to image the respective two or more sub-beams using a homogenizing optical system and an imaging device as a common illumination line.
  • the stair mirror assembly may be configured to divide the third sub-beam and the second merged laser beam along an axis which is imaged by the illumination line optics as a short axis.
  • the stair mirror assembly may be configured to split the third sub-beam and the second merged laser beam along an axis along which it has previously been split by the beam splitting devices.
  • the beam parameter product along this axis can be further reduced.
  • a method of processing an incoming laser beam includes splitting an incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the incident laser beam Section and the second section differ from each other, turning a polarization of the first partial beam or the second partial beam by 90 ° and coaxially combining the first partial beam and the second partial beam into a combined laser beam. All of the above-described details of the optical system according to the first aspect can be correspondingly applied to the method according to the fifth aspect.
  • the optical system according to the first aspect may be configured to perform the method according to the fifth aspect.
  • a method of processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam includes splitting a first incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the first incident laser beam.
  • first portion and the second portion deviate from each other, rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 °, merging the second sub-beam and a second incident laser beam into a first merged laser beam, splitting the first merged laser beam into a third sub-beam, and a fourth sub-beam such that a cross-section of the third sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first merged laser beam and a cross-section of the fourth sub-beam corresponds to a second portion of Que corresponds to the first section and the second section, wherein the second partial beam of the first incident laser beam is substantially completely contained in the third partial beam of the first merged laser beam, rotating a polarization of the fourth partial beam by 90 ° and merging the fourth sub-beam and the first sub-beam into a second merged laser beam.
  • optical system according to the third aspect can be applied as appropriate to the method according to the sixth aspect.
  • the optical system according to the third aspect may be configured to perform the method according to the sixth aspect.
  • both aspects are based on the same basic idea for solving the same problem, namely a reduction of the beam parameter product along an axis while remaining the same Beam parameter product along an axis perpendicular to the one axis.
  • a beam parameter product can be halved along an axis, with a constant beam parameter product along an axis perpendicular to the one axis. According to the optical system of the first aspect, this is done by splitting off a partial beam from an incident laser beam and superimposing the split-off partial beam with a remaining partial beam of the incident laser beam.
  • this is done by splitting a partial beam of a first incoming laser beam and superimposition of the split partial beam with a remaining partial beam of a second incident laser beam, wherein the second incident laser beam as a partial beam is split off and a remaining partial beam of the first incident laser beam superimposed becomes.
  • FIG. 1a, 1b show a schematic overview representation of a device for generating a lighting line from different viewing directions, wherein the optical systems described herein can be integrated into this device,
  • FIG. 2 shows details of the homogenization of the laser beam and the generation of the long beam axis according to FIG.
  • Fig. 4b shows the beam propagation, expressed by the beam width (FWHM), as
  • 5a shows a schematic cross-sectional view of a laser beam according to a first comparative example, wherein the laser beam is split and the two partial beams are positioned next to each other
  • 5b shows a perspective view of the beam path according to the first comparative example of FIG. 5a
  • FIG. 5c shows a top view of the beam path according to the first comparison example of FIG. 5a
  • 6a is a perspective view of the beam path according to a
  • FIG. 6b shows a schematic cross-sectional view of the laser beam according to the second comparative example according to FIG. 6a
  • FIG. 7a shows a top view of the beam path according to a first embodiment of the present disclosure, wherein a partial beam is branched off from an incident laser beam and, after rotation of the polarization by 90 °, is superimposed on the remaining partial beam of the incoming partial beam with the aid of a polarizer,
  • FIG. 7b shows a schematic cross-sectional view of the laser beam according to the first embodiment according to FIG. 7a, wherein the laser beam is split and the two partial beams are superimposed,
  • Fig. 8 shows a top view of the beam path according to a second embodiment ⁇ form of the present disclosure, wherein a part beam from egg ⁇ nem incoming laser beam is diverted and the remaining portion of beam of the incident sub-beam by rotation of its polarization is superimposed by 90 ° by using a polarizer,
  • Fig. 9 shows a top view of the beam path according to a third embodiment of the present disclosure, with one partial beam is diverted from two incoming laser beams and the respective remaining sub-beam of the other incoming laser beam are Studentsla ⁇ Gert,
  • Fig. 10 shows a plan view of six incident laser beams, with three
  • FIG. 12 shows a schematic overview illustration of an apparatus for generating a lighting line according to an embodiment of the present disclosure from different viewing directions, wherein the optical system of FIG. 7a has been integrated into the apparatus of FIG. 1a, 1b.
  • Figures la and lb show a device for generating a lighting line.
  • the embodiments of optical systems for processing at least one incoming laser beam may for example be integrated into the device according to FIGS. 1 a, 1 b, the devices resulting therefrom being part of the present disclosure.
  • a corresponding device is described, for example, below in connection with FIG. 12.
  • FIGS. 1a, 1b A typical apparatus for generating a line of illumination is shown in FIGS. 1a, 1b and designated generally at 10.
  • the device 10 can be used for example in a system for processing thin-film layers. However, the device 10 may be required ⁇ also be used for any other application for which a line of illumination is required.
  • the apparatus 10 includes a beam shaping device 12, which is adapted to form a laser ⁇ beam 14 such that a beam profile 16 of the laser beam 14 having a long axis and a short axis, and a in the beam path of the laser beam 14, the beam shaping device 12 downstream of the imaging device 18, which is adapted to image the thus-shaped laser beam 14 as a line of illumination 22.
  • the imaging device 18 thus generates the short axis of the illumination line 22 from the short axis of the laser beam 14 formed by the beam shaping device 12.
  • the apparatus 10 is shown seen, for example, from the side (viewed along the x-direction) and in Fig. Lb shown seen in ⁇ game from the top (the viewing direction along the y-direction).
  • the beam shaping device 12 may represent or comprise, for example, the anamorphic optical system 42 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1.
  • the beam shaping device 12 may comprise one or more of those shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1
  • Components 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 include.
  • the beam-shaping device 12 can rotate through a first imaging axis x (parallel to the x-axis of the coordinate system), a second imaging axis y (parallel to the y-axis of the coordinate system) to the first imaging axis x, and one to the first and the second Image axis x, y vertical (parallel to the z-axis of the coordinate system) optical axis z described ⁇ who.
  • the beam shaping device 12 (for example as anamorphic optics) has different imaging properties with respect to the first and second imaging axes x, y.
  • the beam shaping device 12 can be adapted on site "16" in front of the imaging device 18 (see, for. Example, Fig.
  • the beam profile 16 has a long axis (y) and a short axis (x), wherein the beam profile in the long axis (y) has a largely homogenized (or substantially homogeneous) intensity distribution.
  • the beam shaping device 12 may comprise (in particular as anamorphic optical system) (see FIGS. 1a, 1b):
  • a first telescope assembly 20, which is optically effective with respect to the short axis x, d. H. has a refractive power with respect to the short axis x.
  • the first telescope assembly 20 is composed of a first cylindrical lens 23 and a second cylindrical lens 24.
  • the first cylindrical lens 23 receives the laser beam 14 from a laser beam source 26 and focuses it with respect to the short axis x on a first intermediate image 28.
  • the second cylindrical lens 24 is in
  • Beam path behind the first cylindrical lens 23 is arranged and collimates the light rays of the first intermediate image 28. As shown in Fig. Lb, it is in the first telescope assembly 20 to a 1: 1 telescope, which is designed as a Kepler telescope.
  • the first cylindrical lens 23 and the second cylindrical lens 24 are each a converging lens having substantially the same focal length.
  • the image-side focal point of the first cylindrical lens 23 substantially coincides with the object-side focal point of the second cylindrical lens 24.
  • a cylindrical lens 30 arranged in the beam path behind the first telescope arrangement 20 and having a refractive power with respect to the long axis y.
  • the Cylindrical lens 30 receives the laser beam 14, which was not influenced by the first telescope arrangement 20 with respect to the long axis y, from the laser beam source 26 and focuses it onto an intermediate image 32.
  • a cylindrical lens 34 arranged in the beam path behind the cylindrical lens 30 and having a refractive power with respect to the long axis y.
  • the cylindrical lens 34 collimates the light beams of the intermediate image 32.
  • the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 34 form a Kepler telescope which serves to widen the laser beam 14 with respect to the long axis y.
  • the second telescope arrangement 36 is composed of a first cylindrical lens 38 and a second cylindrical lens 40 arranged in the beam path behind the first cylindrical lens 38.
  • the first cylindrical lens 38 widens the laser beam 14 with respect to the short axis x and the second cylindrical lens 40 collimates this expanded laser beam again ,
  • the second telescope assembly 36 is a beam-expanding telescope (eg, a 1: 5 telescope) designed as a Galileo telescope.
  • the first cylindrical lens 38 is a diverging lens and the second cylindrical lens 40 is a converging lens, wherein the focal points of the first cylindrical lens 38 and the second cylindrical lens 40 substantially coincide or lie one above the other.
  • the result is a virtual second intermediate image in the beam path in front of the first cylindrical lens 38 (not shown).
  • Anamorphotic homogenizing optics 42 arranged in the beam path behind the second telescope arrangement 36 for (largely) homogenizing the laser beam 14 with respect to the long axis y.
  • the imaging device 18 may comprise or represent, for example, the component 66 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1. In the latter case, the imaging device 18 thus represents, for example, a focusing cylinder lens optics 66 which is arranged in the beam path behind the condenser cylinder lens 44 and serves to focus the laser beam 14 with respect to the axis x onto the illumination line 22.
  • the beam forming device 12 downstream imaging device 18 thus attacks the beam profile 16 in front of the imaging device 18 and images the laser ⁇ beam 14 as the illumination line 22, wherein only (more precisely: exclusively) the short axis x of the beam profile 16, but not the homogenized long Axis y of the beam profile 16 is focused.
  • the illumination line 22 produced by the optical system 10 can be used for the crystallization of thin-film layers, for example for the production of thin-film transistors (in short: TFT).
  • a semiconductor layer to be processed is acted upon by the illumination line 22 and guided over the semiconductor layer, wherein the intensity of the illumination line 22 is adjusted such that the semiconductor layer melts for a short time and solidifies again as a crystalline layer with improved electrical properties.
  • anamorphic optical arrangements are used to generate a laser line beam geometry. This z. B. in the one (long) beam axis y of the laser beam emitted from the laser beam source 26 14 homogenized by means of cylindrical lens arrays.
  • the other (short) axis x is optically processed as a Gaussian beam and the beam waist of the laser beam source 26 is transferred to the plane of homogenization.
  • a typical arrangement is shown in Figs. 1a, 1b and has been discussed in detail above.
  • the laser beam 14 is cylindrically widened (typically 2 to 4 times) and guided on two successive lens arrays, see FIG. 2.
  • the homogenized long beam axis y arises in the focal length of the condenser cylinder lens 44.
  • the beam waist of the laser beam 14 formed in the laser beam source 26 is recollimated with a cylindrical 1: 1 telescope 20 and expanded with another telescope 36 to produce a Gaussian small beam axis x of desired width with the focusing lens 18 ,
  • the depth of field is of great importance.
  • the beam parameter product or diffraction factor M 2 is critical to the size of the beam waist that produces a lens and thus to the depth of field along the z-axis. The smaller M 2 is, the greater the depth of field.
  • the radius w 0 of the beam waist of a Gaussian beam in the focal length f of a lens is given by the formula (1):
  • Fig. 3 illustrates the focusing of a laser beam according to the above formula (1).
  • the opening angle theta of the beam is drawn.
  • the beam waist w (z) develops along the propagation direction z according to the formula (2):
  • M 2 the beam quality factor
  • the depth of field of a focused laser beam can be defined, for example, by the length along the beam axis (z), up to which the radius w (z) of the laser beam has increased to 10% of its original radius w 0 . According to this definition, the depth of field for the laser beam shown in FIG. 4a is for example approximately 110 pm and for the laser beam illustrated in FIG. 4b approximately 273 pm.
  • the beam parameter product (SPP) and the diffraction index M 2 of a laser beam are as follows (Formula (3)):
  • the beam parameter product is therefore proportional to the diffraction factor.
  • halving the diffraction index also means halving the beam parameter product (with the same wavelength l).
  • a halving (or reduction) of the diffraction factor M 2 is thus also referred to a halving (or reduction) of the beam parameter product.
  • the beam parameter product (SSP) is further calculated from the half beam diameter (1 / e 2 ) multiplied by half the aperture angle of the laser light, see Fig. 3 (formula (4)):
  • Theta half the opening angle of the light cone with the radius w 0
  • the present disclosure refers to reduce the beam parameter product (ent ⁇ speaking M 2) of a laser beam in a beam axis in order to increase the depth of field.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c A simple arrangement for reducing the beam parameter product is shown as a first comparative example in FIGS. 5a, 5b and 5c.
  • an incident laser beam 46 is geometrically divided and the resulting partial beams 48 and 50 are deflected by mirrors so that these z. B. next to each other.
  • the beam parameter product in the divided axis (x) is approximately halved and obtained in the undivided axis (y) in each partial beam.
  • 5a shows the above-described process by the first comparative example on the basis of the cross sections (perpendicular to the beam propagation direction z) by the incident laser beam 46 or by the partial beams 48 and 50.
  • the cross section of the incident laser beam 46 is shown in both axes x and y has the diffraction factor M 2 .
  • the incoming laser beam 46 along the y-axis into two partial beams 48 and 50 is allocated among each having along the y-axis of the original beam parameter product corresponding to M 2, and along the x-axis a halved beam parameter product corresponding to M 2/2 respectively.
  • Each of the sub-beams has, along the x-axis, the beam parameter product halved corresponding to M 2/2 and along the y axis, the original beam parameter product corresponding to M 2.
  • the combined (eg side by side) beams can be assigned a beam parameter product in the y-axis (see FIG. 5a), which is at least twice as large as the original one, depending on how far apart the two partial beams are arranged ,
  • FIGS. 5b and 5c show the beam path of the first comparative example in a perspective view (FIG. 5b) or in a side view as viewed along the y-axis (FIG. 5c).
  • the partial beam 50 is split off and the deflection of this partial beam 50 is effected with the aid of mirrors 52.
  • the mirror 52 for splitting the partial beam 50 from the incident laser beam 46 projects in half (ie up to a central beam axis) of the incoming laser beam 46) into the incoming laser beam 46.
  • Figures 6a and 6b show a second comparative example.
  • the second comparative example is a modification of the first comparative example, and the above description of the first comparative example also applies to the second comparative example.
  • the only difference between the two comparative examples is that the second comparative example additionally has a telescope optics consisting of two cylindrical converging lenses 53. With the aid of this telescope optics (for example, a 1: 1 telescope), it is possible to rotate the profile of the split-off partial beam 50 in such a way that the beam profiles of the two partial beams 48 and 50 in the case of juxtaposition. are aligned as shown in Fig. 6b. In contrast to the alignment of FIG.
  • the optical systems of the present disclosure realize symmetrization of an incident laser beam 54 and reduction of the beam parameter product in one axis (x).
  • the incident laser beam 54 is geometrically divided along one axis by means of a mirror 56 and deflected twice by 90 ° by means of mirrors 58, 60.
  • a lambda / 2 plate 62 allows the polarization of one of the two partial beams 64, 66 to be rotated through 90 °, so that the two partial beams can be superimposed coaxially again with a thin-film polarizer 68 and form a combined laser beam 70, see FIG. 7a ,
  • an incident laser beam 54 linearly polarized along the x-axis impinges on the optical system 55 along the z-axis.
  • ER- stretches a beam axis of the incoming laser beam 54 along the z-axis and the electric field vectors of the incident laser beam 54 are positioned so ⁇ oriented such that they extend along the x-axis.
  • a laser beam source (not shown) is used that produces the linearly polarized laser beam 54, optionally with the use of a linear polarizer. As shown in Fig.
  • the incoming laser ⁇ beam 54 is substantially a Gaussian intensity profile (both along the x-axis and along the y-axis), wherein an intensity maximum in the central beam axis of the incoming laser beam 54 is located.
  • a partial beam 66 (second partial beam) is split off by means of the mirror 56 from the incident laser beam 54 and deflected along the x-direction. The remaining part of the incident laser beam 54 corresponds to a first partial beam 64. In other words, the incident laser beam 54 is split by means of the mirror 56 into a first partial beam 64 and a second partial beam 66.
  • the splitting or splitting takes place along the y-axis, so that two sub-beams are produced whose intensity profiles after mirroring of the second sub-beam 66 on the mirror 56 substantially coincide (when viewing a cross-section through the xy-plane for the first sub-beam 64 or considering a transverse Section through the yz plane for the second sub-beam 66).
  • the incoming laser beam 54 is halved in the middle, along an axis that passes through the beam maximum parallel to the y-axis.
  • the second partial beam 66 is deflected by two mirrors 58, 60 so that it again meets the first partial beam 64 at a 90 ° angle.
  • a lambda / 2 plate 62 is positioned in the second partial beam 66 and arranged such that the linear polarization of the second partial beam 66, which before passing through the lambda / 2 plate 62 is within the xz plane, is rotated by 90 °, that the polarization of the second partial beam 66 after passing through the lambda / 2 plate 62 is perpendicular to the xz plane.
  • the incident laser beam 54 and thus also the second partial beam 66 were p-polarized directly after being split off with respect to the thin film polarizer 68.
  • the second partial beam 66 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68.
  • the polarization directions of the respective beams are illustrated in the figures by arrows or crosses.
  • the thin film polarizer 68 is configured to transmit p-polarized light and to reflect s-polarized light. This leads in the arrangement of FIG. 7a to the fact that the first partial beam 64 arriving from the left along the z-axis onto the thin-film polarizer 68, which is p-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, transmits through the latter and from above along the x - Axis incident on the thin-film polarizer 68 second partial beam 66, which is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, is reflected by this. The first partial beam 64 and the second partial beam 66 are transmitted coaxially in the same direction (along the z-axis) and thus form a combined laser beam 70.
  • the first partial beam 64 and the second partial beam 66 are superimposed with one another.
  • the association is such that an overlap of the two partial beams 64, 66 is maximized.
  • the resulting combined laser beam 70 is thus mirror-symmetric with respect to an axis of symmetry running along the x-axis and mirror-symmetrical with respect to an axis of symmetry running along the y-axis. Details of the cross sections of the respective beams are also illustrated in Fig. 7b.
  • Fig. 7b describes the above-described first embodiment with reference to the cross sections of the beams involved. Beginning on the left in FIG. 7b, the cross section of the incident light beam 54 and its essentially Gaussian intensity beam are shown in FIG. profile shown. The Gaussian intensity profile is exemplified along the x-axis. Also along the y-axis, the intensity profile of the incident laser beam 54 is substantially Gaussian. As shown in Fig. 7b, although the intensity profile of the incident laser beam is mirror-symmetrical with respect to x-axis reflection and y-axis mirroring, it is not necessarily rotationally symmetric. In the example described in FIG.
  • the incoming laser beam 54 has already been brought into an elliptical shape by means of suitable cylinder optics, with a long axis along the y-axis and a short axis along the x-axis.
  • the diffraction factor of the incoming laser beam 54 is M 2 both along the x-axis and along the y-axis.
  • FIG. 7b for the first partial beam 64 and for the second partial beam 66 each symbolically shows a cross section perpendicular to the propagation direction of the respective beam.
  • the right portion of Fig. 7b shows the merged laser beam 70 in cross section through an xy plane.
  • the two sections of the two partial beams 64 were 66 superimposed so that the resulting overall cross section of the combined laser beam 70 having a small area as possible, or that an overlap of the two cross-sections of the partial beams 64, 66 is maximum.
  • the two Sectionstrah ⁇ len 64 In other words, 66 superimposed so that an extension of the combined laser beam 70 in a plane perpendicular to the propagation direction (z-axis) substantially coincides with an extension of the first partial beam 64 and second partial beam 66, each in a plane perpendicular to the propagation direction of the respective sub-beam (see Fig. 7b).
  • the resultant combined laser beam 70 has an intensity profile on , which - viewed along the x-axis - in each case has a maximum at its edge regions and has a minimum in the middle.
  • a laser beam in the divided axis (ie, along the x-axis) in about half the beam parameter product has maintaining (corresponding to M 2/2) and in the other axis the original beam parameter product (M 2) is formed on the above-described manner.
  • M 2 the original beam parameter product
  • z the beam parameter product is reduced in one axis and increased in the other axis perpendicular thereto.
  • the deflection angles of the mirrors 56, 58, 60 can also deviate from 90 ° (compare also the second embodiment according to FIG. 8), whereby, however, the divided partial beams 64,
  • the merged beam 70 then contains both polarization directions in approximately the same intensity (see Fig. 7a).
  • the incident laser beam 54 is s-polarized relative to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of the figure 7a and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is directed to generate such an incoming laser beam 54 ⁇ ).
  • the laser beam source used is directed to generate such an incoming laser beam 54 ⁇ .
  • the first partial beam 64 is s-polarized and the second partial beam 66 is p-polarized after rotation of its polarization by the lambda / 2 plate 62, so that the second partial beam 66 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the first partial beam 64 is reflected ,
  • the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of Fig. 7a and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is an ⁇ for generating such an incoming laser beam 54 ⁇ directed).
  • the lambda / 2 plate 62 is not arranged in the second partial beam 66 son ⁇ countries in the first partial beam 64 (downstream of the mirror 56). According to this arrangement, the first partial beam 64 is p polarized after reversal of its polarization and the second partial beam 66 is s-polarized.
  • the incident laser beam is p-polarized, but an arrangement of the other components of the optical system corresponds to the arrangement of the second modification.
  • the combined laser beam 70 leaves the optical system along the negative x-axis.
  • FIG. 8 shows a second embodiment of an optical system according to the present disclosure.
  • the deflected second partial beam 66 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the first non-deflected first partial beam 64 is reflected by the thin-film polarizer 68.
  • the angle at which the reflected sub-beam strikes the thin-film polarizer 68 is not 45 ° but 56 °. Details of the second embodiment of FIG. 8 will be described below.
  • a linearly polarized incident laser beam 54 impinges on the optical system along the z-axis.
  • the incident laser beam 54 is p-polarized with respect to the thin-film polarizer 68 described later (that is, with E ⁇ Fe! D in the x-z plane).
  • the mirror 56 splits a partial beam 66 (second partial beam) from the incident laser beam 54, the remaining partial beam 64 of the incident laser beam 54 being the first partial beam 64 along the Z-axis ,
  • the first partial beam 64 is directed by means of a mirror 72 onto the backside of a thin-film polarizer 68.
  • the deflected first partial beam is directed by means of a mirror 74 onto the front side of the thin-film polarizer 68.
  • a lambda / 2 plate 62 is arranged, which can be positioned in front or behind the mirror 72 in the beam path.
  • the lambda / 2 plate 62 is positioned between the mirror 56 and the mirror 72.
  • the lambda / 2 plate 62 is configured to rotate the linear polarization of the first sub-beam by 90 °.
  • the lambda / 2 plate 62 is adapted to the original p-polarization of the first Partial beam 64, which corresponds to the polarization of the incident laser beam 54 to rotate so that the first partial beam 64 is s-polarized behind the lambda / 2 plate 62 with respect to the Dün harsh harshpolarisators 68.
  • the first partial beam is polarized along the y-axis.
  • an s-polarized sub-beam and a p-polarized sub-beam impinge on the thin-film polarizer 68 in the case of the second embodiment, the first sub-beam 64 is s-polarized and the second sub-beam p is polarized.
  • the p-polarized second beam component is transmitted by the thin film polarizer 68 along the z-axis and the s-polarized first partial beam 64 is reflected at the Dünntikpo ⁇ larisator 68 and runs after reflection also along the z-axis and coaxially to the second part beam.
  • a unified laser beam 70 is formed behind the thin-film polarizer 68.
  • FIG. 7b and the cross sections of the respective beams described therein also apply to the second embodiment according to FIG. 8.
  • the optical system according to the second embodiment of FIG. 8 is designed such that the first partial beam 64, which is reflected at the thin-film polarizer 68, impinges on it at the Brewster angle of the thin film polarizer 68.
  • the reflected (first) partial beam 64 already irradiates the thin-film polarizer 68 at its Brewster angle, this has the advantage that a coating of the thin-film polarizer 68 on its rear side is not required and can therefore be omitted.
  • an angle at which the first partial beam 64 impinges on the thin-film polarizer 68 can also be selected differently (for example 45 °) and the thin-film polarizer 68 can have a corresponding coating on its rear side.
  • the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 8 and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is for generating such an incoming laser beam 54). directed). With the arrangement of the remaining elements of the optical system remaining constant (as shown in FIG. 8), this results in the merged one
  • Laser beam 70 the optical system not along the z-axis but in the representation of Fig. 8 leaves obliquely above. More specifically, in this case the first partial beam 64 is p polarized after reversal of its polarization by the lambda / 2 plate and the second partial beam 66 is s-polarized, so that the first partial beam 64 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the second partial beam 66 is reflected ,
  • the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, i. H. 8 and thus along the y-axis (i.e., the laser beam source used is configured to produce such an incident laser beam 54).
  • the thin-film polarizer 68 is not arranged in the first partial beam 64 but in the second partial beam 66 (downstream of the mirror 56). According to this arrangement, the second sub-beam 66 is p-polarized after reversing its polarization and the first sub-beam 64 is s-polarized.
  • a beam path of the combined laser beam 70 according to the second modification corresponds to the course of the combined laser beam 70 the second embodiment of FIG. 8.
  • the incident laser beam is p-polarized, but an arrangement of the other components of the optical system corresponds to the arrangement of the second modification.
  • the combined laser beam 70 leaves the optical system obliquely upwards (in the representation of FIG. 8).
  • 9 shows a third embodiment of the present disclosure wherein, according to the third embodiment, the light of two incident laser beams 76, 78 is mixed with each other in two outgoing laser beams 80, 82.
  • a first incoming laser beam 76 and a second incident laser beam 78 strike the optical system along the z-axis.
  • Both the first incident laser beam 76 and the second incident laser beam 78 are p polarized with respect to the thin film polarizers 84, 86 used in the optical system, ie, the incident laser beams 76, 78 are polarized parallel to the xz plane.
  • the first incoming laser beam 76 is split by a first mirror 88 into a first partial beam 90 and a second partial beam 92.
  • the division of the first incident light beam 76 into the first partial beam 90 and the second partial beam 92 is analogous to the division of the incident laser beam 54 into the first partial beam 64 and the second partial beam 66 by means of the mirror 56 in the first embodiment (see FIG. 7a).
  • the first partial beam 90 is further p-polarized and runs along the z-axis.
  • the second sub-beam 92 is deflected downwards (along the negative X-axis) in the direction of the second incident laser beam 78 and passes through a lambda / 2 plate 94, by which its polarization by 90 ° from the original p-polarization in an s Polarization is rotated.
  • the thus s-polarized second partial beam 92 is combined with the second incident laser beam 78 by means of the thin-film polarizer 84 and thus forms a first merged laser beam 96 running along the z-axis. More precisely, the second partial beam 92 is superimposed on the second incident laser beam 78, that only one half of the cross section of the second incident laser beam 78 is superimposed by the second partial beam 92, wherein this half is the later-described third partial beam 82, which is not split off by the second mirror 98.
  • the first combined laser beam is then split by the second mirror 98 into a third partial beam 82 and a fourth partial beam 100.
  • ⁇ beam 82 is the portion of the second incident laser beam 78, the second beam has been superimposed on the 92nd
  • the third partial beam 82 extends ent ⁇ long the z-axis.
  • the fourth sub-beam 100 is Reflectors advantage ⁇ from the mirror 98 upwards along the x-axis and passes through a lambda / 2 plate 102, through which its polarization is rotated 90 ° from its original p-polarization to s-polarization.
  • the thus s-polarized fourth partial beam 100 is combined with the first partial beam 90 with the aid of the thin-film polarizer 86 and thus forms a second combined laser beam 80 running along the z-axis.
  • a beam profile or an intensity distribution of the second combined laser beam 80 and of the third Partial beam 82 correspond to the beam profile or the intensity distribution of the combined laser beam 70 of the first embodiment.
  • the first incident laser beam 76 is s-polarized with respect to the thin film polarizer 84, i. H. 9 are thus along the y-axis (i.e., the laser beam source used is arranged to produce such an incident laser beam 76).
  • the second incoming laser beam is still p-polarized.
  • the lambda / 2 plate 94 is not arranged in the second partial beam 92 but in the first partial beam 90 (downstream of the mirror 88). According to this arrangement, after reversing its polarization, the first sub-beam 90 is p-polarized and the second sub-beam 92 is s-polarized.
  • a beam trace corresponds to the respective (part -) rays after passing through the thin-film polarizers 84, 86 the course of the illustrated in Fig. 9 rays of the third embodiment.
  • An advantage of the beam profile generated by the embodiments described above is that the composite laser beam guided to a staircase behind the optical system transports comparable energy components in the axis (x-axis) to be separated externally and internally and thereby along the further division of the beam parameter product This axis is very efficient. In particular, for the production of long lines, it may be necessary to combine the beams of several solid-state lasers to the sum sufficient
  • FIG. 9 there is correspondingly shown an arrangement which mixes two incident laser beams 76, 78, halves the beam parameter product in one axis and a symmetrical beam 80, 82 with a flat distribution or generated a minimum in the beam center.
  • two combined beams 80, 82 each containing approximately equal s and p polarization components and having a symmetrical intensity profile with a minimum in the center of the beams.
  • Fig. 10 shows an example of six incident laser beams and a use of thin-film polarizers at an angle not equal to 45 °, z. B. at the Brewster angle (56 ° for synthetic quartz, 343 nm) for the wavelength in question, to dispense with a coating on the back of the Dün Mrs harshpolarisators.
  • an (optional) telescope expansion after the reduction of the beam parameter product along the x-axis is shown.
  • substantially three arrangements of the third embodiment according to FIG. 9 are positioned next to each other, but the mirrors and thin-film polarizers are rotated such that entrance angles of the respective partial beams reflected at the thin-film polarizer correspond to the Brewster angle of the respective thin-film polarizer.
  • the outgoing laser beams 70, 80, 82 corresponding to the above-described embodiments and their modifications produced can reduced beam parameter product be further processed in a staircase mirror assembly 104 to the already (with respect to the x axis) on (with respect to the x-axis) to ver ⁇ smaller.
  • the reduction / enlargement of the beam parameter product for example in staircase mirror arrangements, has been described in many cases (see, for example, Applied Optics, Vol 36, No. 24, 20.08.1997, pages 5873 and 5374, DE 103 31 442 A1 and DE 20 2005 021 171) and prior art since the 1990s.
  • the composite beam 70, 80, 82 is focused in a staircase mirror assembly 104 of long focal length and split once more or split several times.
  • the focal length for focusing in the staircase mirror is selected so that the focus width (1 / e 2 ) is significantly smaller than the staircase mirror facet.
  • a staircase mirror assembly 104 may also be downstream of all other embodiments of an optical system described herein.
  • the partial beams leaving the staircase leveling arrangement 104 can then be shaped into a lighting line, for example with a device 10 according to FIG. 1 a, 1 b.
  • FIG. 12 illustrates by way of example with reference to FIG. 12, wherein an optical system 55 according to the first embodiment (FIG. 7 a) is integrated in the device 10 of FIGS. 1 a, 1 b.
  • the upper part (a) of Fig. 12 shows a view along the x-axis (on the long beam axis y) and the lower part (b) shows a view along the y-axis (on the short beam axis x).
  • each of the embodiments described herein for an optical system may be integrated into the apparatus 10 of Figs. 1a, 1b, for example, between the cylindrical lenses 34 and 38 as shown in Fig. 12.
  • the beam parameter product is reduced by the optical array 55 along the x-axis, ie along the axis which forms the short axis of the illumination line 22.
  • the optional elements 106 and 104 are shown.
  • the beam 14 can be expanded, for example, along the x-axis.
  • the stair mirror assembly 104 as described above in connection with FIG. 11, may further reduce the beam parameter product along the short axis (x-axis) to improve the focus of the illumination line 22.
  • the laser beam 14 is deflected twice by 90 ° by the stair mirror assembly 104 in both the y-z plane and the x-z plane.
  • beam parameter product reduction of one axis can be achieved without increasing the other axis (eg, the y-axis), with the ability to mix two or more beams.
  • an intensity distribution with a shallow profile or minimum in the center can be achieved which is particularly suitable for further efficient beam parameter product reduction, e.g. B. with staircase levels.
  • the optical arrangements described herein have the
  • a laser beam can be generated which can produce a reduced beam parameter product along at least one axis (short axis).
  • This axis can be focused in a subsequent optics so that a depth of field of the generated focus is improved. Since the generated laser beam is largely symmetrical along the short axis, the beam can be better focused and a symmetrical focus is created which approximates a Gaussian profile.
  • the generated beam profile along the short axis is particularly well suited for further splitting, since this is symmetrical on the one hand with respect to the short axis and on the other hand has an intensity maximum at its edge regions.
  • the flanks of the homogenized beam profile become narrower in the long axis, thus improving efficiency.
  • multiple outgoing beams can be placed close together. Without the superposition (union) of the sub-beams described herein, the beam array would be twice as long along the long axis.
  • the technique described herein can save space and reduce the size of optical components to be used, resulting in cost savings.

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Abstract

The invention relates to an optical system for processing an incident laser beam. The optical system comprises a beam splitting device for splitting an incident laser beam into a first partial beam and a second partial beam, such that a cross-section of the first partial beam corresponds to a first section of a cross-section of the incident laser beam and a cross-section of the second partial beam corresponds to a second section of the cross-section of the incident laser beam, wherein the first section and the second section differ from each other, a re-polarization device, arranged in the beam path of the first partial beam or second partial beam, for rotating a polarization of the first partial beam or of the second partial beam by 90° and a beam combining device for coaxially combining the first partial beam and the second partial beam into a combined laser beam. The invention further relates to an optical system for processing a first incident laser beam and a second incident laser beam and to a corresponding method for processing an incident laser beam and for processing a first incident laser beam and a second incident laser beam.

Description

Optisches System zum Verarbeiten mindestens eines eintreffenden Laserstrahls Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Verarbeiten mindestens eines ein- treffenden Laserstrahls, insbesondere beispielsweise für sogenannte Laser Lift Off Anwendungen oder für eine Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines eintreffenden Laserstrahls.  The invention relates to an optical system for processing at least one incoming laser beam, in particular, for example, for so-called laser lift-off applications or for a system for processing thin-film layers. The invention further relates to a method for processing at least one incoming laser beam.
Die im Folgenden vorgestellt Technik dient allgemein der Verarbeitung und Verbesse- rung mindestens einer Eigenschaft eines eintreffenden Laserstrahls für die Anschließende Weiterverarbeitung des Laserstrahls, insbesondere für Laserbearbeitungstechnologien im weitesten Sinne, wie beispielsweise Laser Lift Off Anwendungen oder die Bearbeitung von Dünnfilmschichten. The technique presented below generally serves to process and improve at least one property of an incoming laser beam for the subsequent further processing of the laser beam, in particular for laser processing technologies in the broadest sense, such as laser lift-off applications or the processing of thin-film layers.
Die im Folgenden vorgestellte Technik kann somit beispielsweise im Zusammenhang mit Laser Lift Off Anwendungen eingesetzt werden. Laser Lift Off Anwendungen lösen Kunststoffsubstrate von einem Glasträger. Dabei wird eine Laserlinie (d. h. eine Beleuchtungslinie) durch ein transparentes Glas auf ein Kunststoffsubstrat fokussiert. Die Verklebung wird mit dem Laserstrahl aufgelöst und das Kunststoffsubstrat auf diese Weise berührungslos von dem Glassubstrat getrennt. Zum Beispiel flexible OLED-Displays werden auf PI-Folien hergestellt, die auf Glasplatten für die Herstel¬ lung aufgeklebt sind. Nach der Herstellung, die z. B. Aufdampf- und Photolithogra- phieprozesse beinhaltet, wird das Display-Substrat vom Glasträger mit Hilfe eines Laser Lift Off (LLO) Prozesses gelöst. Für diese Prozesse werden gepulste Festkör¬ perlaser, die beispielsweise 343 nm und 355 nm Laserlicht emittieren und von der Polyimidschicht bzw. einer Klebeschicht gut absorbiert werden, dennoch für das Glas nahezu transparent sind, eingesetzt. The technique presented below can thus be used, for example, in connection with laser lift-off applications. Laser Lift Off applications dissolve plastic substrates from a glass substrate. In this case, a laser line (ie a lighting line) is focused through a transparent glass onto a plastic substrate. The bond is dissolved with the laser beam and the plastic substrate is thus separated contactlessly from the glass substrate. For example, flexible OLED displays are produced on PI films, which are glued on glass plates for the manufacture ¬ ment. After the production, the z. For example, by incorporating vapor deposition and photolithography processes, the display substrate is detached from the glass slide using a laser lift-off (LLO) process. For these processes are pulsed Festkör ¬ perlaser that emit, for example, 343 nm and 355 nm laser light and will be readily absorbed by the polyimide layer and an adhesive layer, are almost transparent but for the glass, are used.
Eine mögliche Anwendung eines LLO Prozesses besteht beispielsweise in der Ablösung flexibler OLED-Display-Substrate von einem Glasträger. Hierbei sind auf einer ebenen Glasplatte von z. B. 0,5 mm Dicke Polyimid-Filme von mehreren 10-100 pm aufgeklebt, auf denen OLED-Display Strukturen aufgebaut werden. Nach Fertigstel- lung der Displayfolie muss diese vom Glasträger abgenommen werden. Dazu wird eine Laserlinie durch das für 343 nm oder 355 nm transparente Glas auf die Kunst¬ stofffolie fokussiert. Bei typischen Energiedichten von 100-500 mJ/cm2 wird die Verklebung gelöst indem eine 20-50 pm breite Linie mit einer Geschwindigkeit von 50-300 mm/s darüber hinwegbewegt wird. Das Kunststoffsubstrat bleibt dabei unbeschädigt und das flexible OLED Displaysubstrat kann für die Weiterverarbeitung z. B. in Smartphones verwendet werden. One possible application of an LLO process is, for example, the detachment of flexible OLED display substrates from a glass slide. Here are on a flat glass plate of z. B. 0.5 mm thick polyimide films of several 10-100 pm pasted, on which OLED display structures are built. After completion of the display film, it must be removed from the glass carrier. For this purpose, a laser line is focused by the 343 nm or 355 nm transparent glass on the Kunst ¬ fabric film. At typical energy densities of 100-500 mJ / cm 2 , the bond is released by making a 20-50 pm wide line at a speed of 50-300 mm / s is moved over it. The plastic substrate remains undamaged and the flexible OLED display substrate can be used for further processing z. B. be used in smartphones.
Ein anderer Anwendungsfall der vorgestellten Technik betrifft die Bearbeitung von Dünnfilmschichten. Für die Kristallisation von Dünnfilmschichten beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (im Englischen: Thin Film Transistor; kurz: TFT) werden Laser eingesetzt. Als zu bearbeitender Halbleiter kommt insbesondere Silizium (kurz: Si), genauer a-Si zum Einsatz. Die Dicke der Halbleiterschicht beträgt z. B. 50 nm, welche sich typischerweise auf einem Substrat (z. B. Glassubstrat) oder einem sonstigen Träger befindet. Another application of the technique presented concerns the processing of thin film layers. For the crystallization of thin-film layers, for example for the production of thin-film transistors (in English: Thin Film Transistor, in short: TFT) lasers are used. As the semiconductor to be processed in particular silicon (in short: Si), more precisely a-Si is used. The thickness of the semiconductor layer is z. 50 nm, which is typically on a substrate (eg glass substrate) or other substrate.
Die Schicht wird mit dem Licht des Lasers, beispielsweise eines gepulsten Festkörperlasers, beleuchtet. Dabei wird das Licht mit einer Wellenlänge von z. B. 532 nm oder 515 nm zu einer Beleuchtungslinie geformt, siehe z. B. DE 10 2012 007 601 Al oder WO 2013/156384 Al. Seit einigen Jahren werden auch Laser mit der Wellenlänge 343 nm und 355 nm für diese Prozesse eingesetzt. Anhand einer Strahlformungseinrichtung kann der Laserstrahl derart geformt werden, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist. Anschließend kann anhand einer im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nachgeordne- ten Abbildungseinrichtung der so geformte Laserstrahl abgebildet werden, um die Beleuchtungslinie aus dem Licht des Laserstrahls zu erzeugen. Ein entsprechendes optisches System ist beispielsweise in der DE 10 2015 002 537 beschrieben. The layer is illuminated with the light of the laser, for example a pulsed solid-state laser. In this case, the light with a wavelength of z. B. 532 nm or 515 nm formed into a line of illumination, see, for. B. DE 10 2012 007 601 Al or WO 2013/156384 Al. For several years, lasers with wavelengths of 343 nm and 355 nm have also been used for these processes. By means of a beam shaping device, the laser beam can be shaped such that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis. Subsequently, the laser beam thus formed can be imaged on the basis of an imaging device arranged downstream in the beam path of the laser beam of the beam shaping device in order to generate the illumination line from the light of the laser beam. A corresponding optical system is described for example in DE 10 2015 002 537.
Im Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise eine anamorphotische Optik umfassen und bezüglich einer ersten und einer zweiten Abbildungsachse unterschiedliche Abbildungseigenschaften aufweisen. Insbesondere kann die Strahl¬ formungseinrichtung dazu eingerichtet sein, an einem Ort direkt vor der Abbildungseinrichtung aus Laserlicht einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Strahlprofil eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse eine (weitestgehend) homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) In¬ tensitätsverteilung aufweist. Die Abbildungseinrichtung fokussiert dann (insbesonde¬ re ausschließlich) die kurze Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils, um die kurze Achse der Beleuchtungslinie zu erzeugen. Jedoch weist die Abbildungseinrichtung insbesondere hin¬ sichtlich der langen Achse (im Wesentlichen) keinerlei fokussierende Eigenschaften auf, sodass die lange Achse des von der Strahlformungseinrichtung direkt vor der Abbildungseinrichtung erzeugten Strahlprofils quasi unverändert durch die Abbil- dungseinrichtung hindurchtreten und damit der langen Achse der Beleuchtungslinie entsprechen kann. In detail, the beam-shaping device may, for example, comprise an anamorphic optical system and have different imaging properties with respect to a first and a second imaging axis. In particular, the beam ¬ shaping means may be arranged to produce a laser beam at a location directly in front of the imaging device from laser light whose beam profile having a long axis and a short axis, wherein the beam profile in the long axis of a (largely) homogenized (or, in substantially homogeneous) In ¬ tensitätsverteilung has. The imaging device then focused to generate the short axis of the illumination line (insbesonde ¬ re exclusively) the short axis of the beam profile produced by the beam shaping means directly in front of the imaging device. However, the imaging device has (in particular) no focusing properties, in particular with respect to the long axis, so that the long axis of the beam profile generated by the beam-shaping device directly in front of the imaging device remains virtually unchanged by the image. Passing device and thus can correspond to the long axis of the illumination line.
Die Beleuchtungslinie weist demnach, wie das zuvor geformte Strahlprofil des Laserstrahls auch, eine kurze Achse und eine lange Achse auf, wobei - zum Zwecke der Klarstellung - insbesondere die kurze Achse des Strahlprofils des Laserstrahls vor Abbildung durch die Abbildungseinrichtung der kurzen Achse der Beleuchtungslinie entspricht und die lange Achse des Strahlprofils der (homogenisierten) langen Achse der Beleuchtungslinie entspricht. Die Intensitätsverteilung der Beleuchtungslinie entlang der langen Achse ist idealerweise rechteckförmig und weist beispielsweise eine Länge (oder Halbwertsbreite; im Englischen: Full Width at Half Maximum, kurz: FWHM) von mehreren 100 mm, z. B. 750 mm bis 1000 mm oder länger, auf. Die Intensitätsverteilung entlang der kurzen Achse ist typischerweise gaußförmig und weist eine FWHM von etwa 5 pm bis 100 pm auf. Die kurze und die lange Achse bilden also ein relativ hohes Aspektverhältnis. Accordingly, the illumination line, like the previously formed beam profile of the laser beam, has a short axis and a long axis, and for the sake of clarity, the short axis of the beam profile of the laser beam, in particular, corresponds to the illumination line before imaging by the imaging device, and the long axis of the beam profile corresponds to the (homogenized) long axis of the illumination line. The intensity distribution of the illumination line along the long axis is ideally rectangular and has, for example, a length (or full width at half maximum, in short: FWHM) of several 100 mm, eg. B. 750 mm to 1000 mm or longer, on. The intensity distribution along the short axis is typically Gaussian and has a FWHM of about 5 pm to 100 pm. The short and the long axis thus form a relatively high aspect ratio.
Die Beleuchtungslinie wird mit einem Vorschub von ca. 1 mm/s bis 50 mm/s, vor¬ zugsweise 10 mm/s bis 20 mm/s in Richtung der kurzen Achse über die Halbleiterschicht geführt. Die Intensität (im Fall von Dauerstrichlasern) bzw. die Pulsenergie (im Fall von gepulsten Lasern) des Lichtstrahls wird derart eingestellt, dass die Halb¬ leiterschicht kurzzeitig (d. h. auf einer Zeitskala von etwa 50 ns bis 100 ps) auf¬ schmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt. The illumination line is s out with a feed rate of about 1 mm / s to 50 mm / s, before ¬ preferably 10 mm / 20 mm / s in direction of the short axis over the semiconductor layer. The intensity (in the case of continuous wave lasers) or the pulse energy (in the case of pulsed lasers) of the light beam is adjusted such that the half ¬ conductor layer for a short time (ie, on a time scale of about 50 ns to 100 ps) on ¬ melts and when solidified crystalline layer with improved electrical properties.
Neben den oben geschilderten Anwendungsgebieten im Zusammenhang mit LLO und der Herstellung von Dünnfilmtransistoren existieren eine Reihe weitere Anwendungs¬ gebiete, in welchen die Erzeugung einer Beleuchtungslinie mit hohem Aspektverhält¬ nis zur Beleuchtung eines Substrats erforderlich ist. In addition to the above-described fields of application in connection with LLO and the manufacture of thin film transistors, there are a number of other application ¬ areas in which the generation of a line of illumination having a high aspect behaves ¬ nis for illuminating a substrate is required.
Bei der Erzeugung einer der oben geschilderten Beleuchtungslinien ist insbesondere die Schärfentiefe der Beleuchtungslinie in Bezug auf die Fokussierung entlang ihrer kurzen Achse von großer Bedeutung. So können beispielsweise Schwankungen in der Dicke und/oder der Position des beleuchteten Substrats dazu führen, dass sich die zu beleuchtende Oberfläche des Substrats nicht mehr im Fokus der Beleuchtungslinie befindet, was zu einer uneinheitlichen bzw. variierenden Beleuchtungsintensität und somit zu einer uneinheitlichen Qualität der durchgeführten Beleuchtung führen kann. Unter einer nicht ausreichenden Schärfentiefe kann somit die Qualität des durch die Beleuchtung erzeugten Prozesses und somit des Endprodukts deutlich leiden. Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, einen oder mehrere Laserstrahlen bereitzustellen, welche so verarbeitet und verbessert wurden, dass sich aus ihnen ein zumindest entlang einer Achse fokussierter Laserstrahl (insbesondere eine Beleuch- tungslinie) erzeugen lässt, wobei die Schärfentiefe des erzeugten Fokus verbessert ist und wobei ein Profil des fokussierten Strahls entlang der kurzen (fokussierten) Strahlachse weitgehend symmetrisch ist. When generating one of the illumination lines described above, in particular the depth of field of the illumination line with respect to the focusing along its short axis is of great importance. For example, variations in the thickness and / or position of the illuminated substrate may cause the surface of the substrate to be illuminated to no longer be in the focus of the illumination line, resulting in inconsistent or varying illumination intensity and thus in inconsistent quality Lighting can lead. With insufficient depth of field, the quality of the process produced by the illumination, and thus of the final product, can thus suffer significantly. Against this background, it is desirable to provide one or more laser beams which have been processed and improved in such a way that they produce a laser beam (in particular an illumination line) focused at least along one axis, wherein the depth of field of the generated focus is improved and wherein a profile of the focused beam along the short (focused) beam axis is substantially symmetrical.
Insbesondere ist es wünschenswert, aus einem eintreffenden Laserstrahl einen La- serstrahl zu erzeugen, dessen Strahlparameterprodukt entlang zumindest einer Achse verringert ist und dessen Strahlprofil bezüglich dieser Achse weitgehend symmetrisch ist. In particular, it is desirable to generate a laser beam from an incident laser beam whose beam parameter product is reduced along at least one axis and whose beam profile is substantially symmetrical with respect to this axis.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches System zum Verarbeiten min- destens eines eintreffenden Laserstrahls anzugeben, welches dazu eingerichtet ist, den mindestens einen eintreffenden Laserstrahl dahingehend zu verarbeiten, dass ein ausgehender Laserstrahl erzeugt wird, dessen Strahlparameterprodukt entlang zumindest einer Achse verringert ist und dessen Strahlprofil bezüglich dieser Achse weitgehend symmetrisch ist. It is therefore an object of the invention to provide an optical system for processing at least one incident laser beam which is adapted to process the at least one incident laser beam to produce an outgoing laser beam whose beam parameter product is reduced along at least one axis and whose beam profile is substantially symmetrical with respect to this axis.
Diese Aufgabe wird anhand eines optischen Systems nach Anspruch 1 und Anspruch 8 und anhand eines Verfahrens nach Anspruch 14 und Anspruch 15 gelöst. This object is achieved by means of an optical system according to claim 1 and claim 8 and by means of a method according to claim 14 and claim 15.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches System zum Verarbeiten eines ein- treffenden Laserstrahls bereitgestellt. Das optische System umfasst eine Strahlaufspaltungseinrichtung zum Aufspalten eines eintreffenden Laserstrahls in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen. Das optische System umfasst ferner eine im Strahlengang des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls angeordnete Umpolarisierungseinrichtung zum Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls um 90° und eine Strahlvereinigungseinrichtung zum koaxialen Vereinigen des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls zu einem vereinigten Laserstrahl. Die Strahlaufspaltungseinrichtung kann beispielsweise einen Spiegel umfassen. Der Spiegel kann teilweise so in den Strahlengang des eintreffenden Laserstrahls hineinragen, dass ein vorbestimmter Anteil, d. h. ein zweiter Teilstrahl mit einem vorbe- stimmten Querschnitt, von dem eintreffenden Laserstrahl abgespalten wird. Der verbleibende Teilstrahl des eintreffenden Laserstrahls entspricht in diesem Fall dem ersten Teilstrahl. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls weichen beispielsweise so voneinander ab, dass sich der Querschnitt des eintreffenden Laserstrahls aus dem ersten Abschnitt und dem zwei- ten Abschnitt zusammensetzt, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt im eintreffenden Laserstrahl keinen Überlapp miteinander aufweisen. According to a first aspect, an optical system for processing an incident laser beam is provided. The optical system comprises a beam splitting device for splitting an incident laser beam into a first partial beam and a second partial beam so that a cross section of the first partial beam corresponds to a first section of a cross section of the incident laser beam and a cross section of the second partial beam corresponds to a second section of the cross section of the incident laser beam wherein the first portion and the second portion differ from one another. The optical system further comprises a Umpolarisierungseinrichtung arranged in the beam path of the first sub-beam or the second sub-beam for rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 ° and a beam combining means for coaxially combining the first sub-beam and the second sub-beam to a unified laser beam. The beam splitting device may for example comprise a mirror. The mirror can partially protrude into the beam path of the incident laser beam in such a way that a predetermined component, ie a second component beam with a predetermined cross section, is split off from the incident laser beam. The remaining partial beam of the incident laser beam corresponds in this case to the first partial beam. For example, the first portion and the second portion of the cross section of the incident laser beam deviate from each other such that the cross section of the incident laser beam is composed of the first portion and the second portion, wherein the first portion and the second portion in the incident laser beam no overlap have each other.
Die Umpolarisierungseinrichtung umfasst beispielsweise ein Lambda/2-Plättchen, welches dazu eingerichtet ist, linear polarisiertes Licht einer vorbestimmten Wellen- länge Lambda (insbesondere die Wellenlänge des eintreffenden Laserstrahls) um 90° zu drehen. Insbesondere kann die Umpolarisierungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die Polarisation eines linear polarisierten Teilstrahls so umzupolarisieren (d. h. um die Strahlachse zu drehen), dass dieser seine Polarisation in Bezug auf die Strahlvereinigungseinrichtung von s-polarisiert zu p-polarisiert oder von p-polarisiert zu s- polarisiert ändert. The Umpolarisierungseinrichtung includes, for example, a lambda / 2-plate, which is adapted to linearly polarized light of a predetermined wavelength lambda (in particular the wavelength of the incident laser beam) to rotate by 90 °. In particular, the repolarizing means may be adapted to polarize the polarization of a linearly polarized sub-beam (ie to rotate the beam axis) such that it has its polarization with respect to the beam combining means of s-polarized to p-polarized or p-polarized to s. polarized changes.
Die Strahlvereinigungseinrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die beiden Teilstrahlen so miteinander zu vereinigen, dass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls nach der Vereinigung weitest- gehend überlappen. Anders ausgedrückt kann eine Überlappfläche des Querschnitts des ersten Teilstrahls und des Querschnitts des zweiten Teilstrahls maximal gewählt werden. The beam combining device can be set up, for example, to combine the two partial beams so that a cross section of the first partial beam and a cross section of the second partial beam largely overlap after the connection. In other words, an overlapping area of the cross section of the first partial beam and the cross section of the second partial beam can be selected to be maximum.
Durch die oben geschilderte Überlagerung des ersten Teilstrahls mit dem zweiten Teilstrahl kann ein Strahlparameterprodukt des vereinigten Laserstrahls im Vergleich zu dem eintreffenden Laserstrahl entlang einer ersten Achse halbiert werden, wobei das Strahlparameterprodukt entlang einer senkrecht zu der ersten Achse verlaufenden Achse konstant gehalten wird. Wenn der vereinigte Laserstrahl anschließend entlang der ersten Achse, deren Strahlparameterprodukt halbiert wurde, fokussiert wird, so wird die Schärfentiefe dieser Fokussierung im Vergleich zu einer Fokussie- rung des eintreffenden Laserstrahls verbessert. Ferner kann eine Intensitätsvertei¬ lung des vereinigten Laserstrahls erzeugt werden, mit einem flachen Profil oder Minimum in der Mitte, welche sich besonders eignet zur weiteren effizienten Strahl- parameterproduktverkleinerung beispielsweise mithilfe einer Treppenspiegelanordnung. By overlaying the first sub-beam with the second sub-beam as described above, a beam parameter product of the merged laser beam can be halved compared to the incident laser beam along a first axis, with the beam parameter product being kept constant along an axis perpendicular to the first axis. When the combined laser beam is subsequently focused along the first axis whose beam parameter product has been halved, the depth of field of that focus is improved as compared to focusing the incident laser beam. Further, a Intensitätsvertei ¬ development of the combined laser beam can be generated with a low profile or a minimum in the middle, which is especially suitable for further efficient beam parameter product reduction, for example, using a staircase mirror assembly.
Das optische System kann ferner eine Strahlerzeugungseinrichtung umfassen, zum Erzeugen des eintreffenden Laserstrahls, sodass der eintreffende Laserstrahl linear polarisiert ist. Die Strahlvereinigungseinrichtung kann einen Polarisator (insbesondere einen Dünnschichtpolarisator) umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, einen der beiden Teilstrahlen (erster Teilstrahl und zweiter Teilstrahl) transmittieren zu lassen und den anderen der beiden Teilstrahlen zu reflektieren, sodass der erste Teilstrahl und der zweite Teilstrahl vereinigt werden. The optical system may further comprise a beam generating device for generating the incident laser beam so that the incident laser beam is linearly polarized. The beam combining device may comprise a polarizer (in particular a thin-film polarizer) which is adapted to transmit one of the two partial beams (first partial beam and second partial beam) and to reflect the other of the two partial beams so that the first partial beam and the second partial beam are combined ,
Die Strahlerzeugungseinrichtung kann beispielsweise eine Laserstrahlquelle und, optional, einen nachgeordneten Linearpolarisator umfassen, sodass der Laserstrahl, welcher von der Strahlerzeugungseinrichtung ausgegeben wird, linear entlang einer vorbestimmten Polarisationsachse (z. B. x-Achse oder y-Achse) polarisiert ist. For example, the beam generating device may include a laser beam source and, optionally, a downstream linear polarizer such that the laser beam output from the beam generating device is linearly polarized along a predetermined polarization axis (eg, x-axis or y-axis).
Bei dem Polarisator der Strahlvereinigungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Dünnschichtpolarisator (auch: Dünnfilmpolarisator) handeln. Insbesondere kann der Polarisator dazu eingerichtet sein, in Bezug auf den Polarisator p- polarisiertes Licht zu transmittieren und s-polarisiertes Licht zu reflektieren. Der Konvention entsprechend handelt es sich bei p-polarisiertem (parallel polarisiertem) Licht um linear polarisiertes Licht, dessen elektrisches Feld (E-Feld) in der Einfallsebene des zugehörigen Lichtstrahls in Bezug auf den Polarisator liegt. Entsprechend handelt es sich bei s-polarisiertem (senkrecht polarisiertem) Licht um linear polarisiertes Licht, dessen elektrisches Feld senkrecht zu der oben genannten Einfallsebene liegt. The polarizer of the beam combining device may, for example, be a thin-film polarizer (also: thin-film polarizer). In particular, the polarizer may be configured to transmit p-polarized light relative to the polarizer and to reflect s-polarized light. By convention, p-polarized (parallel polarized) light is linearly polarized light whose electric field (E-field) is in the plane of incidence of the associated light beam with respect to the polarizer. Accordingly, s-polarized (perpendicularly polarized) light is linearly polarized light whose electric field is perpendicular to the above-mentioned plane of incidence.
Die Umpolarisierungseinrichtung ist somit entweder in dem ersten Teilstrahl oder in dem zweiten Teilstrahl vorgesehen, damit die ursprüngliche lineare Polarisation des eintreffenden Laserstrahls in diesem Teilstrahl um 90° gedreht wird. Somit trifft auf die Strahlvereinigungseinrichtung ein Teilstrahl, welcher in Bezug auf die Strahlverei- nigungseinrichtung s-polarisiert ist und ein Teilstrahl, welcher in Bezug auf die Strahlvereinigungseinrichtung p-polarisiert ist. Der p-polarisierte Teilstrahl wird von der Strahlvereinigungseinrichtung transmittieren und der s-polarisierte Teilstrahl wird reflektiert. Somit ergibt sich ein vereinigter Laserstrahl, dessen Strahlrichtung entlang des transmittieren p-polarisierten Teilstrahls verläuft. The Umpolarisierungseinrichtung is thus provided either in the first partial beam or in the second partial beam, so that the original linear polarization of the incident laser beam is rotated in this partial beam by 90 °. Thus, a partial beam which is s-polarized with respect to the beam combining device and a partial beam which is p-polarized with respect to the beam combining device impinge on the beam combining device. The p-polarized partial beam is transmitted by the beam combining device and the s-polarized partial beam is reflected. This results in a unified laser beam whose beam direction extends along the transmitted p-polarized sub-beam.
Das optische System kann mindestens eine Strahlumlenkungseinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, den Teilstrahl, welcher an dem Polarisator reflektiert wird, so auf den Polarisator zu lenken, dass dieser Teilstrahl unter einem Brewster- Winkel des Polarisators (insbesondere bezogen auf die Wellenlänge des Teilstrahls) auf den Polarisator auftrifft. Die Strahlungslenkungseinrichtung kann beispielsweise einen Spiegel umfassen. Der Brewster-Winkel ist als Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf eine Flächennormale der Strahlvereinigungseinrichtung definiert. Für synthetischen Quarz bei der Wellenlänge von 343 nm beträgt der Brewster-Winkel beispielsweise 56°. Somit kann der Teilstrahl beispielsweise unter einem Einfallswinkel von 56° auf den Polarisator auftreffen. Somit kann ein Polarisator verwendet werden, welcher lediglich auf einer Seite eine Beschichtung aufweist. The optical system may comprise at least one beam deflection device which is adapted to the partial beam which reflects on the polarizer is so directed to the polarizer that this partial beam incident on a Brewster angle of the polarizer (in particular with respect to the wavelength of the sub-beam) on the polarizer. The radiation-deflecting device may comprise, for example, a mirror. The Brewster angle is defined as the angle of incidence of the laser beam with respect to a surface normal of the beam combining device. For example, for synthetic quartz at the wavelength of 343 nm, the Brewster angle is 56 °. Thus, the partial beam can impinge, for example, at an incident angle of 56 ° on the polarizer. Thus, a polarizer can be used which has a coating on only one side.
Die Strahlaufspaltungseinrichtung kann einen Spiegel umfassen, welcher dazu einge- richtet ist, den zweiten Teilstrahl aus dem eintreffenden Laserstrahl heraus zu reflek- tieren, sodass der zweite Teilstrahl abgelenkt wird und ein verbleibender Anteil des eintreffenden Lichtstrahls den ersten Teilstrahl darstellt. The beam splitting device may comprise a mirror, which is designed to reflect the second partial beam out of the incident laser beam so that the second partial beam is deflected and a remaining portion of the incident light beam represents the first partial beam.
Der Spiegel kann beispielsweise eine gerade Kante umfassen, entlang welcher der eintreffende Laserstrahl aufgeteilt wird. The mirror may, for example, comprise a straight edge along which the incident laser beam is split.
Die Strahlaufspaltungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den eintreffenden Laserstrahl im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlachse des eintreffenden Laserstrahls verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche auf- weisen. The beam splitting device may be configured to divide the incident laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the incoming laser beam so that the first section and the second section have substantially the same cross-sectional area.
Eine Querschnittsfläche des ersten Teilstrahls sowie eine Querschnittsfläche des zweiten Teilstrahls können somit beispielsweise einem Halbkreis oder einem halbierten Oval (beispielsweise einer halbierten Ellipse) entsprechen. A cross-sectional area of the first partial beam and a cross-sectional area of the second partial beam may thus correspond, for example, to a semicircle or a halved oval (for example a halved ellipse).
Das optische System kann ferner eine Strahlerzeugungseinrichtung umfassen, zum Erzeugen des eintreffenden Laserstrahls, sodass der eintreffende Laserstrahl eine ovale Querschnittsfläche mit einer langen Achse und einer kurzen Achse aufweist.The optical system may further comprise a beam generating means for generating the incident laser beam so that the incident laser beam has an oval cross-sectional area with a long axis and a short axis.
Die Strahlaufspaltungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den eintreffenden Laserstrahl entlang seiner langen Achse aufzuteilen. Alternativ kann die Strahl- aufspaltungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den eintreffenden Laserstrahl entlang seiner kurzen Achse aufzuteilen. Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst das optische System gemäß dem ersten Aspekt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine dem optischen System nachgelagerte Treppenspiegelanordnung, welche dazu eingerichtet ist, ein Strahlparameterprodukt des vereinigten Laserstrahls durch Aufteilen des vereinigten Laserstrahls in zwei oder mehrere Teilstrahlen zu verringern und eine der Treppenspiegelanordnung nachgelagerte Beleuchtungslinienoptik, welche dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehrere Teilstrahlen unter Verwendung einer Homogenisierungsoptik und einer Abbildungseinrichtung als eine Beleuchtungslinie abzubilden. The beam splitter may be configured to split the incoming laser beam along its long axis. Alternatively, the beam splitting device can be set up to divide the incoming laser beam along its short axis. According to a second aspect, an apparatus for generating a lighting line is provided. The device comprises the optical system according to the first aspect. The apparatus further comprises a staircase mirror assembly downstream of the optical system arranged to reduce a beam parameter product of the merged laser beam by dividing the merged laser beam into two or more sub-beams, and a staircase optical system downstream lighting line optic adapted to receive the two or more sub-beams using a homogenizing optic and an imaging device as a line of illumination.
„Dem optischen System nachgelagert" bedeutet hierbei, dass die Treppenspiegelanordnung im Strahlengang nach bzw. hinter dem optischen System angeordnet ist."Downstream of the optical system" here means that the staircase mirror assembly is arranged in the beam path behind or behind the optical system.
Die Treppenspiegelanordnung kann beispielsweise ausgestaltet sein, wie in einem der folgenden Dokumente beschrieben: Applied Optics, Vol. 36, No. 24, 20.08.1997, Seiten 5873 und 5374, DE 103 31 442 Al und DE 20 2005 021 171. Die Treppenspiegelanordnung kann so ausgestaltet sein, dass sie den vereinigten Laserstrahl entlang einer Achse aufteilt, welche durch die Beleuchtungslinienoptik als kurze Ach- se abgebildet wird. Anders ausgedrückt kann die Treppenspiegelanordnung dazu eingerichtet sein, den Teilstrahl entlang einer Achse aufzuteilen, entlang dieser zuvor durch die Strahlaufspaltungseinrichtung aufgeteilt wurde. Somit kann das Strahlparameterprodukt entlang dieser Achse weiter verringert werden. Die Beleuchtungslinienoptik kann beispielsweise eine oder mehrere Zylinderlinsen aufweisen und insbesondere eines oder mehrere der in der DE 10 2015 002 537 beschrieben optischen Elemente zur Erzeugung einer Beleuchtungslinie umfassen. For example, the stair mirror assembly may be configured as described in any of the following documents: Applied Optics, Vol. 24, 20.08.1997, pages 5873 and 5374, DE 103 31 442 A1 and DE 20 2005 021 171. The staircase mirror arrangement can be designed such that it divides the combined laser beam along an axis which is imaged by the illumination line optical system as a short axis becomes. In other words, the stair mirror assembly may be configured to split the sub-beam along an axis along which it has previously been split by the beam splitter. Thus, the beam parameter product along this axis can be further reduced. The illumination line optical system can, for example, have one or more cylindrical lenses and in particular comprise one or more of the optical elements described in DE 10 2015 002 537 for generating a lighting line.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein optisches System zum Verarbeiten eines ersten eintreffenden Laserstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls bereitgestellt. Das optische System umfasst eine erste Strahlaufspaltungseinrichtung zum Aufspalten eines ersten eintreffenden Laserstrahls in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen, eine im Strahlengang des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls angeordnete erste Umpolarisierungseinrichtung zum Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls um 90°, eine erste Strahlvereinigungseinrichtung zum Vereinigen des zweiten Teilstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls zu einem ersten vereinigten Laserstrahl, eine zweite Strahlaufspaltungseinrichtung zum Aufspalten des ersten vereinigten Laserstrahls in einen dritten Teilstrahl und einen vierten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des dritten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des vierten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen und wobei der zweite Teilstrahl des ersten eintreffenden Laserstrahls im Wesentlichen vollständig im dritten Teilstrahl des ersten vereinigten Laserstrahls enthalten ist, eine im Strahlengang des vierten Teilstrahls angeordnete zweite Umpolarisierungseinrich- tung zum Drehen einer Polarisation des vierten Teilstrahls um 90° und eine zweite Strahlvereinigungsvorrichtung zum Vereinigen des vierten Teilstrahls und des ersten Teilstrahls zu einem zweiten vereinigten Laserstrahl. According to a third aspect, there is provided an optical system for processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam. The optical system comprises a first beam splitting device for splitting a first incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the first first incoming laser beam corresponds, wherein the first portion and the second portion differ from each other, arranged in the beam path of the first sub-beam or the second sub-beam first Umpolarisierungseinrichtung for rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 °, a first beam combining means for uniting the second partial beam and a second incident laser beam to a first combined laser beam, a second beam splitter for splitting the first merged laser beam into a third beam and a fourth beam so that a cross section of the third beam corresponds to a first portion of a cross section of the first merged laser beam and a cross section of the fourth beam corresponds to a second portion of the cross section of the first merged laser beam wherein the first portion and the second portion deviate from one another and wherein the second partial beam of the first incident laser beam is substantially completely contained in the third partial beam of the first merged laser beam, a second Umpolarisierungseinrich- device arranged in the beam path of the fourth partial beam for rotating a polarization of the fourth Partial beam by 90 ° and a second beam combining device for combining the fourth partial beam and the first partial beam to a second combined laser beam.
Die obigen Ausführungen bezüglich des ersten Aspekts können ebenso - soweit möglich - auf das optische System gemäß dem dritten Aspekt zutreffen. The above statements regarding the first aspect may also apply, as far as possible, to the optical system according to the third aspect.
Insbesondere können die erste Strahlaufspaltungseinrichtung und die zweite Strahl- aufspaltungseinrichtung beispielsweise jeweils einen Spiegel umfassen. Der Spiegel kann teilweise so in den Strahlengang des eintreffenden Laserstrahls hineinragen, dass ein vorbestimmter Anteil, d. h. ein zweiter Teilstrahl bzw. ein vierter Teilstrahl mit jeweils einem vorbestimmten Querschnitt, von dem eintreffenden Laserstrahl bzw. von dem ersten vereinigten Laserstrahl abgespalten wird. Der verbleibende Teilstrahl des eintreffenden Laserstrahls entspricht in diesem Fall dem ersten Teil¬ strahl. Der verbleibende Teilstrahl des ersten vereinigten Laserstrahls entspricht dem dritten Teilstrahl. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls weichen beispielsweise so voneinander ab, dass sich der Querschnitt des eintreffenden Laserstrahls aus dem ersten Abschnitt und dem zwei¬ ten Abschnitt zusammensetzt, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt keinen Überlapp miteinander aufweisen. In particular, the first beam splitting device and the second beam splitting device may each comprise, for example, a mirror. The mirror can partially protrude into the beam path of the incident laser beam such that a predetermined component, ie a second partial beam or a fourth partial beam, each having a predetermined cross section, is split off from the incident laser beam or from the first combined laser beam. The remaining part of the beam incident laser beam in this case corresponds to the first part ¬ beam. The remaining partial beam of the first combined laser beam corresponds to the third partial beam. The first portion and the second portion of the cross section of the incoming laser beam soft, for example, so from each other, that the cross-section of the incident laser beam from the first portion and the two ¬ th segment composed, wherein the first portion and the second portion having no overlap with one another.
Die erste Umpolarisierungseinrichtung und die zweite Umpolarisierungseinrichtung umfassen beispielsweise jeweils ein Lambda/2-Plättchen, welches dazu eingerichtet ist, linear polarisiertes Licht einer vorbestimmten Wellenlänge Lambda (insbesondere die Wellenlänge der jeweiligen auf das Lambda/2-Plättchen auftreffenden Laserstrahlung) um 90° zu drehen. Insbesondere können die Umpolarisierungseinrichtungen jeweils dazu eingerichtet sein, die Polarisation eines linear polarisierten (Teil-) Strahls so umzupolarisieren, dass dieser seine Polarisation in Bezug auf die erste oder zweite Strahlvereinigungseinrichtung von s-polarisiert zu p-polarisiert oder von p-polarisiert zu s-polarisiert ändert. The first Umpolarisierungseinrichtung and the second Umpolarisierungseinrichtung include, for example, each a lambda / 2-plate, which is adapted to linearly polarized light of a predetermined wavelength lambda (in particular the wavelength of the respective incident on the lambda / 2-plate laser radiation) to rotate by 90 ° , In particular, the Umpolarisierungseinrichtungen each be adapted to polarize the polarization of a linearly polarized (partial) beam so that this polarization with respect to the first or second Beam combiner changes from s-polarized to p-polarized or from p-polarized to s-polarized.
Die erste Strahlvereinigungseinrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den zweiten Teilstrahl und den zweiten eintreffenden Laserstrahl so miteinander zu vereinigen, dass ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls und ein Querschnitt eines Abschnitts des zweiten eintreffenden Laserstrahls, welcher nach der Abspaltung durch die zweite Strahlaufspaltungseinrichtung dem dritten Teilstrahl entspricht, weitestgehend überlappen. Ferner kann die zweite Strahlvereinigungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den ersten Teilstrahl und den vierten Teilstrahl so miteinander zu vereinigen, dass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls und ein Querschnitt des vierten Teilstrahls weitestgehend überlappen. The first beam combining device can be set up, for example, to combine the second partial beam and the second incident laser beam such that a cross section of the second partial beam and a cross section of a portion of the second incident laser beam, which corresponds to the third partial beam after the cleavage by the second beam splitter , overlap as far as possible. Furthermore, the second beam combining device can be configured to combine the first partial beam and the fourth partial beam with one another such that a cross section of the first partial beam and a cross section of the fourth partial beam largely overlap.
Durch die oben geschilderten Überlagerungen mithilfe der ersten Strahlvereinigungs- einrichtung und der zweiten Strahlvereinigungseinrichtung wird ein ausgehender dritter Teilstrahl und ein ausgehender zweiter vereinigter Laserstrahl erzeugt. Ein Strahlparameterprodukt dieser ausgehenden Strahlen im Vergleich zu den beiden eintreffenden Laserstrahlen kann entlang einer Achse halbiert werden, wobei das Strahlparameterprodukt entlang einer senkrecht zu der einen Achse verlaufenden Achse konstant gehalten wird. Wenn die ausgehenden Laserstrahlen anschließend entlang der einen Achse, deren Strahlparameterprodukt halbiert wurde, fokussiert werden, so kann eine Schärfentiefe dieser Fokussierung im Vergleich zu einer Fokus- sierung der eintreffenden Laserstrahlen verbessert werden. Ferner kann eine Intensitätsverteilung der ausgehenden Laserstrahlen erzeugt werden, mit jeweils einem flachen Profil oder Minimum in der Mitte, welche sich besonders eignet zur weiteren effizienten Strahlparameterproduktverkleinerung beispielsweise mithilfe einer Treppenspiegelanordnung. By means of the above-described superpositions with the aid of the first beam combining device and the second beam combining device, an outgoing third partial beam and an outgoing second combined laser beam are generated. A beam parameter product of these outgoing beams compared to the two incident laser beams may be halved along an axis with the beam parameter product kept constant along an axis perpendicular to the one axis. If the outgoing laser beams are subsequently focused along the one axis whose beam parameter product has been halved, a depth of field of this focusing can be improved in comparison to a focusing of the incident laser beams. Furthermore, an intensity distribution of the outgoing laser beams can be generated, each with a flat profile or minimum in the middle, which is particularly suitable for further efficient beam parameter product reduction, for example by means of a staircase mirror arrangement.
Das optische System kann ferner umfassen eine erste Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des ersten eintreffenden Laserstrahls, sodass der erste eintreffende Laserstrahl linear polarisiert ist, und eine zweite Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des zweiten eintreffenden Laserstrahls, sodass der zweite eintreffende Laserstrahl linear polarisiert ist. Die erste Strahlvereinigungseinrichtung kann einen Polarisator umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, den zweiten eintreffenden Laser- strahl transmittieren zu lassen und den zweiten Teilstrahl zu reflektieren, sodass der zweite eintreffende Laserstrahl und der zweite Teilstrahl vereinigt werden. Die zweite Strahlvereinigungseinrichtung kann einen Polarisator umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, den ersten Teilstrahl transmittieren zu lassen und den vierten Teilstrahl zu reflektieren, sodass der erste Teilstrahl und der vierte Teilstrahl vereinigt werden.The optical system may further comprise first beam generating means for generating the first incident laser beam so that the first incident laser beam is linearly polarized, and second beam generating means for generating the second incident laser beam so that the second incident laser beam is linearly polarized. The first beam combining device may comprise a polarizer, which is configured to transmit the second incident laser beam and to reflect the second partial beam so that the second incident laser beam and the second partial beam are combined. The second beam combining device may comprise a polarizer, which is adapted to transmit the first partial beam and to the fourth partial beam reflect, so that the first partial beam and the fourth partial beam are combined.
Der zweite eintreffende Laserstrahl kann bezüglich des Polarisators der ersten Strahlvereinigungsvorrichtung p-polarisiert sein. Der erste eintreffende Laserstrahl kann bezüglich des Polarisators der ersten Strahlvereinigungsvorrichtung p-polarisiert sein, wobei die erste Umpolarisierungseinrichtung im zweiten Teilstrahl angeordnet ist. Alternativ kann der erste eintreffende Laserstrahl bezüglich des Polarisators der zwei- ten Strahlvereinigungsvorrichtung s-polarisiert sein, wobei die erste Umpolarisierungseinrichtung im ersten Teilstrahl angeordnet ist. Somit können die Umpolarisierungseinrichtungen so in den jeweiligen Teilstrahlen angeordnet sein, dass jeweils ein p-polarisierter Laserstrahl und ein s-polarisierter Laserstrahl auf die erste Strahlvereinigungseinrichtung und die zweite Strahlvereinigungseinrichtung treffen, um von diesen vereinigt zu werden. Das optische System kann so angeordnet sein, dass der zweite Teilstrahl unter einem Brewster-Winkel des Polarisators der ersten Strahlvereinigungseinrichtung auf diesen Polarisator trifft. Das optische System kann ferner so angeordnet sein, dass der vier¬ te Teilstrahl unter einem Brewster-Winkel des Polarisators der zweiten Strahlvereini¬ gungseinrichtung auf diesen Polarisator trifft. The second incident laser beam may be p-polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device. The first incident laser beam may be p polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device, wherein the first Umpolarisierungseinrichtung is arranged in the second partial beam. Alternatively, the first incident laser beam may be s-polarized with respect to the polarizer of the second beam combining device, the first repolarizing device being arranged in the first sub-beam. Thus, the repolarizing means may be arranged in the respective sub-beams so that each of a p-polarized laser beam and an s-polarized laser beam impinges on the first beam combining means and the second beam combining means to be united by them. The optical system can be arranged such that the second partial beam strikes this polarizer at a Brewster angle of the polarizer of the first beam combining device. The optical system may further be arranged so that the four ¬ th partial beam is incident at a Brewster angle of the polarizer of the second Strahlvereini ¬ restriction device to this polarizer.
Die erste Strahlaufspaltungseinrichtung kann einen Spiegel umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, den zweiten Teilstrahl aus dem ersten eintreffenden Laserstrahl heraus zu reflektieren, sodass der zweite Teilstrahl abgelenkt wird und ein verblei¬ bender Anteil des ersten eintreffenden Lichtstrahls den ersten Teilstrahl darstellt. Ferner kann die zweite Strahlaufspaltungseinrichtung einen Spiegel umfassen, wel¬ cher dazu eingerichtet ist, den vierten Teilstrahl aus dem ersten vereinigten Laser¬ strahl heraus zu reflektieren, sodass der vierte Teilstrahl abgelenkt wird und ein verbleibender Anteil des ersten vereinigten Lichtstrahls den dritten Teilstrahl dar¬ stellt. The first beam splitting means may comprise a mirror, which is arranged to reflect the second partial beam from the first incident laser beam out so that the second part beam is deflected and a verblei ¬ bender component of the first incident light beam representing the first partial beam. Further, the second beam splitting device may comprise a mirror, wel ¬ cher is configured to reflect the fourth sub-beam from the first combined laser ¬ radiating out, so that the fourth sub-beam is deflected and a remaining portion of the first combined light beam to the third partial beam is ¬ represents ,
Die erste Strahlaufspaltungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den ersten ein¬ treffenden Laserstrahl im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlachse des ersten eintreffenden Laserstrahls verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweisen. Ferner kann die zweite Strahlaufspaltungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den ersten vereinigten Laserstrahl im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlachse des ersten vereinigten Laserstrahls verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweisen. The first beam splitter may be configured to split the first incident laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first incoming laser beam so that the first portion and the second portion of the cross section of the first incident laser beam are substantially equal in cross-sectional area respectively. Furthermore, the second beam splitting device may be configured to divide the first combined laser beam substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first combined laser beam, so that the The first portion and the second portion of the cross section of the first merged laser beam have a substantially equal cross-sectional area.
Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuch- tungslinie bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst das optische System gemäß dem dritten Aspekt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine dem optischen System nachgelagerte Treppenspiegelanordnung, welche dazu eingerichtet ist, ein Strahlparameterprodukt des dritten Teilstrahls und des zweiten vereinigten Laserstrahls durch Aufteilen des dritten Teilstrahls und des zweiten vereinigten Laserstrahls jeweils in zwei oder mehrere Teilstrahlen zu verringern, und eine der Treppenspiegelanordnung nachgelagerte Beleuchtungslinienoptik, welche dazu eingerichtet ist, die jeweils zwei oder mehrere Teilstrahlen unter Verwendung einer Homogenisierungsoptik und einer Abbildungseinrichtung als eine gemeinsame Beleuchtungslinie abzubilden. Die Treppenspiegelanordnung kann so ausgestaltet sein, dass sie den dritten Teilstrahl und den zweiten vereinigten Laserstrahl entlang einer Achse aufteilt, welche durch die Beleuchtungslinienoptik als kurze Achse abgebildet wird. Anders ausgedrückt kann die Treppenspiegelanordnung dazu eingerichtet sein, den dritten Teilstrahl und den zweiten vereinigten Laserstrahl entlang einer Achse aufzuteilen, entlang dieser zuvor durch die Strahlaufspaltungseinrichtungen aufgeteilt wurde. Somit kann das Strahlparameterprodukt entlang dieser Achse weiter verringert werden. According to a fourth aspect, a device for generating a lighting line is provided. The device comprises the optical system according to the third aspect. The apparatus further includes a staircase mirror assembly downstream of the optical system configured to reduce a beam parameter product of the third sub-beam and the second merged laser beam by dividing the third sub-beam and the second merged laser beam into two or more sub-beams, respectively, and one subsequent to the stair-mirror assembly Illumination line optics which is adapted to image the respective two or more sub-beams using a homogenizing optical system and an imaging device as a common illumination line. The stair mirror assembly may be configured to divide the third sub-beam and the second merged laser beam along an axis which is imaged by the illumination line optics as a short axis. In other words, the stair mirror assembly may be configured to split the third sub-beam and the second merged laser beam along an axis along which it has previously been split by the beam splitting devices. Thus, the beam parameter product along this axis can be further reduced.
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Verfahren zum Verarbeiten eines eintreffenden Laserstrahls bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Aufspalten eines eintreffenden Laserstrahls in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen, Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls um 90° und koaxiales Vereinigen des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls zu einem vereinigten Laserstrahl. Sämtliche der oben geschilderten Details des optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt können entsprechend auf das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt angewendet werden. Das optische System gemäß dem ersten Aspekt kann dazu einge- richtet sein, das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt durchzuführen. Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Verfahren zum Verarbeiten eines ersten eintreffenden Laserstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Aufspalten eines ersten eintreffenden Laserstrahls in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen, Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls oder des zweiten Teilstrahls um 90°, Vereinigen des zweiten Teilstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls zu einem ersten vereinigten Laserstrahl, Aufspalten des ersten vereinigten Laserstrahls in einen dritten Teilstrahl und einen vierten Teilstrahl, sodass ein Querschnitt des dritten Teilstrahls einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls entspricht und ein Querschnitt des vierten Teilstrahls einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen und wobei der zweite Teilstrahl des ersten eintreffenden Laserstrahls im Wesentlichen vollständig im dritten Teilstrahl des ersten vereinigten Laserstrahls enthalten ist, Drehen einer Polarisation des vier- ten Teilstrahls um 90° und Vereinigen des vierten Teilstrahls und des ersten Teilstrahls zu einem zweiten vereinigten Laserstrahl. According to a fifth aspect, there is provided a method of processing an incoming laser beam. The method includes splitting an incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the incident laser beam Section and the second section differ from each other, turning a polarization of the first partial beam or the second partial beam by 90 ° and coaxially combining the first partial beam and the second partial beam into a combined laser beam. All of the above-described details of the optical system according to the first aspect can be correspondingly applied to the method according to the fifth aspect. The optical system according to the first aspect may be configured to perform the method according to the fifth aspect. According to a sixth aspect, there is provided a method of processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam. The method includes splitting a first incident laser beam into a first sub-beam and a second sub-beam such that a cross-section of the first sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first incident laser beam and a cross-section of the second sub-beam corresponds to a second portion of the cross-section of the first incident laser beam. wherein the first portion and the second portion deviate from each other, rotating a polarization of the first sub-beam or the second sub-beam by 90 °, merging the second sub-beam and a second incident laser beam into a first merged laser beam, splitting the first merged laser beam into a third sub-beam, and a fourth sub-beam such that a cross-section of the third sub-beam corresponds to a first portion of a cross-section of the first merged laser beam and a cross-section of the fourth sub-beam corresponds to a second portion of Que corresponds to the first section and the second section, wherein the second partial beam of the first incident laser beam is substantially completely contained in the third partial beam of the first merged laser beam, rotating a polarization of the fourth partial beam by 90 ° and merging the fourth sub-beam and the first sub-beam into a second merged laser beam.
Sämtliche der oben geschilderten Details des optischen Systems gemäß dem dritten Aspekt können entsprechend auf das Verfahren gemäß dem sechsten Aspekt ange- wendet werden. Das optische System gemäß dem dritten Aspekt kann dazu eingerichtet sein, das Verfahren gemäß dem sechsten Aspekt durchzuführen. All of the above-described details of the optical system according to the third aspect can be applied as appropriate to the method according to the sixth aspect. The optical system according to the third aspect may be configured to perform the method according to the sixth aspect.
Obwohl die Anordnung des optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt von der Anordnung des optischen Systems gemäß dem dritten Aspekt abweicht, ist zu beach- ten, dass beiden Aspekten derselbe Grundgedanke zur Lösung desselben Problems zugrunde liegt, nämlich einer Verringerung des Strahlparameterprodukts entlang einer Achse bei gleichbleibendem Strahlparameterprodukt entlang einer zu der einen Achse senkrechten Achse. In beiden optischen Systemen kann ein Strahlparameterprodukt entlang einer Achse halbiert werden, bei gleichbleibendem Strahlparameter- produkt entlang einer zu der einen Achse senkrechten Achse. Gemäß dem optischen System des ersten Aspekts geschieht dies durch Abspaltung eines Teilstrahls von einem eintreffenden Laserstrahl und Überlagerung des abgespaltenen Teilstrahls mit einem verbleibenden Teilstrahl des eintreffenden Laserstrahls. Gemäß dem optischen System des dritten Aspekts geschieht dies durch Abspaltung eines Teilstrahls von einem ersten eintreffenden Laserstrahl und Überlagerung des abgespaltenen Teil- strahls mit einem verbleibenden Teilstrahl eines zweiten eintreffenden Laserstrahls, wobei vom zweiten eintreffenden Laserstrahl ebenso ein Teilstrahl abgespalten wird und einem verbleibenden Teilstrahl des ersten eintreffenden Laserstrahls überlagert wird. Although the arrangement of the optical system according to the first aspect is different from the arrangement of the optical system according to the third aspect, it should be noted that both aspects are based on the same basic idea for solving the same problem, namely a reduction of the beam parameter product along an axis while remaining the same Beam parameter product along an axis perpendicular to the one axis. In both optical systems, a beam parameter product can be halved along an axis, with a constant beam parameter product along an axis perpendicular to the one axis. According to the optical system of the first aspect, this is done by splitting off a partial beam from an incident laser beam and superimposing the split-off partial beam with a remaining partial beam of the incident laser beam. According to the optical System of the third aspect, this is done by splitting a partial beam of a first incoming laser beam and superimposition of the split partial beam with a remaining partial beam of a second incident laser beam, wherein the second incident laser beam as a partial beam is split off and a remaining partial beam of the first incident laser beam superimposed becomes.
Das oben Gesagte gilt entsprechend für die Verfahren gemäß dem fünften Aspekt und dem sechsten Aspekt. The above applies mutatis mutandis to the method according to the fifth aspect and the sixth aspect.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläu- tert, von denen The invention will be further elucidated with reference to the accompanying drawings, of which
Fig. la, lb eine schematische Übersichtsdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie aus unterschiedlichen Blickrichtungen zeigen, wobei die hierin beschriebenen optischen Systeme in diese Vorrichtung integriert werden können, 1a, 1b show a schematic overview representation of a device for generating a lighting line from different viewing directions, wherein the optical systems described herein can be integrated into this device,
Fig. 2 Details der Homogenisierung des Laserstrahls und der Erzeugung der langen Strahlachse gemäß Fig. la zeigt, FIG. 2 shows details of the homogenization of the laser beam and the generation of the long beam axis according to FIG.
Fig. 3 eine typische Fokussierung eines Laserstrahls mit einer bestimmten 3 shows a typical focusing of a laser beam with a specific one
Beugungsmaßzahl und die dadurch entstehende Strahltaille am Ort z=0 zeigt,  Diffraction coefficient and the resulting beam waist at location z = 0,
Fig. 4a die Strahlpropagation, ausgedrückt durch die Strahlbreite (FWHM), als 4a shows the beam propagation, expressed by the beam width (FWHM), as
Funktion von z für einen Laserstrahl mit FWHM0 = 30 pm und M2 = 25 zeigt, Function of z for a laser beam with FWHM 0 = 30 pm and M 2 = 25 shows
Fig. 4b die Strahlpropagation, ausgedrückt durch die Strahlbreite (FWHM), als Fig. 4b shows the beam propagation, expressed by the beam width (FWHM), as
Funktion von z für einen Laserstrahl mit FWHM0 = 30 pm und M2 = 10 zeigt, Function of z for a laser beam with FWHM 0 = 30 pm and M 2 = 10 shows
Fig. 5a eine schematische Querschnittsansicht eines Laserstrahls gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt, wobei der Laserstrahl aufgeteilt wird und die beiden Teilstrahlen nebeneinander positioniert werden, Fig. 5b eine perspektivische Darstellung des Strahlenverlaufs gemäß dem ers- ten Vergleichsbeispiel von Fig. 5a zeigt, 5a shows a schematic cross-sectional view of a laser beam according to a first comparative example, wherein the laser beam is split and the two partial beams are positioned next to each other, 5b shows a perspective view of the beam path according to the first comparative example of FIG. 5a,
Fig. 5c eine Draufsicht des Strahlenverlaufs gemäß dem ersten Vergleichsbei- spiel von Fig. 5a zeigt, 5c shows a top view of the beam path according to the first comparison example of FIG. 5a,
Fig. 6a eine perspektivische Darstellung des Strahlenverlaufs gemäß einem 6a is a perspective view of the beam path according to a
zweiten Vergleichsbeispiel zeigt,  second comparative example shows
Fig. 6b eine schematische Querschnittsansicht des Laserstrahls gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel gemäß Fig. 6a zeigt, 6b shows a schematic cross-sectional view of the laser beam according to the second comparative example according to FIG. 6a,
Fig. 7a eine Draufsicht des Strahlenverlaufs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Teilstrahl von einem eintreffenden Laserstrahl abgezweigt wird und nach Drehung der Polarisation um 90° dem verbleibenden Teilstrahl des eintreffenden Teilstrahls mithilfe eines Polarisators überlagert wird, 7a shows a top view of the beam path according to a first embodiment of the present disclosure, wherein a partial beam is branched off from an incident laser beam and, after rotation of the polarization by 90 °, is superimposed on the remaining partial beam of the incoming partial beam with the aid of a polarizer,
Fig. 7b eine schematische Querschnittsansicht des Laserstrahls gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 7a zeigt, wobei der Laserstrahl aufgeteilt wird und die beiden Teilstrahlen überlagert werden, 7b shows a schematic cross-sectional view of the laser beam according to the first embodiment according to FIG. 7a, wherein the laser beam is split and the two partial beams are superimposed,
Fig. 8 eine Draufsicht des Strahlenverlaufs gemäß einer zweiten Ausführungs¬ form der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Teilstrahl von ei¬ nem eintreffenden Laserstrahl abgezweigt wird und dem verbleibenden Teilstrahl des eintreffenden Teilstrahls nach Drehung von dessen Polarisation um 90° mithilfe eines Polarisators überlagert wird, Fig. 8 shows a top view of the beam path according to a second embodiment ¬ form of the present disclosure, wherein a part beam from egg ¬ nem incoming laser beam is diverted and the remaining portion of beam of the incident sub-beam by rotation of its polarization is superimposed by 90 ° by using a polarizer,
Fig. 9 eine Draufsicht des Strahlenverlaufs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei von zwei eintreffenden Laserstrahlen jeweils ein Teilstrahl abgezweigt wird und dem jeweils verbleibenden Teilstrahl des anderen eintreffenden Laserstrahls überla¬ gert werden, Fig. 9 shows a top view of the beam path according to a third embodiment of the present disclosure, with one partial beam is diverted from two incoming laser beams and the respective remaining sub-beam of the other incoming laser beam are Überla ¬ Gert,
Fig. 10 eine Draufsicht auf sechs eintreffende Laserstrahlen zeigt, wobei drei Fig. 10 shows a plan view of six incident laser beams, with three
Anordnungen ähnlich zu der dritten Ausführungsform nach Fig. 9 nebeneinander angeordnet sind und die ausgehenden Laserstrahlen jeweils aufgeweitet werden, Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des Strahlenverlaufs gemäß der drittenArrangements similar to the third embodiment of Figure 9 are arranged side by side and the outgoing laser beams are respectively expanded, 11 is a perspective view of the beam path according to the third
Ausführungsform mit einer nachgeschalteten Treppenspiegelanordnung zeigt und Embodiment with a downstream stair mirror assembly shows and
Fig. 12 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeu- gen einer Beleuchtungslinie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus unterschiedlichen Blickrichtungen zeigt, wobei das optische System der Fig. 7a in die Vorrichtung der Fig. la, 1b integriert wurde. 12 shows a schematic overview illustration of an apparatus for generating a lighting line according to an embodiment of the present disclosure from different viewing directions, wherein the optical system of FIG. 7a has been integrated into the apparatus of FIG. 1a, 1b.
Die Figuren la und lb zeigen eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie. Die weiter unten im Detail diskutierten Ausführungsformen von optischen Systemen zum Verarbeiten mindestens eines eintreffenden Laserstrahls können beispielsweise in die Vorrichtung gemäß Fig. la, lb integriert werden, wobei die daraus resultierenden Vorrichtungen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung sind. Eine entsprechende Vorrichtung wird beispielsweise weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 12 beschrieben. Figures la and lb show a device for generating a lighting line. The embodiments of optical systems for processing at least one incoming laser beam, which are discussed in detail below, may for example be integrated into the device according to FIGS. 1 a, 1 b, the devices resulting therefrom being part of the present disclosure. A corresponding device is described, for example, below in connection with FIG. 12.
Eine typische Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie ist in Fig. la, lb gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise in einer Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten eingesetzt werden. Die be¬ schriebene Vorrichtung 10 kann jedoch auch für jede beliebige andere Anwendung verwendet werden, für welche eine Beleuchtungslinie benötigt wird. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Strahlformungseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, einen Laser¬ strahl 14 derart zu formen, dass ein Strahlprofil 16 des Laserstrahls 14 eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, sowie eine im Strahlengang des Laserstrahls 14 der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl 14 als eine Beleuchtungslinie 22 abzubilden. Die Abbildungseinrichtung 18 erzeugt somit aus der durch die Strahlformungseinrichtung 12 gebildeten kurzen Achse des Laserstrahls 14 die kurze Achse der Beleuchtungslinie 22. A typical apparatus for generating a line of illumination is shown in FIGS. 1a, 1b and designated generally at 10. The device 10 can be used for example in a system for processing thin-film layers. However, the device 10 may be required ¬ also be used for any other application for which a line of illumination is required. The apparatus 10 includes a beam shaping device 12, which is adapted to form a laser ¬ beam 14 such that a beam profile 16 of the laser beam 14 having a long axis and a short axis, and a in the beam path of the laser beam 14, the beam shaping device 12 downstream of the imaging device 18, which is adapted to image the thus-shaped laser beam 14 as a line of illumination 22. The imaging device 18 thus generates the short axis of the illumination line 22 from the short axis of the laser beam 14 formed by the beam shaping device 12.
Per Konvention sollen in den Figuren die kurze Achse parallel zur x-Achse, die lange Achse parallel zur y-Achse und die optische Achse der Vorrichtung 10 parallel zur z- Achse verlaufen. In der Fig. la ist die Vorrichtung 10 beispielsweise von der Seite gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der x-Richtung), und in der Fig. lb bei¬ spielsweise von oben gesehen dargestellt (Blickrichtung entlang der y-Richtung). Die Strahlformungseinrichtung 12 kann beispielsweise die in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigte anamorphotische Optik 42 darstellen oder umfassen, Insbesondere kann die Strahlformungseinrichtung 12 eine oder mehrere der in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigten Komponenten 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 umfassen. By convention, in the figures, the short axis parallel to the x-axis, the long axis parallel to the y-axis and the optical axis of the device 10 parallel to the z-axis. In Fig. La, the apparatus 10 is shown seen, for example, from the side (viewed along the x-direction) and in Fig. Lb shown seen in ¬ game from the top (the viewing direction along the y-direction). The beam shaping device 12 may represent or comprise, for example, the anamorphic optical system 42 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1. In particular, the beam shaping device 12 may comprise one or more of those shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1 Components 20, 54, 56, 58, 62, 66, 68, 74 include.
Mit anderen Worten: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann durch eine (zur x-Achse des Koordinatensystems parallele) erste Abbildungsachse x, eine (zur y-Achse des Koordinatensystems parallele) zur ersten Abbildungsachse x senkrechte zweite Abbil- dungsachse y und eine zur ersten und zur zweiten Abbildungsachse x, y senkrechte (zur z-Achse des Koordinatensystems parallele) optische Achse z beschrieben wer¬ den. Die Strahlformungseinrichtung 12 (beispielsweise als anamorphotische Optik) hat bezüglich der ersten und der zweiten Abbildungsachse x, y unterschiedliche Abbildungseigenschaften. Die Strahlformungseinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, am Ort "16" vor der Abbildungseinrichtung 18 (siehe z. B. Fig. la, lb) aus La¬ serlicht einen Laserstrahl 14 zu erzeugen, dessen Strahlprofil 16 eine lange Achse (y) und eine kurze Achse (x) aufweist, wobei das Strahlprofil in der langen Achse (y) eine weitestgehend homogenisierte (oder im Wesentlichen homogene) Intensitäts- Verteilung aufweist. In other words, the beam-shaping device 12 can rotate through a first imaging axis x (parallel to the x-axis of the coordinate system), a second imaging axis y (parallel to the y-axis of the coordinate system) to the first imaging axis x, and one to the first and the second Image axis x, y vertical (parallel to the z-axis of the coordinate system) optical axis z described ¬ who. The beam shaping device 12 (for example as anamorphic optics) has different imaging properties with respect to the first and second imaging axes x, y. The beam shaping device 12 can be adapted on site "16" in front of the imaging device 18 (see, for. Example, Fig. La, lb) of La ¬ serlicht to generate a laser beam 14, the beam profile 16 has a long axis (y) and a short axis (x), wherein the beam profile in the long axis (y) has a largely homogenized (or substantially homogeneous) intensity distribution.
In Einzelnen: Die Strahlformungseinrichtung 12 kann (insbesondere als anamorphoti- sche Optik) umfassen (siehe Fig. la, lb): In detail: The beam shaping device 12 may comprise (in particular as anamorphic optical system) (see FIGS. 1a, 1b):
Eine erste Teleskopanordnung 20, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. A first telescope assembly 20, which is optically effective with respect to the short axis x, d. H. has a refractive power with respect to the short axis x.
Die erste Teleskopanordnung 20 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 23 und einer zweiten Zylinderlinse 24. Die erste Zylinderlinse 23 empfängt den Laserstrahl 14 von einer Laserstrahlquelle 26 und fokussiert diesen bezüglich der kurzen Achse x auf ein erstes Zwischenbild 28. Die zweite Zylinderlinse 24 ist im The first telescope assembly 20 is composed of a first cylindrical lens 23 and a second cylindrical lens 24. The first cylindrical lens 23 receives the laser beam 14 from a laser beam source 26 and focuses it with respect to the short axis x on a first intermediate image 28. The second cylindrical lens 24 is in
Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 23 angeordnet und kollimiert die Lichtstrahlen des ersten Zwischenbilds 28. Wie in der Fig. lb dargestellt ist, handelt es sich bei der ersten Teleskopanordnung 20 um ein l: l-Teleskop, welches als Kepler- Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei sind die erste Zylinderlinse 23 und die zweite Zylinderlinse 24 jeweils eine Sammellinse mit im Wesentlichen derselben Brennweite. Der bildseitige Brennpunkt der ersten Zylinderlinse 23 stimmt im Wesentlichen mit dem objektseitigen Brennpunkt der zweiten Zylinderlinse 24 überein. Beam path behind the first cylindrical lens 23 is arranged and collimates the light rays of the first intermediate image 28. As shown in Fig. Lb, it is in the first telescope assembly 20 to a 1: 1 telescope, which is designed as a Kepler telescope. Here, the first cylindrical lens 23 and the second cylindrical lens 24 are each a converging lens having substantially the same focal length. The image-side focal point of the first cylindrical lens 23 substantially coincides with the object-side focal point of the second cylindrical lens 24.
Eine im Strahlengang hinter der ersten Teleskopanordnung 20 angeordnete Zylinderlinse 30, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 30 empfängt den Laserstrahl 14, welcher in Bezug auf die lange Achse y von der ersten Teleskopanordnung 20 nicht beeinflusst wurde, von der Laserstrahlquelle 26 und fokussiert diesen auf ein Zwischenbild 32. A cylindrical lens 30 arranged in the beam path behind the first telescope arrangement 20 and having a refractive power with respect to the long axis y. The Cylindrical lens 30 receives the laser beam 14, which was not influenced by the first telescope arrangement 20 with respect to the long axis y, from the laser beam source 26 and focuses it onto an intermediate image 32.
Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 30 angeordnete Zylinderlinse 34, welche in Bezug auf die lange Achse y eine Brechkraft aufweist. Die Zylinderlinse 34 kollimiert die Lichtstrahlen des Zwischenbilds 32. Wie in der Fig. la dargestellt ist, bilden die Zylinderlinse 30 und die Zylinderlinse 34 ein Kepler-Teleskop, welches zur Aufweitung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y dient.  A cylindrical lens 34 arranged in the beam path behind the cylindrical lens 30 and having a refractive power with respect to the long axis y. The cylindrical lens 34 collimates the light beams of the intermediate image 32. As shown in FIG. 1a, the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 34 form a Kepler telescope which serves to widen the laser beam 14 with respect to the long axis y.
Eine im Strahlengang hinter der Zylinderlinse 34 angeordnete zweite Telesko- panordnung 36, welche in Bezug auf die kurze Achse x optisch wirksam ist, d. h. in Bezug auf die kurze Achse x eine Brechkraft aufweist. Die zweite Teleskopanordnung 36 setzt sich zusammen aus einer ersten Zylinderlinse 38 und einer im Strahlengang hinter der ersten Zylinderlinse 38 angeordneten zweiten Zylinderlinse 40. Die erste Zylinderlinse 38 weitet den Laserstrahl 14 bezüglich der kurzen Achse x auf und die zweite Zylinderlinse 40 kollimiert diesen aufgeweiteten Laserstrahl wieder. Wie in der Fig. lb dargestellt ist, handelt es sich bei der zweiten Teleskopanordnung 36 um ein strahlaufweitendes Teleskop (z. B. ein l:5-Teleskop), welches als Galileo-Teleskop ausgestaltet ist. Hierbei ist die erste Zylinderlinse 38 eine Zerstreuungslinse und die zweite Zylinderlinse 40 eine Sammellinse, wobei die Brennpunkte der ersten Zylinder- linse 38 und der zweiten Zylinderlinse 40 im Wesentlichen übereinstimmen bzw. übereinander liegen. Es entsteht ein virtuelles zweites Zwischenbild im Strahlengang vor der ersten Zylinderlinse 38 (nicht dargestellt).  A second telescopic arrangement 36 arranged in the beam path behind the cylindrical lens 34 and optically active with respect to the short axis x, i. H. has a refractive power with respect to the short axis x. The second telescope arrangement 36 is composed of a first cylindrical lens 38 and a second cylindrical lens 40 arranged in the beam path behind the first cylindrical lens 38. The first cylindrical lens 38 widens the laser beam 14 with respect to the short axis x and the second cylindrical lens 40 collimates this expanded laser beam again , As shown in Fig. 1b, the second telescope assembly 36 is a beam-expanding telescope (eg, a 1: 5 telescope) designed as a Galileo telescope. In this case, the first cylindrical lens 38 is a diverging lens and the second cylindrical lens 40 is a converging lens, wherein the focal points of the first cylindrical lens 38 and the second cylindrical lens 40 substantially coincide or lie one above the other. The result is a virtual second intermediate image in the beam path in front of the first cylindrical lens 38 (not shown).
Eine im Strahlengang hinter der zweiten Teleskopanordnung 36 angeordnete anamorphotische Homogenisierungsoptik 42 zur (weitestgehenden) Homogenisie- rung des Laserstrahls 14 bezüglich der langen Achse y.  Anamorphotic homogenizing optics 42 arranged in the beam path behind the second telescope arrangement 36 for (largely) homogenizing the laser beam 14 with respect to the long axis y.
Eine im Strahlengang hinter der anamorphotischen Homogenisierungsoptik 42 angeordnete und in Bezug auf die lange Achse y Brechkraft aufweisende Kondensorzylinderlinse 44 zur Überlagerung der homogenisierten Laserstrahlen auf der Beleuchtungslinie 22.  An arranged in the beam path behind the anamorphic homogenization optics 42 and with respect to the long axis y refractive power having condenser cylinder lens 44 for superimposing the homogenized laser beams on the illumination line 22nd
Im Strahlengang hinter der Kondensorzylinderlinse 44 befindet sich die Abbildungs- einrichtung 18. Die Abbildungseinrichtung 18 kann beispielsweise die in Fig. 4 bis 6 der DE 10 2012 007 601 Al gezeigte Komponente 66 umfassen oder darstellen. Im letzteren Fall stellt die Abbildungseinrichtung 18 also beispielsweise eine Fokussierzy- linderlinsenoptik 66 dar, die im Strahlengang hinter der Kondensorzylinderlinse 44 angeordnet ist und zur Fokussierung des Laserstrahls 14 bezüglich der Achse x auf die Beleuchtungslinie 22 dient. Die der Strahlformungseinrichtung 12 nachgeordnete Abbildungseinrichtung 18 greift also das Strahlprofil 16 vor der Abbildungseinrichtung 18 auf und bildet den Laser¬ strahl 14 als die Beleuchtungslinie 22 ab, wobei lediglich (genauer: ausschließlich) die kurze Achse x des Strahlprofils 16, nicht jedoch die homogenisierte lange Achse y des Strahlprofils 16 fokussiert wird. In the beam path behind the condenser cylinder lens 44 is the imaging device 18. The imaging device 18 may comprise or represent, for example, the component 66 shown in FIGS. 4 to 6 of DE 10 2012 007 601 A1. In the latter case, the imaging device 18 thus represents, for example, a focusing cylinder lens optics 66 which is arranged in the beam path behind the condenser cylinder lens 44 and serves to focus the laser beam 14 with respect to the axis x onto the illumination line 22. The beam forming device 12 downstream imaging device 18 thus attacks the beam profile 16 in front of the imaging device 18 and images the laser ¬ beam 14 as the illumination line 22, wherein only (more precisely: exclusively) the short axis x of the beam profile 16, but not the homogenized long Axis y of the beam profile 16 is focused.
Die durch das optische System 10 erzeugte Beleuchtungslinie 22 kann für die Kristal- lisation von Dünnfilmschichten, beispielsweise für die Herstellung von Dünnfilmtran- sistoren (im Englischen: Thin Film Transistors; kurz: TFT) verwendet werden. Dabei wird eine zu bearbeitende Halbleiterschicht mit der Beleuchtungslinie 22 beaufschlagt und über die Halbleiterschicht geführt, wobei die Intensität der Beleuchtungslinie 22 derart eingestellt ist, dass die Halbleiterschicht kurzzeitig aufschmilzt und sich als kristalline Schicht mit verbesserten elektrischen Eigenschaften wieder verfestigt. Wie oben geschildert wurde, werden zur Erzeugung einer Laser-Linienstrahlgeometrie anamorphotische optische Anordnungen genutzt. Dabei wird z. B. in der einen (langen) Strahlachse y der von der Laserstrahlquelle 26 emittierte Laserstrahl 14 homogenisiert mit Hilfe von Zylinderlinsenarrays. Die andere (kurze) Achse x wird als Gaußstrahl optisch verarbeitet und die Strahltaille der Laserstrahlquelle 26 in die Ebene der Homogenisierung übertragen. Eine typische Anordnung ist in Fig. la, lb gezeigt und wurde oben detailliert erläutert. The illumination line 22 produced by the optical system 10 can be used for the crystallization of thin-film layers, for example for the production of thin-film transistors (in short: TFT). In this case, a semiconductor layer to be processed is acted upon by the illumination line 22 and guided over the semiconductor layer, wherein the intensity of the illumination line 22 is adjusted such that the semiconductor layer melts for a short time and solidifies again as a crystalline layer with improved electrical properties. As described above, anamorphic optical arrangements are used to generate a laser line beam geometry. This z. B. in the one (long) beam axis y of the laser beam emitted from the laser beam source 26 14 homogenized by means of cylindrical lens arrays. The other (short) axis x is optically processed as a Gaussian beam and the beam waist of the laser beam source 26 is transferred to the plane of homogenization. A typical arrangement is shown in Figs. 1a, 1b and has been discussed in detail above.
In der zu homogenisierenden Achse y wird der Laserstrahl 14 zylindrisch aufgeweitet (typisch 2- bis 4-fach) und auf zwei aufeinander folgende Linsenarrays geführt, siehe Fig. 2. In der Brennweite der Kondensorzylinderlinse 44 entsteht die homogenisierte lange Strahlachse y. Bezüglich der kurzen Achse x wird die Strahltaille des in der Laserstrahlquelle 26 gebildeten Laserstrahls 14 mit einem zylindrischen 1: 1 Teleskop 20 rekollimiert und mit einem weiteren Teleskop 36 aufgeweitet um mit dem Fokussierungsobjektiv 18 eine Gauß'sche kleine Strahlachse x gewünschter Breite zu er- zeugen. In the axis y to be homogenized, the laser beam 14 is cylindrically widened (typically 2 to 4 times) and guided on two successive lens arrays, see FIG. 2. The homogenized long beam axis y arises in the focal length of the condenser cylinder lens 44. With respect to the short axis x, the beam waist of the laser beam 14 formed in the laser beam source 26 is recollimated with a cylindrical 1: 1 telescope 20 and expanded with another telescope 36 to produce a Gaussian small beam axis x of desired width with the focusing lens 18 ,
Für die Erzeugung von Linienstrahlen mit hohem Aspektverhältnis, wie oben Anhand der Figuren la bis 2 geschildert wurde, und insbesondere bei langen (100 mm bis 1000 mm und größer, entlang der langen Achse y) schmalen (10 bis 100 pm FWHM (Full Width at Half Maximum) entlang der kurzen Achse x) Linien ist die Schärfentiefe von großer Bedeutung. Für die Gauß'sche Strahlabbildung ist das Strahlparameterprodukt bzw. die Beugungsmaßzahl M2 entscheidend für die Größe der Strahltaille, die eine Linse erzeugt und somit für die Schärfentiefe entlang der z-Achse. Je kleiner M2 ist, desto größer ist die Schärfentiefe. Der Radius w0 der Strahltaille eines Gauß- strahls in der Brennweite f einer Linse ergibt sich entsprechend der Formel (1): For the production of line beams with high aspect ratio, as described above with reference to the figures la to 2, and in particular at long (100 mm to 1000 mm and larger, along the long axis y) narrow (10 to 100 pm FWHM (Full Width at Half Maximum) along the short axis x) lines, the depth of field is of great importance. For the Gaussian beam mapping, the beam parameter product or diffraction factor M 2 is critical to the size of the beam waist that produces a lens and thus to the depth of field along the z-axis. The smaller M 2 is, the greater the depth of field. The radius w 0 of the beam waist of a Gaussian beam in the focal length f of a lens is given by the formula (1):
(1) w0 = 4 f l M2/(p d) w0: Radius (1/e2) des fokussierten Laserstrahls auf Höhe der Strahltaille (z = 0) d: Strahlradius (1/e2) auf Höhe der Linse (z = -f) (1) w 0 = 4 fl M 2 / (pd) w 0 : radius (1 / e 2 ) of the focused laser beam at the height of the beam waist (z = 0) d: beam radius (1 / e 2 ) at the height of the lens ( z = -f)
l: Wellenlänge des Laserstrahls l: wavelength of the laser beam
M2: Beugungsmaßzahl des Laserstrahls M 2 : diffraction factor of the laser beam
f: Brennweite der Linse f: focal length of the lens
Fig. 3 veranschaulicht die Fokussierung eines Laserstrahls gemäß der obigen For- mel (1). In der Figur ist der Strahlradius d auf Höhe der Linse dargestellt, der Strahlradius w0 auf Höhe der Brennweite der Linse (z = 0) und die Entwicklung der Strahltaille w(z) an einem beispielhaft gewählten Ort z. Ferner ist der Öffnungswinkel Theta des Strahls eingezeichnet. Fig. 3 illustrates the focusing of a laser beam according to the above formula (1). In the figure, the beam radius d is shown at the level of the lens, the beam radius w 0 at the height of the focal length of the lens (z = 0) and the development of the beam waist w (z) at an exemplary selected location z. Furthermore, the opening angle theta of the beam is drawn.
Die Strahltaille w(z) entwickelt sich entlang der Propagationsrichtung z entsprechend der Formel (2): The beam waist w (z) develops along the propagation direction z according to the formula (2):
(2) w(z) = w0 (1 + (l M2 z)/(p w0 2))1/2 w(z): Radius (1/e2) des Laserstrahls an der Stelle z (2) w (z) = w 0 (1 + (1 M 2 z) / (pw 0 2 )) 1/2 w (z): radius (1 / e 2 ) of the laser beam at the location z
w0: Radius (1/e2) des Laserstrahls in der Strahltaille (z = 0) w 0 : radius (1 / e 2 ) of the laser beam in the beam waist (z = 0)
l: Wellenlänge des Laserstahls l: wavelength of the laser beam
M2: Beugungsmaßzahl des Laserstrahls M 2 : diffraction factor of the laser beam
z: Propagationskoordinate z: propagation coordinate
Die Entwicklung der Strahltaille (genauer gesagt des Radius der Strahltaille in FWHM) gemäß der obigen Formel (2) ist in den Figuren 4a und 4b veranschaulicht. Fig. 4a zeigt die Strahlpropagation, ausgedrückt durch die Strahlbreite (FWHM), als Funktion von z für einen Laserstrahl mit w0 = 30 pm und M2 = 25. Fig. 4b zeigt die Strahlpropagation, ausgedrückt durch die Strahlbreite (FWHM), als Funktion von z für einen Laserstrahl mit w0 = 30 pm und M2 = 10. Wie sich den Figuren leicht entnehmen lässt, weist der Strahl mit der geringeren Beugungsmaßzahl M2 (Fig. 4b) eine deut¬ lich bessere Schärfentiefe auf, da sich - mit steigender Entfernung z von der Fokusposition z = 0 - der Strahlradius w(z) nicht so stark vergrößert, wie im Falle der höheren Beugungsmaßzahl (Fig. 4a). Die Schärfentiefe eines fokussierten Laserstrahls kann beispielsweise durch die Länge entlang der Strahlachse (z) definiert werden, bis zu der sich der Radius w(z) des Laserstrahls auf 10 % seines ursprünglichen Radius w0 vergrößert hat. Gemäß dieser Definition beträgt die Schärfentiefe für den in Fig. 4a dargestellten Laserstrahl beispielsweise ca. 110 pm und für den in Fig. 4b dargestellten Laserstrahl ca. 273 pm. The development of the beam waist (more specifically, the radius of the beam waist in FWHM) according to the above formula (2) is illustrated in Figs. 4a and 4b. Fig. 4a shows the beam propagation, expressed by the beamwidth (FWHM), as a function of z for a laser beam with w 0 = 30 pm and M 2 = 25. Fig. 4b shows the beam propagation, expressed by the beamwidth (FWHM), as function of z for a laser beam with w 0 = 30 pm and M 2 = 10. As can be seen from the figures easy, the beam with the smaller beam quality factor M 2 (Fig. 4b) a interpreting ¬ Lich better depth of field on, since with increasing distance z from the focus position z = 0, the beam radius w (z) is not increased as much as in the case of the higher diffraction factor (FIG. 4a). The depth of field of a focused laser beam can be defined, for example, by the length along the beam axis (z), up to which the radius w (z) of the laser beam has increased to 10% of its original radius w 0 . According to this definition, the depth of field for the laser beam shown in FIG. 4a is for example approximately 110 pm and for the laser beam illustrated in FIG. 4b approximately 273 pm.
Das Strahlparameterprodukt (SPP) und die Beugungsmaßzahl M2 eines Laserstrahls hängen wie folgt zusammen (Formel (3)): The beam parameter product (SPP) and the diffraction index M 2 of a laser beam are as follows (Formula (3)):
(3) M2 = SPP [mm mrad] p / l [pm] (3) M 2 = SPP [mm mrad] p / l [pm]
Das Strahlparameterprodukt ist also proportional zu der Beugungsmaßzahl. Eine Halbierung der Beugungsmaßzahl bedeutet beispielsweise (bei gleichbleibender Wellenlänge l) auch eine Halbierung des Strahlparameterprodukts. Im Folgenden wird somit auch bei einer Halbierung (bzw. Verringerung) der Beugungsmaßzahl M2 von einer Halbierung (bzw. Verringerung) des Strahlparameterprodukts gesprochen. The beam parameter product is therefore proportional to the diffraction factor. For example, halving the diffraction index also means halving the beam parameter product (with the same wavelength l). In the following, a halving (or reduction) of the diffraction factor M 2 is thus also referred to a halving (or reduction) of the beam parameter product.
Das Strahlparameterprodukt (SSP) berechnet sich ferner aus dem halben Strahldurchmesser (1/e2) multipliziert mit dem halben Öffnungswinkel des Laserlichtes, siehe Fig. 3 (Formel (4)): The beam parameter product (SSP) is further calculated from the half beam diameter (1 / e 2 ) multiplied by half the aperture angle of the laser light, see Fig. 3 (formula (4)):
(4) SPP (Strahlparameterprodukt) = w0 x Theta w0: Radius bzw. halber Durchmesser des Laserstrahls (4) SPP (ray parameter product) = w 0 x theta w 0 : radius or half diameter of the laser beam
Theta: halber Öffnungswinkel des Lichtkegels mit dem Radius w0 Theta: half the opening angle of the light cone with the radius w 0
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich darauf, das Strahlparameterprodukt (ent¬ sprechend M2) eines Laserstrahls in einer Strahlachse zu verkleinern, um die Schärfentiefe zu erhöhen. The present disclosure refers to reduce the beam parameter product (ent ¬ speaking M 2) of a laser beam in a beam axis in order to increase the depth of field.
Eine einfache Anordnung zur Verkleinerung des Strahlparameterproduktes ist als erstes Vergleichsbeispiel in den Figuren 5a, 5b und 5c dargestellt. Gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel wird ein eintreffender Laserstrahl 46 geometrisch geteilt und die daraus entstehenden Teilstrahlen 48 und 50 werden mit Spiegeln so umgelenkt, dass diese z. B. nebeneinander liegen. Dabei wird das Strahlparameterprodukt in der geteilten Achse (x) etwa halbiert und in der ungeteilten Achse (y) in jedem Teilstrahl erhalten. Fig. 5a zeigt den oben geschilderten Vorgang durch das erste Vergleichsbeispiel anhand der Querschnitte (senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung z) durch den eintreffenden Laserstrahl 46 bzw. durch die Teilstrahlen 48 und 50. Im linken Bereich der Figur ist der Querschnitt des eintreffenden Laserstrahls 46 gezeigt, welcher in beiden Achsen x und y die Beugungsmaßzahl M2 aufweist. Anschließend wird der eintreffende Laserstrahl 46 entlang der Achse y in zwei Teilstrahlen 48 und 50 aufge- teilt, welche jeweils entlang der y-Achse das ursprüngliche Strahlparameterprodukt entsprechend M2 aufweisen und entlang der x-Achse ein halbiertes Strahlparameter- produkt entsprechend M2/2 aufweisen. Jeder der Teilstrahlen weist entlang der x- Achse das halbierte Strahlparameterprodukt entsprechend M2/2 und entlang der y- Achse das ursprüngliche Strahlparameterprodukt entsprechend M2 auf. Den kombinierten (z. B. nebeneinanderliegenden) Strahlen kann man ein Strahlparameterpro- dukt in der y-Achse zuweisen (siehe Fig. 5a), welches mindestens doppelt so groß ist wie das ursprüngliche, abhängig davon wie weit entfernt voneinander die beiden Teilstrahlen angeordnet werden. A simple arrangement for reducing the beam parameter product is shown as a first comparative example in FIGS. 5a, 5b and 5c. According to the first comparative example, an incident laser beam 46 is geometrically divided and the resulting partial beams 48 and 50 are deflected by mirrors so that these z. B. next to each other. At this time, the beam parameter product in the divided axis (x) is approximately halved and obtained in the undivided axis (y) in each partial beam. 5a shows the above-described process by the first comparative example on the basis of the cross sections (perpendicular to the beam propagation direction z) by the incident laser beam 46 or by the partial beams 48 and 50. In the left area of the figure, the cross section of the incident laser beam 46 is shown in both axes x and y has the diffraction factor M 2 . Then, the incoming laser beam 46 along the y-axis into two partial beams 48 and 50 is allocated among each having along the y-axis of the original beam parameter product corresponding to M 2, and along the x-axis a halved beam parameter product corresponding to M 2/2 respectively. Each of the sub-beams has, along the x-axis, the beam parameter product halved corresponding to M 2/2 and along the y axis, the original beam parameter product corresponding to M 2. The combined (eg side by side) beams can be assigned a beam parameter product in the y-axis (see FIG. 5a), which is at least twice as large as the original one, depending on how far apart the two partial beams are arranged ,
Die Figuren 5b und 5c zeigen den Strahlenverlauf des ersten Vergleichsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht (Fig. 5b) bzw. in einer Seitenansicht mit Blickrichtung entlang der y-Achse (Fig. 5c). Wie in den Figuren 5b und 5c dargestellt ist, erfolgt die Abspaltung des Teilstrahls 50 sowie die Umlenkung dieses Teilstrahls 50 mithilfe von Spiegeln 52. Der Spiegel 52 zur Abspaltung des Teilstrahls 50 vom eintreffenden Laserstrahl 46 ragt hierbei zur Hälfte (d. h. bis zu einer mittleren Strahlachse des eintreffenden Laserstrahls 46) in den eintreffenden Laserstrahl 46 hinein. FIGS. 5b and 5c show the beam path of the first comparative example in a perspective view (FIG. 5b) or in a side view as viewed along the y-axis (FIG. 5c). As shown in FIGS. 5b and 5c, the partial beam 50 is split off and the deflection of this partial beam 50 is effected with the aid of mirrors 52. The mirror 52 for splitting the partial beam 50 from the incident laser beam 46 projects in half (ie up to a central beam axis) of the incoming laser beam 46) into the incoming laser beam 46.
Für die Teilung des von einem Laser emittierten Rohstrahls wird z. B. aus dem typisch runden Querschnitt des Laserstrahls ein rechteckiger oder ovaler Querschnitt mit Hilfe gekreuzter zylindrischer Teleskopanordnungen erzeugt (vgl. den ovalen Querschnitt des eintreffenden Laserstrahls in den Figuren 5a und 7b). For the division of the raw beam emitted by a laser z. B. from the typical round cross-section of the laser beam, a rectangular or oval cross-section using crossed cylindrical telescopic arrangements generated (see, the oval cross section of the incoming laser beam in Figures 5a and 7b).
Die Figuren 6a und 6b zeigen ein zweites Vergleichsbeispiel. Das zweite Vergleichsbeispiel stellt eine Abwandlung des ersten Vergleichsbeispiels dar und die obige Beschreibung des ersten Vergleichsbeispiels trifft auch auf das zweite Vergleichsbeispiel zu. Der einzige Unterschied der beiden Vergleichsbeispiele besteht darin, dass das zweite Vergleichsbeispiel zusätzlich eine Teleskopoptik bestehend aus zwei zylindrischen Sammellinsen 53 aufweist. Mithilfe dieser Teleskopoptik (beispielsweise ein l: l-Teleskop) ist es möglich, das Profil des abgespaltenen Teilstrahls 50 so zu drehen, dass die Strahlprofile der beiden Teilstrahlen 48 und 50 beim Nebeneinanderle- gen so ausgerichtet sind, wie in Fig. 6b dargestellt ist. Im Gegensatz zu der Ausrich- tung der Fig. 5a, in welcher die beiden Teilstrahlen 48 und 50 die gleiche Ausrichtung aufweisen, sind in dem zweiten Vergleichsbeispiel die Ausrichtungen der beiden Teilstrahlen 48 und 50 gedreht bzw. entlang der y-Achse gespiegelt. Ein Vorteil be- steht hierbei darin, dass bei Betrachtung entlang der x-Achse die summierte Strahlintensität der beiden Teilstrahlen 48, 50 symmetrisch verteilt ist. Figures 6a and 6b show a second comparative example. The second comparative example is a modification of the first comparative example, and the above description of the first comparative example also applies to the second comparative example. The only difference between the two comparative examples is that the second comparative example additionally has a telescope optics consisting of two cylindrical converging lenses 53. With the aid of this telescope optics (for example, a 1: 1 telescope), it is possible to rotate the profile of the split-off partial beam 50 in such a way that the beam profiles of the two partial beams 48 and 50 in the case of juxtaposition. are aligned as shown in Fig. 6b. In contrast to the alignment of FIG. 5a, in which the two partial beams 48 and 50 have the same orientation, in the second comparative example the orientations of the two partial beams 48 and 50 are rotated or mirrored along the y-axis. An advantage here is that, when viewed along the x-axis, the summed beam intensity of the two partial beams 48, 50 is distributed symmetrically.
Die optischen Systeme der vorliegenden Offenbarung realisieren eine Symmetrisie- rung eines eintreffenden Laserstrahls 54 und eine Verkleinerung des Strahlparame- terprodukts in einer Achse (x). Dafür wird gemäß einer in Fig. 7a dargestellten ersten Ausführungsform eines optischen Systems 55 der eintreffende Laserstrahl 54 entlang einer Achse geometrisch mit Hilfe eines Spiegels 56 geteilt und zwei Mal mithilfe von Spiegeln 58, 60 um 90° umgelenkt. Ein Lambda/2-Plättchen 62 erlaubt die Polarisation eines der beiden Teilstrahlen 64, 66 um 90° zu drehen, sodass die beiden Teil- strahlen mit einem Dünnschichtpolarisator 68 koaxial wieder übereinander gelegt werden können und einen vereinigten Laserstrahl 70 bilden, siehe Fig. 7a. The optical systems of the present disclosure realize symmetrization of an incident laser beam 54 and reduction of the beam parameter product in one axis (x). For this purpose, according to a first embodiment of an optical system 55 shown in FIG. 7a, the incident laser beam 54 is geometrically divided along one axis by means of a mirror 56 and deflected twice by 90 ° by means of mirrors 58, 60. A lambda / 2 plate 62 allows the polarization of one of the two partial beams 64, 66 to be rotated through 90 °, so that the two partial beams can be superimposed coaxially again with a thin-film polarizer 68 and form a combined laser beam 70, see FIG. 7a ,
Im Detail: Ein entlang der x-Achse linear polarisierter eintreffender Laserstrahl 54 trifft auf das optische System 55 entlang der z-Achse ein. Anders ausgedrückt er- streckt sich eine Strahlachse des eintreffenden Laserstrahls 54 entlang der z-Achse und die elektrischen Feldvektoren des eintreffenden Laserstrahls 54 sind so ausge¬ richtet, dass sie sich entlang der x-Achse erstrecken. Zur Erzeugung des eintreffen¬ den Laserstrahls 54 wird eine Laserstrahlquelle (nicht dargestellt) verwendet, welche den linear polarisierten Laserstrahl 54 erzeugt, gegebenenfalls unter Verwendung eines Linearpolarisators. Wie in Fig. 7a dargestellt ist, weist der eintreffende Laser¬ strahl 54 im Wesentlichen ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf (sowohl entlang der x-Achse als auch entlang der y-Achse), wobei ein Intensitätsmaximum in der mittleren Strahlachse des eintreffenden Laserstrahls 54 liegt. Ein Teilstrahl 66 (zweiter Teilstrahl) wird mithilfe des Spiegels 56 von dem eintreffenden Laserstrahl 54 abgespalten und entlang der x-Richtung abgelenkt. Der verbleibende Teil des eintreffenden Laserstrahls 54 entspricht einem ersten Teilstrahl 64. Anders ausgedrückt wird der eintreffende Laserstrahl 54 mithilfe des Spiegels 56 in einen ersten Teilstrahl 64 und einen zweiten Teilstrahl 66 aufgespalten. Die Auf- Spaltung bzw. Aufteilung erfolgt entlang der y-Achse, sodass zwei Teilstrahlen entstehen, deren Intensitätsprofile nach Spiegelung des zweiten Teilstrahls 66 am Spiegel 56 im Wesentlichen übereinstimmen (bei Betrachtung eines Querschnitts durch die x-y-Ebene für den ersten Teilstrahl 64 bzw. bei Betrachtung eines Quer- Schnitts durch die y-z-Ebene für den zweiten Teilstrahl 66). Anders ausgedrückt wird der eintreffende Laserstrahl 54 in der Mitte halbiert, entlang einer Achse, welche durch das Strahlmaximum parallel zur y-Achse verläuft. Der zweite Teilstrahl 66 wird durch zwei Spiegel 58, 60 so umgelenkt, dass er im 90°-Winkel wieder auf den ers- ten Teilstrahl 64 trifft. In detail, an incident laser beam 54 linearly polarized along the x-axis impinges on the optical system 55 along the z-axis. In other words, ER- stretches a beam axis of the incoming laser beam 54 along the z-axis and the electric field vectors of the incident laser beam 54 are positioned so ¬ oriented such that they extend along the x-axis. To generate the laser beam 54 arrive ¬ a laser beam source (not shown) is used that produces the linearly polarized laser beam 54, optionally with the use of a linear polarizer. As shown in Fig. 7a, the incoming laser ¬ beam 54 is substantially a Gaussian intensity profile (both along the x-axis and along the y-axis), wherein an intensity maximum in the central beam axis of the incoming laser beam 54 is located. A partial beam 66 (second partial beam) is split off by means of the mirror 56 from the incident laser beam 54 and deflected along the x-direction. The remaining part of the incident laser beam 54 corresponds to a first partial beam 64. In other words, the incident laser beam 54 is split by means of the mirror 56 into a first partial beam 64 and a second partial beam 66. The splitting or splitting takes place along the y-axis, so that two sub-beams are produced whose intensity profiles after mirroring of the second sub-beam 66 on the mirror 56 substantially coincide (when viewing a cross-section through the xy-plane for the first sub-beam 64 or considering a transverse Section through the yz plane for the second sub-beam 66). In other words, the incoming laser beam 54 is halved in the middle, along an axis that passes through the beam maximum parallel to the y-axis. The second partial beam 66 is deflected by two mirrors 58, 60 so that it again meets the first partial beam 64 at a 90 ° angle.
An einer beliebigen Stelle nach Abspaltung des zweiten Teilstrahls 66 ist ein Lamb- da/2-Plättchen 62 im zweiten Teilstrahl 66 positioniert und so angeordnet, dass die lineare Polarisation des zweiten Teilstrahls 66, welche vor Durchlaufen des Lamb- da/2-Plättchens 62 innerhalb der x-z-Ebene liegt, so um 90° gedreht wird, dass die Polarisation des zweiten Teilstrahls 66 nach Durchlaufen des Lambda/2-Plättchens 62 senkrecht zur x-z-Ebene verläuft. Anders ausgedrückt war der eintreffende Laserstrahl 54 und somit auch der zweite Teilstrahl 66 direkt nach seiner Abspaltung im Hinblick auf den Dünnschichtpolarisator 68 p-polarisiert. Nach Durchlaufen des Lambda/2-Plättchens 62 ist der zweite Teilstrahl 66 im Hinblick auf den Dünnschicht- polarisator 68 s-polarisiert. Die Polarisationsrichtungen der jeweiligen Strahlen sind in den Figuren durch Pfeile bzw. Kreuze veranschaulicht. At an arbitrary position after splitting off the second partial beam 66, a lambda / 2 plate 62 is positioned in the second partial beam 66 and arranged such that the linear polarization of the second partial beam 66, which before passing through the lambda / 2 plate 62 is within the xz plane, is rotated by 90 °, that the polarization of the second partial beam 66 after passing through the lambda / 2 plate 62 is perpendicular to the xz plane. In other words, the incident laser beam 54 and thus also the second partial beam 66 were p-polarized directly after being split off with respect to the thin film polarizer 68. After passing through the lambda / 2 plate 62, the second partial beam 66 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68. The polarization directions of the respective beams are illustrated in the figures by arrows or crosses.
Der Dünnschichtpolarisator 68 ist so ausgestaltet, dass er p-polarisiertes Licht trans- mittleren lässt und s-polarisiertes Licht reflektiert. Dies führt in der Anordnung der Fig. 7a dazu, dass der von links entlang der z-Achse auf den Dünnschichtpolarisator 68 eintreffende erste Teilstrahl 64, welcher bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 p-polarisiert ist, durch diesen transmittiert und dass der von oben entlang der x- Achse auf den Dünnschichtpolarisator 68 eintreffende zweite Teilstrahl 66, welcher bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert ist, von diesem reflektiert wird. Der erste Teilstrahl 64 und der zweite Teilstrahl 66 werden koaxial in dieselbe Richtung (entlang der z-Achse) transmittiert bzw. reflektiert und bilden somit einen verei- nigten Laserstrahl 70. Anders ausgedrückt wird der erste Teilstrahl 64 und der zweite Teilstrahl 66 miteinander überlagert. Die Vereinigung erfolgt so, dass ein Überlapp der beiden Teilstrahlen 64, 66 maximiert wird. Der resultierende vereinigte Laserstrahl 70 ist somit spiegelsymmetrisch bezüglich einer entlang der x-Achse verlaufenden Symmetrieachse und spiegelsymmetrisch bezüglich einer entlang der y-Achse verlaufenden Symmetrieachse. Details zu den Querschnitten der jeweiligen Strahlen werden auch in Fig. 7b veranschaulicht. The thin film polarizer 68 is configured to transmit p-polarized light and to reflect s-polarized light. This leads in the arrangement of FIG. 7a to the fact that the first partial beam 64 arriving from the left along the z-axis onto the thin-film polarizer 68, which is p-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, transmits through the latter and from above along the x - Axis incident on the thin-film polarizer 68 second partial beam 66, which is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, is reflected by this. The first partial beam 64 and the second partial beam 66 are transmitted coaxially in the same direction (along the z-axis) and thus form a combined laser beam 70. In other words, the first partial beam 64 and the second partial beam 66 are superimposed with one another. The association is such that an overlap of the two partial beams 64, 66 is maximized. The resulting combined laser beam 70 is thus mirror-symmetric with respect to an axis of symmetry running along the x-axis and mirror-symmetrical with respect to an axis of symmetry running along the y-axis. Details of the cross sections of the respective beams are also illustrated in Fig. 7b.
Fig. 7b beschreibt die oben geschilderte erste Ausführungsform anhand der Querschnitte der beteiligten Strahlen. Links beginnend ist in Fig. 7b der Querschnitt des eintreffenden Lichtstrahls 54 sowie sein im Wesentlichen gaußförmiges Intensitäts- profil dargestellt. Das gaußförmige Intensitätsprofil ist beispielhaft entlang der x- Achse dargestellt. Auch entlang der y-Achse ist das Intensitätsprofil des eintreffenden Laserstrahls 54 im Wesentlichen gaußförmig. Wie in Fig. 7b dargestellt ist, ist das Intensitätsprofil des eintreffenden Laserstrahls zwar bezüglich einer Spiegelung an der x-Achse und einer Spiegelung an der y-Achse spiegelsymmetrisch, nicht jedoch notwendigerweise rotationssymmetrisch. In dem in Fig. 7b geschilderten Beispiel wurde der eintreffende Laserstrahl 54 mithilfe geeigneter Zylinderoptiken bereits in eine elliptische Form gebracht, mit einer langen Achse entlang der y-Achse und einer kurzen Achse entlang der x-Achse. Die Beugungsmaßzahl des eintreffen- den Laserstrahls 54 beträgt sowohl entlang der x-Achse als auch entlang der y-Achse M 2. Fig. 7b describes the above-described first embodiment with reference to the cross sections of the beams involved. Beginning on the left in FIG. 7b, the cross section of the incident light beam 54 and its essentially Gaussian intensity beam are shown in FIG. profile shown. The Gaussian intensity profile is exemplified along the x-axis. Also along the y-axis, the intensity profile of the incident laser beam 54 is substantially Gaussian. As shown in Fig. 7b, although the intensity profile of the incident laser beam is mirror-symmetrical with respect to x-axis reflection and y-axis mirroring, it is not necessarily rotationally symmetric. In the example described in FIG. 7b, the incoming laser beam 54 has already been brought into an elliptical shape by means of suitable cylinder optics, with a long axis along the y-axis and a short axis along the x-axis. The diffraction factor of the incoming laser beam 54 is M 2 both along the x-axis and along the y-axis.
Nach Aufspaltung durch den Spiegel 56 beträgt die Beugungsmaßzahl der beiden Teilstrahlen 64, 66 entlang der y-Achse noch immer M2, die Beugungsmaßzahl der jeweiligen Strahlen senkrecht zur y-Achse wurde jedoch jeweils auf M2/2 halbiert. Hierbei zeigt Fig. 7b für den ersten Teilstrahl 64 und für den zweiten Teilstrahl 66 jeweils symbolisch einen Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Strahls. Der rechte Abschnitt von Fig. 7b zeigt den vereinigten Laserstrahl 70 im Querschnitt durch eine x-y-Ebene. Wie man der schematischen Darstellung der Fig. 7b entneh¬ men kann, wurden die beiden Querschnitte der beiden Teilstrahlen 64, 66 so überlagert, dass der resultierende Gesamtquerschnitt des vereinigten Laserstrahls 70 eine möglichst geringe Fläche aufweist bzw. dass ein Überlapp der beiden Querschnitte der Teilstrahlen 64, 66 maximal ist. Anders ausgedrückt werden die beiden Teilstrah¬ len 64, 66 so überlagert, dass eine Ausdehnung des vereinigten Laserstrahls 70 in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (z-Achse) im Wesentlichen übereinstimmt mit einer Ausdehnung des ersten Teilstrahls 64 und des zweiten Teilstrahls 66, jeweils in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Teil- Strahls (siehe Fig. 7b). After being split by the mirror 56, the diffraction factor of the two partial beams 64, 66 along the y-axis is still M 2 , but the diffraction factor of the respective beams perpendicular to the y-axis was halved to M 2/2 in each case. Here, FIG. 7b for the first partial beam 64 and for the second partial beam 66 each symbolically shows a cross section perpendicular to the propagation direction of the respective beam. The right portion of Fig. 7b shows the merged laser beam 70 in cross section through an xy plane. As can be the schematic representation of FIG. 7b entneh ¬ men, the two sections of the two partial beams 64, were 66 superimposed so that the resulting overall cross section of the combined laser beam 70 having a small area as possible, or that an overlap of the two cross-sections of the partial beams 64, 66 is maximum. The two Teilstrah ¬ len 64 In other words, 66 superimposed so that an extension of the combined laser beam 70 in a plane perpendicular to the propagation direction (z-axis) substantially coincides with an extension of the first partial beam 64 and second partial beam 66, each in a plane perpendicular to the propagation direction of the respective sub-beam (see Fig. 7b).
Ganz rechts in Fig. 7b ist eine Intensitätsverteilung des vereinigten Laserstrahls 70 entlang der x-Achse dargestellt. Mit durchgezogenen Linien ist die Intensitätsvertei¬ lung der einzelnen Teilstrahlen 64, 66 angedeutet und die gestrichelte Linie veran- schaulicht die summierte, überlagerte Intensität des vereinigten Teilstrahls 70. Da zwei halbierte Gauß-Profile überlagert wurden, weist der resultierende vereinigte Laserstrahl 70 ein Intensitätsprofil auf, welches - entlang der x-Achse betrachtet - an seinen Randbereichen jeweils ein Maximum aufweist und in der Mitte ein Minimum aufweist. At the far right in FIG. 7b is shown an intensity distribution of the combined laser beam 70 along the x-axis. With solid lines, the Intensitätsvertei ¬ averaging the individual partial beams 64, indicated 66, and the dotted line is does illustrate a summed, superimposed intensity of the combined partial beam 70. Since two halved Gaussian profiles were overlaid, the resultant combined laser beam 70 has an intensity profile on , which - viewed along the x-axis - in each case has a maximum at its edge regions and has a minimum in the middle.
Auf die oben geschilderte Weise entsteht ein Laserstrahl, der in der geteilten Achse (d. h. entlang der x-Achse) in etwa das halbe Strahlparameterprodukt hat (entsprechend M2/2) und in der anderen Achse das ursprüngliche Strahlparameterprodukt (M2) beibehält. Im Gegensatz dazu wird z. B. in bekannten Treppenspiegelanordnungen das Strahlparameterprodukt in einer Achse verkleinert und in der anderen dazu senkrechten Achse vergrößert. In Abwandlungen der ersten Ausführungsform können die Umlenkwinkel der Spiegel 56, 58, 60 auch von 90° abweichen (vgl. auch die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 8), wobei jedoch die geteilten Teilstrahlen 64,A laser beam in the divided axis (ie, along the x-axis) in about half the beam parameter product has maintaining (corresponding to M 2/2) and in the other axis the original beam parameter product (M 2) is formed on the above-described manner. In contrast, z. For example, in known staircase arrays, the beam parameter product is reduced in one axis and increased in the other axis perpendicular thereto. In modifications of the first embodiment, the deflection angles of the mirrors 56, 58, 60 can also deviate from 90 ° (compare also the second embodiment according to FIG. 8), whereby, however, the divided partial beams 64,
66 koaxial (bezüglich Richtung und Querschnitt) mit dem Dünnschichtpolarisator 68 wieder übereinander gelegt werden. Der vereinigte Strahl 70 enthält dann beide Polarisationsrichtungen in etwa gleicher Intensität (siehe Fig. 7a). 66 coaxial (in terms of direction and cross section) with the thin-film polarizer 68 are superimposed again. The merged beam 70 then contains both polarization directions in approximately the same intensity (see Fig. 7a).
Gemäß einer ersten Abwandlung der ersten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl 54 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Figur 7a und somit entlang der y-Achse (d. h. die verwendete Laserstrahlquelle ist zur Erzeugung eines solchen eintreffenden Laserstrahls 54 ein¬ gerichtet). Bei gleichbleibender Anordnung der verbleibenden Elemente des optischen Systems (wie in Fig. 7a dargestellt) führt dies dazu, dass der vereinigte Laserstrahl 70 das optische System nicht entlang der z-Achse sondern entlang der negativen x-Achse verlässt. Genauer gesagt ist hierbei der erste Teilstrahl 64 s- polarisiert und der zweite Teilstrahl 66 nach Drehung seiner Polarisation durch das Lambda/2-Plättchen 62 p-polarisiert, sodass der zweite Teilstrahl 66 durch den Dünnschichtpolarisator 68 transmittiert wird und der erste Teilstrahl 64 reflektiert wird. According to a first modification of the first embodiment, the incident laser beam 54 is s-polarized relative to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of the figure 7a and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is directed to generate such an incoming laser beam 54 ¬ ). With the arrangement of the remaining elements of the optical system remaining constant (as shown in FIG. 7a), this results in the merged laser beam 70 leaving the optical system not along the z-axis but along the negative x-axis. More specifically, in this case, the first partial beam 64 is s-polarized and the second partial beam 66 is p-polarized after rotation of its polarization by the lambda / 2 plate 62, so that the second partial beam 66 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the first partial beam 64 is reflected ,
Gemäß einer zweiten Abwandlung der ersten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl 54 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 7a und somit entlang der y-Achse (d. h. die verwendete Laserstrahlquelle ist zur Erzeugung eines solchen eintreffenden Laserstrahls 54 ein¬ gerichtet). Ferner ist das Lambda/2-Plättchen 62 nicht im zweiten Teiistrahl 66 son¬ dern im ersten Teilstrahl 64 (strahlabwärts vom Spiegel 56) angeordnet. Gemäß dieser Anordnung ist der erste Teilstrahl 64 nach Umkehrung seiner Polarisation p- polarisiert und der zweite Teilstrahl 66 ist s-polarisiert. Da die Polarisation der jeweiligen Teilstrahlen 64, 66 beim Auftreffen auf den Dünnschichtpolarisator 68 identisch ist zu der Polarisation der Teilstrahlen 64, 66 der ersten Ausführungsform, entspricht ein Strahlenverlauf des vereinigten Laserstrahls 70 gemäß der zweiten Abwandlung dem Verlauf des vereinigten Laserstrahls 70 der ersten Ausführungsform der Fig, 7a. According to a second modification of the first embodiment, the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of Fig. 7a and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is an ¬ for generating such an incoming laser beam 54 ¬ directed). Furthermore, the lambda / 2 plate 62 is not arranged in the second partial beam 66 son ¬ countries in the first partial beam 64 (downstream of the mirror 56). According to this arrangement, the first partial beam 64 is p polarized after reversal of its polarization and the second partial beam 66 is s-polarized. Since the polarization of the respective partial beams 64, 66 when hitting the thin-film polarizer 68 is identical to the polarization of the partial beams 64, 66 of the first embodiment a beam path of the combined laser beam 70 according to the second modification of the course of the combined laser beam 70 of the first embodiment of the Fig, 7a.
Gemäß einer dritten Abwandlung der ersten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl p-polarisiert, wobei jedoch eine Anordnung der weiteren Komponenten des optischen Systems der Anordnung der zweiten Abwandlung entspricht. Ähnlich wie im Zusammenhang mit der ersten Abwandlung geschildert verlässt hierbei der vereinigte Laserstrahl 70 das optische System entlang der negativen x-Achse. According to a third modification of the first embodiment, the incident laser beam is p-polarized, but an arrangement of the other components of the optical system corresponds to the arrangement of the second modification. As described in connection with the first modification, the combined laser beam 70 leaves the optical system along the negative x-axis.
Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der vorlie- genden Offenbarung. Wesentliche Unterschiede der zweiten Ausführungsform ge- genüber der ersten Ausführungsform bestehen darin, dass einerseits der abgelenkte zweite Teilstrahl 66 durch den Dünnschichtpolarisator 68 transmittiert wird und der zunächst nicht abgelenkte erste Teilstrahl 64 vom Dünnschichtpolarisator 68 reflek- tiert wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Winkel, unter welchem der reflektierte Teilstrahl den Dünnschichtpolarisator 68 trifft, nicht 45° sondern 56° beträgt. Details der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 8 werden im Folgenden geschildert. 8 shows a second embodiment of an optical system according to the present disclosure. Significant differences of the second embodiment compared to the first embodiment are that on the one hand the deflected second partial beam 66 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the first non-deflected first partial beam 64 is reflected by the thin-film polarizer 68. Another difference is that the angle at which the reflected sub-beam strikes the thin-film polarizer 68 is not 45 ° but 56 °. Details of the second embodiment of FIG. 8 will be described below.
Ein linear polarisierter eintreffender Laserstrahl 54 trifft auf das optische System entlang der z-Achse ein. Der eintreffende Laserstrahl 54 ist in Bezug auf den später beschriebenen Dünnschichtpolarisator 68 p-polarisiert (also mit E~Fe!d in der x-z- Ebene). Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform (lediglich unter einem anderen Ablenkungswinkel) spaltet der Spiegel 56 einen Teilstrahl 66 (zweiter Teilstrahl) von dem eintreffenden Laserstrahl 54 ab, wobei der verbleibende Teilstrahl 64 des eintreffenden Laserstrahls 54 als erster Teilstrahl 64 entlang der Z-Achse verläuft. Der erste Teilstrahl 64 wird mithilfe eines Spiegels 72 auf die Rückseite eines Dünnschichtpolarisators 68 gelenkt. Ebenso wird der abgelenkte erste Teilstrahl mithilfe eines Spiegels 74 auf die Vorderseite des Dünnschichtpolarisators 68 gelenkt. Im Strahlengang des ersten Teilstrahls 64 (d. h. hinter dem Spiegel 56 und vor dem Dünnschichtpolarisator 68) ist ein Lambda/2-Plättchen 62 angeordnet, wobei dieses im Strahlengang vor oder hinter dem Spiegel 72 positioniert sein kann. In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist das Lambda/2-Plättchen 62 zwischen dem Spiegel 56 und dem Spiegel 72 positioniert. A linearly polarized incident laser beam 54 impinges on the optical system along the z-axis. The incident laser beam 54 is p-polarized with respect to the thin-film polarizer 68 described later (that is, with E ~ Fe! D in the x-z plane). Similar to the first embodiment (only at a different deflection angle), the mirror 56 splits a partial beam 66 (second partial beam) from the incident laser beam 54, the remaining partial beam 64 of the incident laser beam 54 being the first partial beam 64 along the Z-axis , The first partial beam 64 is directed by means of a mirror 72 onto the backside of a thin-film polarizer 68. Likewise, the deflected first partial beam is directed by means of a mirror 74 onto the front side of the thin-film polarizer 68. In the beam path of the first partial beam 64 (i.e., behind the mirror 56 and in front of the thin-film polarizer 68), a lambda / 2 plate 62 is arranged, which can be positioned in front or behind the mirror 72 in the beam path. In the embodiment of FIG. 8, the lambda / 2 plate 62 is positioned between the mirror 56 and the mirror 72.
Das Lambda/2-Plättchen 62 ist dazu eingerichtet, die lineare Polarisation des ersten Teilstrahls um 90° zu drehen. In der dargestellten zweiten Ausführungsform ist das Lambda/2-Plättchen 62 dazu eingerichtet, die ursprüngliche p-Polarisation des ersten Teilstrahls 64, welche der Polarisation des eintreffenden Laserstrahls 54 entspricht, so zu drehen, dass der erste Teilstrahl 64 hinter dem Lambda/2-Plättchen 62 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert ist. Wie in Fig. 8 durch ein Kreuz dargestellt ist, ist der erste Teilstrahl nach Drehung der Polarisation durch das Lamb- da/2-Plättchen 62 entlang der y-Achse polarisiert. The lambda / 2 plate 62 is configured to rotate the linear polarization of the first sub-beam by 90 °. In the illustrated second embodiment, the lambda / 2 plate 62 is adapted to the original p-polarization of the first Partial beam 64, which corresponds to the polarization of the incident laser beam 54 to rotate so that the first partial beam 64 is s-polarized behind the lambda / 2 plate 62 with respect to the Dünschichtschichtpolarisators 68. As shown in FIG. 8 by a cross, after rotation of the polarization by the lambda / 2 plate 62, the first partial beam is polarized along the y-axis.
Ähnlich wie in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben trifft auch in der zweiten Ausführungsform ein s-polarisierter Teilstrahl und ein p-polarisierter Teilstrahl auf den Dünnschichtpolarisator 68, wobei im Falle der zweiten Ausführungsform der erste Teilstrahl 64 s-polarisiert ist und der zweite Teilstrahl p-polarisiert ist. Der p-polarisierte zweite Teilstrahl wird vom Dünnschichtpolarisator 68 entlang der z- Achse transmittiert und der s-polarisierte erste Teilstrahl 64 wird am Dünnschichtpo¬ larisator 68 reflektiert und verläuft nach der Reflexion ebenfalls entlang der z-Achse und koaxial zum zweiten Teilstrahl. Somit entsteht hinter dem Dünnschichtpolarisator 68 ein vereinigter Laserstrahl 70. Similarly as described with respect to the first embodiment, in the second embodiment as well, an s-polarized sub-beam and a p-polarized sub-beam impinge on the thin-film polarizer 68, in the case of the second embodiment, the first sub-beam 64 is s-polarized and the second sub-beam p is polarized. The p-polarized second beam component is transmitted by the thin film polarizer 68 along the z-axis and the s-polarized first partial beam 64 is reflected at the Dünnschichtpo ¬ larisator 68 and runs after reflection also along the z-axis and coaxially to the second part beam. Thus, behind the thin-film polarizer 68, a unified laser beam 70 is formed.
Die Darstellung der Fig. 7b und die darin geschilderten Querschnitte der jeweiligen Strahlen treffen ebenso auf die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 8 zu. The illustration of FIG. 7b and the cross sections of the respective beams described therein also apply to the second embodiment according to FIG. 8.
Das optische System gemäß der zweiten Ausführungsform der Fig. 8 ist so ausgestaltet, dass der erste Teilstrahl 64, welcher am Dünnschichtpolarisator 68 reflektiert wird, auf diesen unter dem Brewster-Winkel des Dünnschichtpoiarisators 68 trifft, Für synthetischen Quarz bei der Wellenlänge 343 nm beträgt der Brewster-Winkel bei¬ spielsweise 56°. Wenn der reflektierte (erste) Teilstrahl 64 den Dünnschichtpolarisator 68 bereits unter dessen Brewster-Winkel bestrahlt, hat dies den Vorteil, dass eine Beschichtung des Dünnschichtpoiarisators 68 auf dessen Rückseite nicht erforderlich ist und somit weggelassen werden kann. The optical system according to the second embodiment of FIG. 8 is designed such that the first partial beam 64, which is reflected at the thin-film polarizer 68, impinges on it at the Brewster angle of the thin film polarizer 68. For synthetic quartz at the wavelength 343 nm Brewster angle at ¬ example 56 °. If the reflected (first) partial beam 64 already irradiates the thin-film polarizer 68 at its Brewster angle, this has the advantage that a coating of the thin-film polarizer 68 on its rear side is not required and can therefore be omitted.
Alternativ zu der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 7a kann diese auch so ausgestaltet sein, dass ein Winkel, unter dem der zweite Teilstrahl 66 auf den Dünnschichtpolarisator 68 trifft, dem Brewster-Winkel des Dünnschichtpoiari¬ sators 68 entspricht (beispielsweise 56°). May alternatively 7a to the configuration of the first embodiment shown in FIG. This also be designed so that an angle at which the second part beam impinges 66 on the thin film polarizer 68, the Brewster angle of the Dünnschichtpoiari ¬ crystallizer 68 corresponds (for example, 56 °).
Ferner kann alternativ zu der Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 8 ein Winkel, unter dem der erste Teilstrahl 64 auf den Dünnschichtpolarisator 68 trifft auch anders gewählt werden (beispielsweise 45°) und der Dünnschichtpolarisator 68 kann eine entsprechende Beschichtung auf seiner Rückseite aufweisen. Gemäß einer ersten Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl 54 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 8 und somit entlang der y-Achse (d. h. die verwendete Laserstrahlquelle ist zur Erzeugung eines solchen eintreffenden Laserstrahls 54 ein- gerichtet). Bei gleichbleibender Anordnung der verbleibenden Elemente des optischen Systems (wie in Fig. 8 dargestellt) führt dies dazu, dass der vereinigte Furthermore, as an alternative to the configuration of the second embodiment according to FIG. 8, an angle at which the first partial beam 64 impinges on the thin-film polarizer 68 can also be selected differently (for example 45 °) and the thin-film polarizer 68 can have a corresponding coating on its rear side. According to a first modification of the second embodiment, the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, ie perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 8 and thus along the y-axis (ie the laser beam source used is for generating such an incoming laser beam 54). directed). With the arrangement of the remaining elements of the optical system remaining constant (as shown in FIG. 8), this results in the merged one
Laserstrahl 70 das optische System nicht entlang der z-Achse sondern in der Darstel- lung der Fig. 8 nach schräg oben verlässt. Genauer gesagt ist hierbei der erste Teilstrahl 64 nach Umkehrung seiner Polarisation durch das Lambda/2-Plättchen p- polarisiert und der zweite Teilstrahl 66 ist s-polarisiert, sodass der erste Teilstrahl 64 durch den Dünnschichtpolarisator 68 transmittiert wird und der zweite Teilstrahl 66 reflektiert wird. Laser beam 70, the optical system not along the z-axis but in the representation of Fig. 8 leaves obliquely above. More specifically, in this case the first partial beam 64 is p polarized after reversal of its polarization by the lambda / 2 plate and the second partial beam 66 is s-polarized, so that the first partial beam 64 is transmitted through the thin-film polarizer 68 and the second partial beam 66 is reflected ,
Gemäß einer zweiten Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl 54 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 68 s-polarisiert, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 8 und somit entlang der y-Achse (d. h. die verwendete Laserstrahlquelle ist zur Erzeugung eines solchen eintreffenden Laserstrahls 54 ein- gerichtet). Ferner ist der Dünnschichtpolarisator 68 nicht im ersten Teilstrahl 64 sondern im zweiten Teilstrahl 66 (strahlabwärts vom Spiegel 56) angeordnet. Gemäß dieser Anordnung ist der zweite Teilstrahl 66 nach Umkehrung seiner Polarisation p- polarisiert und der erste Teilstrahl 64 ist s-polarisiert. Da die Polarisation der jeweili- gen Teilstrahlen 64, 66 beim Auftreffen auf den Dünnschichtpolarisator 68 identisch ist zu der Polarisation der Teilstrahlen 64, 66 der zweiten Ausführungsform, entspricht ein Strahlenverlauf des vereinigten Laserstrahls 70 gemäß der zweiten Ab- Wandlung dem Verlauf des vereinigten Laserstrahls 70 der zweiten Ausführungsform der Fig. 8. According to a second modification of the second embodiment, the incident laser beam 54 is s-polarized with respect to the thin-film polarizer 68, i. H. 8 and thus along the y-axis (i.e., the laser beam source used is configured to produce such an incident laser beam 54). Furthermore, the thin-film polarizer 68 is not arranged in the first partial beam 64 but in the second partial beam 66 (downstream of the mirror 56). According to this arrangement, the second sub-beam 66 is p-polarized after reversing its polarization and the first sub-beam 64 is s-polarized. Since the polarization of the respective partial beams 64, 66 when hitting the thin-film polarizer 68 is identical to the polarization of the partial beams 64, 66 of the second embodiment, a beam path of the combined laser beam 70 according to the second modification corresponds to the course of the combined laser beam 70 the second embodiment of FIG. 8.
Gemäß einer dritten Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist der eintreffende Laserstrahl p-polarisiert, wobei jedoch eine Anordnung der weiteren Komponenten des optischen Systems der Anordnung der zweiten Abwandlung entspricht. Ähnlich wie im Zusammenhang mit der ersten Abwandlung der zweiten Ausführungsform geschildert, verlässt hierbei der vereinigte Laserstrahl 70 das optische System nach schräg oben (in der Darstellung der Fig. 8). Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei gemäß der dritten Ausführungsform das Licht zweier eintreffender Laserstrahlen 76, 78 in zwei austretenden Laserstrahlen 80, 82 miteinander vermischt wird. Im Detail: Ein erster eintreffender Laserstrahl 76 und ein zweiter eintreffender Laserstrahl 78 treffen auf das optische System entlang der z-Achse ein. Sowohl der erste eintreffende Laserstrahl 76 als auch der zweite eintreffende Laserstrahl 78 sind be- züglich der im optischen System verwendeten Dünnschichtpolarisatoren 84, 86 p- polarisiert, d. h. die eintreffenden Laserstrahlen 76, 78 sind parallel zu der x-z-Ebene polarisiert. According to a third modification of the second embodiment, the incident laser beam is p-polarized, but an arrangement of the other components of the optical system corresponds to the arrangement of the second modification. As described in connection with the first modification of the second embodiment, in this case the combined laser beam 70 leaves the optical system obliquely upwards (in the representation of FIG. 8). 9 shows a third embodiment of the present disclosure wherein, according to the third embodiment, the light of two incident laser beams 76, 78 is mixed with each other in two outgoing laser beams 80, 82. In detail, a first incoming laser beam 76 and a second incident laser beam 78 strike the optical system along the z-axis. Both the first incident laser beam 76 and the second incident laser beam 78 are p polarized with respect to the thin film polarizers 84, 86 used in the optical system, ie, the incident laser beams 76, 78 are polarized parallel to the xz plane.
Der erste eintreffende Laserstrahl 76 wird durch einen ersten Spiegel 88 in einen ersten Teilstrahl 90 und einen zweiten Teilstrahl 92 aufgeteilt. Die Aufteilung des ersten eintreffenden Lichtstrahls 76 in den ersten Teilstrahl 90 und den zweiten Teilstrahl 92 erfolgt analog zu der Aufteilung des eintreffenden Laserstrahls 54 in den ersten Teilstrahl 64 und den zweiten Teilstrahl 66 mithilfe des Spiegels 56 in der ersten Ausführungsform (siehe Fig. 7a). Der erste Teilstrahl 90 ist weiterhin p- polarisiert und verläuft entlang der z-Achse. Der zweite Teilstrahl 92 wird nach unten (entlang der negativen X-Achse) in Richtung des zweiten eintreffenden Laserstrahls 78 abgelenkt und durchläuft ein Lambda/2-Plättchen 94, durch welches seine Polarisation um 90° von der ursprünglichen p-Polarisation in eine s-Polarisation gedreht wird. The first incoming laser beam 76 is split by a first mirror 88 into a first partial beam 90 and a second partial beam 92. The division of the first incident light beam 76 into the first partial beam 90 and the second partial beam 92 is analogous to the division of the incident laser beam 54 into the first partial beam 64 and the second partial beam 66 by means of the mirror 56 in the first embodiment (see FIG. 7a). , The first partial beam 90 is further p-polarized and runs along the z-axis. The second sub-beam 92 is deflected downwards (along the negative X-axis) in the direction of the second incident laser beam 78 and passes through a lambda / 2 plate 94, by which its polarization by 90 ° from the original p-polarization in an s Polarization is rotated.
Der somit s-polarisierte zweite Teilstrahl 92 wird mithilfe des Dünnschichtpolarisators 84 mit dem zweiten eintreffenden Laserstrahl 78 vereinigt und bildet somit einen entlang der z-Achse verlaufenden ersten vereinigten Laserstrahl 96. Genauer gesagt wird der zweite Teilstrahl 92 dem zweiten eintreffenden Laserstrahl 78 so überlagert, dass lediglich eine Hälfte des Querschnitts des zweiten eintreffenden Laserstrahls 78 vom zweiten Teilstrahl 92 überlagert wird, wobei es sich bei dieser Hälfte um den später geschilderten dritten Teilstrahl 82 handelt, welcher nicht durch den zweiten Spiegel 98 abgespalten wird. The thus s-polarized second partial beam 92 is combined with the second incident laser beam 78 by means of the thin-film polarizer 84 and thus forms a first merged laser beam 96 running along the z-axis. More precisely, the second partial beam 92 is superimposed on the second incident laser beam 78, that only one half of the cross section of the second incident laser beam 78 is superimposed by the second partial beam 92, wherein this half is the later-described third partial beam 82, which is not split off by the second mirror 98.
Der erste vereinigte Laserstrahl wird anschließend vom zweiten Spiegel 98 in einen dritten Teilstrahl 82 und einen vierten Teilstrahl 100 aufgeteilt. Bei dem dritten Teil¬ strahl 82 handelt es sich um den Anteil des zweiten eintreffenden Laserstrahls 78, dem der zweite Teilstrahl 92 überlagert wurde. Der dritte Teilstrahl 82 verläuft ent¬ lang der z-Achse. The first combined laser beam is then split by the second mirror 98 into a third partial beam 82 and a fourth partial beam 100. In the third part ¬ beam 82 is the portion of the second incident laser beam 78, the second beam has been superimposed on the 92nd The third partial beam 82 extends ent ¬ long the z-axis.
Der vierte Teilstrahl 100 wird vom Spiegel 98 nach oben entlang der x-Achse reflek¬ tiert und durchläuft ein Lambda/2-Plättchen 102, durch welches seine Polarisation um 90° von der ursprünglichen p-Polarisation in eine s-Polarisation gedreht wird. Der somit s-polarisierte vierte Teilstrahl 100 wird mithilfe des Dünnschichtpolarisators 86 mit dem ersten Teilstrahl 90 vereinigt und bildet somit einen entlang der z-Achse verlaufenden zweiten vereinigten Laserstrahl 80. Ein Strahlprofil bzw. eine Intensi- tätsverteilung des zweiten vereinigten Laserstrahls 80 und des dritten Teilstrahls 82 entsprechen dem Strahlprofil bzw. der Intensitätsverteilung des vereinigten Laser- Strahls 70 der ersten Ausführungsform. The fourth sub-beam 100 is Reflectors advantage ¬ from the mirror 98 upwards along the x-axis and passes through a lambda / 2 plate 102, through which its polarization is rotated 90 ° from its original p-polarization to s-polarization. The thus s-polarized fourth partial beam 100 is combined with the first partial beam 90 with the aid of the thin-film polarizer 86 and thus forms a second combined laser beam 80 running along the z-axis. A beam profile or an intensity distribution of the second combined laser beam 80 and of the third Partial beam 82 correspond to the beam profile or the intensity distribution of the combined laser beam 70 of the first embodiment.
Gemäß einer ersten Abwandlung der dritten Ausführungsform ist der erste eintref- fende Laserstrahl 76 bezüglich des Dünnschichtpolarisators 84 s-polarisiert, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 9 lind somit entlang der y-Achse (d. h. die verwendete Laserstrahlquelle ist zur Erzeugung eines solchen eintreffenden Laserstrahls 76 eingerichtet). Der zweite eintreffende Laserstrahl ist weiterhin p-polarisiert. Ferner ist das Lambda/2-Plättchen 94 nicht im zweiten Teilstrahl 92 sondern im ersten Teil- strahl 90 (strahlabwärts vom Spiegel 88) angeordnet. Gemäß dieser Anordnung ist der erste Teilstrahl 90 nach Umkehrung seiner Polarisation p-polarisiert und der zweite Teilstrahl 92 ist s-polarisiert. Da die Polarisation der jeweiligen (Teil-) Strahlen 90, 100, 92, 78 beim Auftreffen auf die Dünnschichtpolarisatoren 84, 86 identisch ist zu der Polarisation der jeweiligen Strahlen der dritten Ausführungsform (siehe Fig. 9), entspricht ein Strahlenverlauf der jeweiligen (Teil-) Strahlen nach Durchlau- fen der Dünnschichtpolarisatoren 84, 86 dem Verlauf der in Fig. 9 dargestellten Strahlen der dritten Ausführungsform. According to a first modification of the third embodiment, the first incident laser beam 76 is s-polarized with respect to the thin film polarizer 84, i. H. 9 are thus along the y-axis (i.e., the laser beam source used is arranged to produce such an incident laser beam 76). The second incoming laser beam is still p-polarized. Furthermore, the lambda / 2 plate 94 is not arranged in the second partial beam 92 but in the first partial beam 90 (downstream of the mirror 88). According to this arrangement, after reversing its polarization, the first sub-beam 90 is p-polarized and the second sub-beam 92 is s-polarized. Since the polarization of the respective (partial) beams 90, 100, 92, 78 when hitting the thin-film polarizers 84, 86 is identical to the polarization of the respective beams of the third embodiment (see Fig. 9), a beam trace corresponds to the respective (part -) rays after passing through the thin-film polarizers 84, 86 the course of the illustrated in Fig. 9 rays of the third embodiment.
Ein Vorteil des durch die oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugten Strahlprofils besteht darin, dass der zu einem hinter dem optischen System angeordneten Treppenspiegel geführte zusammengesetzte Laserstrahl in der zu teilenden Achse (x- Achse) außen und innen vergleichbare Energieanteile transportiert und dadurch die weitere Teilung des Strahlparameterprodukts entlang dieser Achse sehr effizient wird. Insbesondere für die Herstellung langer Linien kann es notwendig sein, die Strahlen mehrerer Festkörperlaser zu kombinieren um in der Summe ausreichend An advantage of the beam profile generated by the embodiments described above is that the composite laser beam guided to a staircase behind the optical system transports comparable energy components in the axis (x-axis) to be separated externally and internally and thereby along the further division of the beam parameter product This axis is very efficient. In particular, for the production of long lines, it may be necessary to combine the beams of several solid-state lasers to the sum sufficient
Pulsenergie und damit Energiedichte in der Linie zur Verfügung zu haben. Die Ver¬ kleinerung des Strahlparameterproduktes und das Mischen einzelner Strahlen schon vor der Homogenisierung kann von großem Vorteil sein. Pulse energy and thus energy density in the line to have available. The Ver ¬ kleinerung the beam parameter product and mixing of individual rays before the homogenization can be of great advantage.
In der oben beschriebenen Fig. 9 ist entsprechend eine Anordnung gezeigt, die zwei eintreffende Laserstrahlen 76, 78 mischt, das Strahlparameterprodukt in einer Achse halbiert und einen symmetrischen Strahl 80, 82 mit einer flachen Verteilung oder einem Minimum in der Strahlmitte erzeugt. Es entstehen somit zwei kombinierte Strahlen 80, 82, die jeweils etwa gleiche s- und p-Polarisationsanteile enthalten und ein symmetrisches Intensitätsprofil mit einem Minimum in der Mitte der Strahlen aufweisen. In the above-described FIG. 9, there is correspondingly shown an arrangement which mixes two incident laser beams 76, 78, halves the beam parameter product in one axis and a symmetrical beam 80, 82 with a flat distribution or generated a minimum in the beam center. Thus, there are two combined beams 80, 82 each containing approximately equal s and p polarization components and having a symmetrical intensity profile with a minimum in the center of the beams.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel für sechs eintreffende Laserstrahlen und eine Verwendung von Dünnschichtpolarisatoren unter einem Winkel ungleich 45°, z. B. unter dem Brewster-Winkel (56° für synthetisches Quarz, 343 nm) für die betreffende Wellenlänge, um auf eine Beschichtung auf der Rückseite des Dünnschichtpolarisators zu verzichten. Gezeigt ist zusätzlich eine (optionale) Teleskopaufweitung nach der Verkleinerung des Strahlparameterproduktes entlang der x-Achse. Fig. 10 shows an example of six incident laser beams and a use of thin-film polarizers at an angle not equal to 45 °, z. B. at the Brewster angle (56 ° for synthetic quartz, 343 nm) for the wavelength in question, to dispense with a coating on the back of the Dünschichtschichtpolarisators. In addition, an (optional) telescope expansion after the reduction of the beam parameter product along the x-axis is shown.
In der Anordnung gemäß Fig. 10 sind im Wesentlichen drei Anordnungen der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 9 nebeneinander positioniert, wobei jedoch die Spiegel und Dünnschichtpolarisatoren so gedreht sind, dass Eintrittswinkel der jeweils am Dünnschichtpolarisator reflektierten Teilstrahlen dem Brewster-Winkel des jeweiligen Dünnschichtpolarisators entsprechen. In the arrangement according to FIG. 10, substantially three arrangements of the third embodiment according to FIG. 9 are positioned next to each other, but the mirrors and thin-film polarizers are rotated such that entrance angles of the respective partial beams reflected at the thin-film polarizer correspond to the Brewster angle of the respective thin-film polarizer.
Die entsprechend den oben geschilderten Ausführungsformen und deren Abwandlungen erzeugten ausgehenden Laserstrahlen 70, 80, 82 können weiter verarbeitet werden in einer Treppenspiegelanordnung 104 um das bereits (bezüglich der x- Achse) verkleinerte Strahlparameterprodukt weiter (bezüglich der x-Achse) zu ver¬ kleinern. Die Verkleinerung/Vergrößerung des Strahlparameterproduktes, beispiels¬ weise in Treppenspiegelanordnungen ist vielfach beschrieben (siehe z. B. Applied Optics, Vol. 36, No. 24, 20.08.1997, Seite 5873 und 5374, DE 103 31 442 Al und DE 20 2005 021 171) und Stand der Technik seit den 1990er Jahren. Dafür wird der zusammengesetzte Strahl 70, 80, 82 in eine Treppenspiegelanordnung 104 mit großer Brennweite fokussiert und ein weiteres Mal geteilt oder mehrfach geteilt. Die Brennweite zur Fokussierung in den Treppenspiegel wird so ausgewählt, dass die Fokusbreite (1/e2) deutlich kleiner ist als die Treppenspiegelfacette. The outgoing laser beams 70, 80, 82 corresponding to the above-described embodiments and their modifications produced can reduced beam parameter product be further processed in a staircase mirror assembly 104 to the already (with respect to the x axis) on (with respect to the x-axis) to ver ¬ smaller. The reduction / enlargement of the beam parameter product, for example in staircase mirror arrangements, has been described in many cases (see, for example, Applied Optics, Vol 36, No. 24, 20.08.1997, pages 5873 and 5374, DE 103 31 442 A1 and DE 20 2005 021 171) and prior art since the 1990s. For this purpose, the composite beam 70, 80, 82 is focused in a staircase mirror assembly 104 of long focal length and split once more or split several times. The focal length for focusing in the staircase mirror is selected so that the focus width (1 / e 2 ) is significantly smaller than the staircase mirror facet.
Analog zu der Anordnung der Fig. 11 kann eine Treppenspiegelanordnung 104 auch allen anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen eines optischen Systems nachgelagert werden. Die die Treppenspiegelanordnung 104 verlassenden Teilstrah¬ len können anschließend zu einer Beleuchtungslinie geformt werden, beispielsweise mit einer Vorrichtung 10 gemäß Fig. la, lb. Beispielhaft ist dies anhand Fig. 12 dargestellt, wobei ein optisches System 55 gemäß der ersten Ausführungsform (Fig. 7a) in die Vorrichtung 10 der Fig. la, lb integriert ist. Der obere Teil (a) der Fig. 12 zeigt eine Ansicht entlang der x-Achse (auf die lange Strahlachse y) und der untere Teil (b) zeigt eine Ansicht entlang der y-Achse (auf die kurze Strahlachse x). Similar to the arrangement of FIG. 11, a staircase mirror assembly 104 may also be downstream of all other embodiments of an optical system described herein. The partial beams leaving the staircase leveling arrangement 104 can then be shaped into a lighting line, for example with a device 10 according to FIG. 1 a, 1 b. This is illustrated by way of example with reference to FIG. 12, wherein an optical system 55 according to the first embodiment (FIG. 7 a) is integrated in the device 10 of FIGS. 1 a, 1 b. The upper part (a) of Fig. 12 shows a view along the x-axis (on the long beam axis y) and the lower part (b) shows a view along the y-axis (on the short beam axis x).
Genau gesagt kann jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen für ein optisches System in die Vorrichtung 10 der Fig. la, lb integriert werden, beispielsweise zwischen den Zylinderlinsen 34 und 38, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Specifically, each of the embodiments described herein for an optical system may be integrated into the apparatus 10 of Figs. 1a, 1b, for example, between the cylindrical lenses 34 and 38 as shown in Fig. 12.
In der Vorrichtung der Fig. 12 wird das Strahlparameterprodukt durch die optische Anordnung 55 entlang der x-Achse verkleinert, also entlang der Achse, welche die kurze Achse der Beleuchtungslinie 22 bildet. Ferner sind in Fig. 12 die optionalen Elemente 106 und 104 dargestellt. Durch die optionale Teleskopoptik 106 kann der Strahl 14 beispielsweise entlang der x-Achse aufgeweitet werden. Die Treppenspiegelanordnung 104 führt dazu, wie oben in Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben, dass das Strahlparameterprodukt entlang der kurzen Achse (x-Achse) weiter verkleinert werden kann, um eine Fokussierung bzw. eine Schärfentiefe der Beleuchtungslinie 22 zu verbessern. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, wird der Laserstrahl 14 durch die Treppenspiegelanordnung 104 sowohl in der y-z-Ebene als auch in der x-z-Ebene zweimal um 90° umgelenkt. In the apparatus of FIG. 12, the beam parameter product is reduced by the optical array 55 along the x-axis, ie along the axis which forms the short axis of the illumination line 22. Further, in Fig. 12, the optional elements 106 and 104 are shown. By the optional telescope optics 106, the beam 14 can be expanded, for example, along the x-axis. The stair mirror assembly 104, as described above in connection with FIG. 11, may further reduce the beam parameter product along the short axis (x-axis) to improve the focus of the illumination line 22. As shown in Figure 12, the laser beam 14 is deflected twice by 90 ° by the stair mirror assembly 104 in both the y-z plane and the x-z plane.
Durch die hierin geschilderte Technik kann eine Strahlparameterproduktverkleinerung einer Achse (beispielsweise der x-Achse) ohne Vergrößerung der anderen Achse (beispielsweise der y-Achse) erreicht werden, mit der Möglichkeit, zwei oder mehreren Strahlen zu mischen. Ferner kann eine Intensitätsverteilung mit einem flachen Profil oder Minimum in der Mitte erreicht werden, die sich besonders eignet zur weiteren effizienten Strahlparameterproduktverkleinerung z. B. mit Treppenspiegeln. Anders ausgedrückt haben die hierin beschriebenen optischen Anordnungen denBy the technique described herein, beam parameter product reduction of one axis (eg, the x-axis) can be achieved without increasing the other axis (eg, the y-axis), with the ability to mix two or more beams. Furthermore, an intensity distribution with a shallow profile or minimum in the center can be achieved which is particularly suitable for further efficient beam parameter product reduction, e.g. B. with staircase levels. In other words, the optical arrangements described herein have the
Vorteil, dass ein Laserstrahl erzeugt werden kann, welcher ein verringertes Strahlparameterprodukt entlang zumindest einer Achse (kurze Achse) erzeugen kann. Diese Achse lässt sich in einer nachfolgenden Optik so fokussieren, dass eine Schärfentiefe des erzeugten Fokus verbessert wird. Da der erzeugte Laserstrahl entlang der kurzen Achse weitgehend symmetrisch ist, kann der Strahl besser fokussiert werden und es wird ein symmetrischer Fokus erzeugt, welcher einem Gauß-Profil nahe kommt. Bei Verwendung einer optionalen Treppenspiegelanordnung eignet sich das erzeugte Strahlprofil entlang der kurzen Achse besonders gut zur weiteren Aufspaltung, da dieses einerseits bezüglich der kurzen Achse symmetrisch ist und andererseits an seinen Randbereichen jeweils ein Intensitätsmaximum aufweist. Advantage, that a laser beam can be generated which can produce a reduced beam parameter product along at least one axis (short axis). This axis can be focused in a subsequent optics so that a depth of field of the generated focus is improved. Since the generated laser beam is largely symmetrical along the short axis, the beam can be better focused and a symmetrical focus is created which approximates a Gaussian profile. When using an optional staircase mirror arrangement, the generated beam profile along the short axis is particularly well suited for further splitting, since this is symmetrical on the one hand with respect to the short axis and on the other hand has an intensity maximum at its edge regions.
Ferner kann mit der oben beschriebenen Technik erreicht werden, dass die Flanken des homogenisierten Strahlprofils in der langen Achse schmaler werden und somit eine Effizienz verbessert wird. Bei Verwendung von mehreren Lasern können mehrere ausgehende Strahlen eng nebeneinander gelegt werden. Ohne die hierin be- schriebene Überlagerung (Vereinigung) der Teilstrahlen wäre das Strahlarray entlang der langen Achse doppelt so groß. Durch die hierin beschriebene Technik kann somit Platz gespart werden und die Größe zu verwendender Optikkomponenten reduziert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Further, with the above-described technique, it can be achieved that the flanks of the homogenized beam profile become narrower in the long axis, thus improving efficiency. When using multiple lasers, multiple outgoing beams can be placed close together. Without the superposition (union) of the sub-beams described herein, the beam array would be twice as long along the long axis. Thus, the technique described herein can save space and reduce the size of optical components to be used, resulting in cost savings.
Sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, stehen identische Bezugszeichen in den Figuren für identische oder identisch wirkende Elemente. Außerdem ist eine beliebige Kombination der in den Figuren dargestellten Merkmale denkbar. Unless expressly stated otherwise, identical reference numerals in the figures stand for identical or identically acting elements. In addition, any combination of the features shown in the figures is conceivable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches System zum Verarbeiten eines eintreffenden Laserstrahls, umfas- send: 1. An optical system for processing an incoming laser beam, comprising:
eine Strahlaufspaltungseinrichtung (56) zum Aufspalten eines eintreffenden Laserstrahls (54) in einen ersten Teilstrahl (64) und einen zweiten Teilstrahl (66), sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls (64) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls (54) entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls (66) einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls (54) entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen;  a beam splitting device (56) for splitting an incident laser beam (54) into a first partial beam (64) and a second partial beam (66) such that a cross section of the first partial beam (64) corresponds to a first section of a cross section of the incident laser beam (54) and a cross section of the second partial beam (66) corresponds to a second section of the cross section of the incident laser beam (54), wherein the first section and the second section deviate from one another;
eine im Strahlengang des ersten Teilstrahls (64) oder des zweiten Teilstrahls (66) angeordnete Umpolarisierungseinrichtung zum Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls (64) oder des zweiten Teilstrahls (66) um 90°;  a Umpolarisierungseinrichtung arranged in the beam path of the first partial beam (64) or the second partial beam (66) for rotating a polarization of the first partial beam (64) or the second partial beam (66) by 90 °;
eine Strahlvereinigungseinrichtung (68) zum koaxialen Vereinigen des ersten Teilstrahls (64) und des zweiten Teilstrahls (66) zu einem vereinigten Laserstrahl.  a beam combining means (68) for coaxially merging the first sub-beam (64) and the second sub-beam (66) into a unified laser beam.
2. Optisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend: 2. An optical system according to claim 1, further comprising:
eine Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des eintreffenden Laserstrahls (54), sodass der eintreffende Laserstrahl (54) linear polarisiert ist,  a beam generating device for generating the incoming laser beam (54), so that the incident laser beam (54) is linearly polarized,
wobei die Strahlvereinigungseinrichtung (68) einen Polarisator umfasst, wel¬ cher dazu eingerichtet ist, einen der beiden Teilstrahlen, erster Teilstrahl (64) und zweiter Teilstrahl (66), transmittieren zu lassen und den anderen der beiden Teil¬ strahlen zu reflektieren, sodass der erste Teilstrahl (64) und der zweite Teilstrahl (66) vereinigt werden. wherein the beam combining means (68) comprises a polarizer wel ¬ cher is adapted to one of the two sub-beams, the first partial beam (64) and second partial beam (66) to have transmit and the other to reflect radiation both part ¬ of, so that the first partial beam (64) and the second partial beam (66) are combined.
3. Optisches System nach Anspruch 2, ferner umfassend: 3. An optical system according to claim 2, further comprising:
mindestens eine Strahlumlenkungseinrichtung (72), welche dazu eingerichtet ist, den Teilstrahl, welcher an dem Polarisator reflektiert wird, so auf den Polarisator zu lenken, dass dieser Teilstrahl unter einem Brewster-Winkel des Polarisators auf den Polarisator auftrifft.  at least one beam deflecting device (72), which is adapted to direct the partial beam, which is reflected at the polarizer, on the polarizer, that this partial beam impinges on the polarizer at a Brewster angle of the polarizer.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Optical system according to one of claims 1 to 3,
wobei die Strahlaufspaltungseinrichtung (56) einen Spiegel umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, den zweiten Teilstrahl (66) aus dem eintreffenden Laserstrahl (54) heraus zu reflektieren, sodass der zweite Teilstrahl (66) abgelenkt wird und ein verbleibender Anteil des eintreffenden Lichtstrahls (54) den ersten Teilstrahl (64) darstellt. wherein the beam splitting device (56) comprises a mirror, which is adapted to reflect the second partial beam (66) out of the incident laser beam (54), so that the second partial beam (66) is deflected and a remaining portion of the incoming light beam (54) represents the first partial beam (64).
5. Optisches System nach Anspruch 4, 5. An optical system according to claim 4,
wobei die Strahlaufspaltungseinrichtung (56) dazu eingerichtet ist, den eintref- fenden Laserstrahl (54) im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlach- se des eintreffenden Laserstrahls (54) verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweisen.  wherein the beam splitter (56) is arranged to divide the incident laser beam (54) substantially along a straight line passing through a central beam axis of the incident laser beam (54) so that the first portion and the second portion are substantially equal have large cross-sectional area.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: The optical system of any one of claims 1 to 5, further comprising:
eine Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des eintreffenden Laser- strahls (54), sodass der eintreffende Laserstrahl (54) eine ovale Querschnittsfläche mit einer langen Achse und einer kurzen Achse aufweist,  a beam generating device for generating the incoming laser beam (54), so that the incident laser beam (54) has an oval cross-sectional area with a long axis and a short axis,
wobei die Strahlaufspaltungseinrichtung (56) dazu eingerichtet ist, den ein- treffenden Laserstrahl (54) entlang seiner langen Achse aufzuteilen, oder  wherein the beam splitter (56) is arranged to split the incident laser beam (54) along its long axis, or
wobei die Strahlaufspaltungseinrichtung (56) dazu eingerichtet ist, den eintreffenden Laserstrahl (54) entlang seiner kurzen Achse aufzuteilen.  wherein the beam splitter (56) is arranged to split the incident laser beam (54) along its short axis.
7. Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, umfassend: 7. Apparatus for generating a lighting line, comprising:
das optische System nach einem der Ansprüche 1 bis 6;  the optical system according to any one of claims 1 to 6;
eine dem optischen System nachgelagerte Treppenspiegelanordnung (104), welche dazu eingerichtet ist, ein Strahlparameterprodukt des vereinigten Laserstrahls (70) durch Aufteilen des vereinigten Laserstrahls (70) in zwei oder mehrere Teilstrahlen zu verringern; und  a staircase mirror assembly (104) disposed downstream of the optical system and configured to reduce a beam parameter product of the merged laser beam (70) by dividing the merged laser beam (70) into two or more sub-beams; and
eine der Treppenspiegelanordnung nachgelagerte Beleuchtungslinienoptik, welche dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehrere Teilstrahlen unter Verwendung einer Homogenisierungsoptik (42) und einer Abbildungseinrichtung (18) als eine Beleuchtungslinie abzubilden.  a lighting-line optical system arranged downstream of the stair-mirror arrangement, which is set up to image the two or more partial beams using a homogenizing optical system (42) and an imaging device (18) as a lighting line.
8. Optisches System zum Verarbeiten eines ersten eintreffenden Laserstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls, umfassend: 8. An optical system for processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam, comprising:
eine erste Strahlaufspaltungseinrichtung (88) zum Aufspalten eines ersten eintreffenden Laserstrahls (76) in einen ersten Teilstrahl (90) und einen zweiten Teilstrahl (92), sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls (90) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls (92) einem zweiten Abschnitt des Quer- Schnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) entspricht, wobei der erste Ab- schnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen; a first beam splitting device (88) for splitting a first incident laser beam (76) into a first partial beam (90) and a second partial beam (92) so that a cross section of the first partial beam (90) corresponds to a first section of a cross section of the first incident laser beam (76 ) and a cross-section of the second sub-beam (92) corresponds to a second section of the cross-section Section of the first incoming laser beam (76) corresponds, wherein the first section and the second section differ from each other;
eine im Strahlengang des ersten Teilstrahls (90) oder des zweiten Teilstrahls (92) angeordnete erste Umpolarisierungseinrichtung (94) zum Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls (90) oder des zweiten Teilstrahls (92) um 90°;  a first Umpolarisierungseinrichtung (94) arranged in the beam path of the first partial beam (90) or the second partial beam (92) for rotating a polarization of the first partial beam (90) or the second partial beam (92) by 90 °;
eine erste Strahlvereinigungseinrichtung (84) zum Vereinigen des zweiten Teilstrahls (92) und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls (78) zu einem ersten vereinigten Laserstrahl (96);  a first beam combining means (84) for combining the second sub-beam (92) and a second incident laser beam (78) into a first merged laser beam (96);
eine zweite Strahlaufspaltungseinrichtung (98) zum Aufspalten des ersten vereinigten Laserstrahls (96) in einen dritten Teilstrahl (82) und einen vierten Teilstrahl (100), sodass ein Querschnitt des dritten Teilstrahls (82) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls (96) entspricht und ein Querschnitt des vierten Teilstrahls (100) einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls (96) entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen und wobei der zweite Teilstrahl (92) des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) im Wesentlichen vollständig im dritten Teil- strahl (82) des ersten vereinigten Laserstrahls (96) enthalten ist;  a second beam splitting device (98) for splitting the first combined laser beam (96) into a third partial beam (82) and a fourth partial beam (100) such that a cross section of the third partial beam (82) corresponds to a first section of a cross section of the first combined laser beam (96 ) and a cross section of the fourth partial beam (100) corresponds to a second section of the cross section of the first merged laser beam (96), wherein the first section and the second section deviate from one another and wherein the second partial beam (92) of the first incident laser beam (76) essentially completely contained in the third sub-beam (82) of the first merged laser beam (96);
eine im Strahlengang des vierten Teilstrahls (100) angeordnete zweite Umpolarisierungseinrichtung (102) zum Drehen einer Polarisation des vierten Teilstrahls (100) um 90°; und  a second Umpolarisierungseinrichtung (102) arranged in the beam path of the fourth partial beam (100) for rotating a polarization of the fourth partial beam (100) by 90 °; and
eine zweite Strahlvereinigungsvorrichtung (86) zum Vereinigen des vierten Teilstrahls (100) und des ersten Teilstrahls (90) zu einem zweiten vereinigten Laserstrahl (80).  a second beam combining device (86) for combining the fourth sub-beam (100) and the first sub-beam (90) into a second merged laser beam (80).
9. Optisches System nach Anspruch 8, ferner umfassend: The optical system of claim 8, further comprising:
eine erste Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des ersten eintreffen- den Laserstrahls (76), sodass der erste eintreffende Laserstrahl (76) linear polari¬ siert ist; und a first beam generating means for generating the first eintreffen- the laser beam (76) so that the first incident laser beam (76) is linear polari ¬ Siert; and
eine zweite Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des zweiten eintreffenden Laserstrahls (78), sodass der zweite eintreffende Laserstrahl (78) linear polarisiert ist,  second beam generating means for generating the second incident laser beam (78) so that the second incident laser beam (78) is linearly polarized,
wobei die erste Strahlvereinigungseinrichtung (84) einen Polarisator umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, den zweiten eintreffenden Laserstrahl (78) transmittie- ren zu lassen und den zweiten Teilstrahl (92) zu reflektieren, sodass der zweite ein¬ treffende Laserstrahl (78) und der zweite Teilstrahl (92) vereinigt werden; wherein the first beam combining device (84) comprises a polarizer which is adapted to transmit the second incident laser beam (78) and to reflect the second partial beam (92) so that the second incident laser beam (78) and the second partial beam (92) are combined;
wobei die zweite Strahlvereinigungseinrichtung (86) einen Polarisator umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, den ersten Teilstrahl (90) transmittieren zu lassen und den vierten Teilstrahl (100) zu reflektieren, sodass der erste Teilstrahl (90) und der vierte Teilstrahl (100) vereinigt werden; wherein the second beam combining means (86) comprises a polarizer adapted to transmit the first sub-beam (90) and to reflect the fourth sub-beam (100) so that the first sub-beam (90) and the fourth sub-beam (100) are merged;
wobei der zweite eintreffende Laserstrahl (78) bezüglich des Polarisators der ersten Strahlvereinigungsvorrichtung (84) p-polarisiert ist; und  wherein the second incident laser beam (78) is p-polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device (84); and
wobei der erste eintreffende Laserstrahl (76) bezüglich des Polarisators der ersten Strahlvereinigungsvorrichtung (84) p-polarisiert ist und die erste Umpolarisierungseinrichtung (94) im zweiten Teilstrahl (92) angeordnet ist, oder  wherein the first incident laser beam (76) is p-polarized with respect to the polarizer of the first beam combining device (84) and the first repolarizing device (94) is disposed in the second beam (92), or
wobei der erste eintreffende Laserstrahl (76) bezüglich des Polarisators der zweiten Strahlvereinigungsvorrichtung (86) s-polarisiert ist und die erste Umpolarisierungseinrichtung (94) im ersten Teilstrahl (90) angeordnet ist.  wherein the first incident laser beam (76) is s-polarized with respect to the polarizer of the second beam combining device (86) and the first repolarizing device (94) is disposed in the first sub-beam (90).
10. Optisches System nach Anspruch 9, 10. Optical system according to claim 9,
wobei das optische System so angeordnet ist, dass der zweite Teilstrahl (92) unter einem Brewster-Winkel des Polarisators der ersten Strahlvereinigungseinrichtung (84) auf diesen Polarisator trifft; und  wherein the optical system is arranged so that the second partial beam (92) meets this polarizer at a Brewster angle of the polarizer of the first beam combining means (84); and
wobei das optische System so angeordnet ist, dass der vierte Teilstrahl (100) unter einem Brewster-Winkel des Polarisators der zweiten Strahlvereinigungseinrichtung (86) auf diesen Polarisator trifft.  wherein the optical system is arranged so that the fourth partial beam (100) impinges on this polarizer at a Brewster angle of the polarizer of the second beam combining means (86).
11. Optisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, 11. Optical system according to one of claims 8 to 10,
wobei die erste Strahlaufspaltungseinrichtung (88) einen Spiegel umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, den zweiten Teilstrahl (92) aus dem ersten eintreffenden Laserstrahl (76) heraus zu reflektieren, sodass der zweite Teilstrahl (92) abgelenkt wird und ein verbleibender Anteil des ersten eintreffenden Lichtstrahls (76) den ersten Teilstrahl (90) darstellt, und/oder  wherein the first beam splitting means (88) comprises a mirror configured to reflect the second sub-beam (92) out of the first incident laser beam (76) so that the second sub-beam (92) is deflected and a remaining portion of the first incoming beam Light beam (76) represents the first partial beam (90), and / or
wobei die zweite Strahlaufspaltungseinrichtung (98) einen Spiegel umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, den vierten Teilstrahl (100) aus dem ersten vereinigten Laserstrahl (96) heraus zu reflektieren, sodass der vierte Teilstrahl (100) abgelenkt wird und ein verbleibender Anteil des ersten vereinigten Laserstrahls (96) den dritten Teilstrahl (82) darstellt.  wherein the second beam splitting means (98) comprises a mirror configured to reflect the fourth sub-beam (100) out of the first merged laser beam (96) such that the fourth sub-beam (100) is deflected and a remaining portion of the first merged one Laser beam (96) represents the third partial beam (82).
12. Optisches System nach Anspruch 11, 12. Optical system according to claim 11,
wobei die erste Strahlaufspaltungseinrichtung (88) dazu eingerichtet ist, den ersten eintreffenden Laserstrahl (76) im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlachse des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweisen, und/oder wobei die zweite Strahlaufspaltungseinrichtung (98) dazu eingerichtet ist, den ersten vereinigten Laserstrahl (96) im Wesentlichen entlang einer durch eine mittlere Strahlachse des ersten vereinigten Laserstrahls (96) verlaufenden Geraden aufzuteilen, sodass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls (96) im Wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweisen. wherein the first beam splitting means (88) is arranged to split the first incident laser beam (76) substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first incoming laser beam (76) so that the first portion and the second portion of the cross section of the first incoming one Laser beam (76) have substantially equal cross-sectional area, and / or wherein the second beam splitter (98) is configured to split the first merged laser beam (96) substantially along a straight line passing through a central beam axis of the first merged laser beam (96) such that the first portion and the second portion of the cross section of the first merged one Laser beam (96) have substantially equal cross-sectional area.
13. Vorrichtung zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie, umfassend: 13. A device for generating a lighting line, comprising:
das optische System nach einem der Ansprüche 8 bis 12;  the optical system according to any one of claims 8 to 12;
eine dem optischen System nachgelagerte Treppenspiegelanordnung, welche dazu eingerichtet ist, ein Strahlparameterprodukt des dritten Teilstrahls (82) und des zweiten vereinigten Laserstrahls (80) durch Aufteilen des dritten Teilstrahls (82) und des zweiten vereinigten Laserstrahls (80) jeweils in zwei oder mehrere Teilstrahlen zu verringern; und  a staircase mirror assembly downstream of the optical system, arranged to split a beam parameter product of the third sub-beam (82) and the second merged laser beam (80) by dividing the third sub-beam (82) and the second merged laser beam (80) into two or more sub-beams, respectively to reduce; and
eine der Treppenspiegelanordnung nachgelagerte Beleuchtungslinienoptik, welche dazu eingerichtet ist, die jeweils zwei oder mehrere Teilstrahlen unter Ver¬ wendung einer Homogenisierungsoptik (42) und einer Abbildungseinrichtung (18) als eine gemeinsame Beleuchtungslinie abzubilden. one of the staircase mirror arrangement downstream illumination line optics, which is adapted to each of the two or more partial beams Ver ¬ using a homogenization (42) and an imaging device (18) as a common illumination line.
14. Verfahren zum Verarbeiten eines eintreffenden Laserstrahls, umfassend: 14. A method of processing an incoming laser beam, comprising:
Aufspalten eines eintreffenden Laserstrahls (54) in einen ersten Teilstrahl (64) und einen zweiten Teilstrahl (66), sodass ein Querschnitt des ersten Teilstrahls (64) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls (54) ent¬ spricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls (66) einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des eintreffenden Laserstrahls (54) entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen; Splitting an incident laser beam (54) in a first partial beam (64) and a second partial beam (66) so that a cross section of the first partial beam (64) a first portion of a cross section of the incoming laser beam ¬ speaks (54) ent and a cross section of the second Partial beam (66) corresponds to a second portion of the cross section of the incident laser beam (54), wherein the first portion and the second portion deviate from each other;
Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls (64) oder des zweiten Teilstrahls (66) um 90°;  Rotating a polarization of the first sub-beam (64) or the second sub-beam (66) by 90 °;
koaxiales Vereinigen des ersten Teilstrahls (64) und des zweiten Teilstrahls (66) zu einem vereinigten Laserstrahl (70).  coaxially combining the first sub-beam (64) and the second sub-beam (66) into a merged laser beam (70).
15. Verfahren zum Verarbeiten eines ersten eintreffenden Laserstrahls und eines zweiten eintreffenden Laserstrahls, umfassend: 15. A method of processing a first incoming laser beam and a second incident laser beam, comprising:
Aufspalten eines ersten eintreffenden Laserstrahls (76) in einen ersten Teil- strahl (90) und einen zweiten Teilstrahl (92), sodass ein Querschnitt des ersten Teil¬ strahls (90) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) entspricht und ein Querschnitt des zweiten Teilstrahls (92) einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen; Splitting a first incident laser beam (76) in a first partial beam (90) and a second partial beam (92) so that a cross section of the first part ¬ beam (90) corresponding to a first portion of a cross section of the first incident laser beam (76) and a cross section of the second partial beam (92) one second portion of the cross section of the first incident laser beam (76), wherein the first portion and the second portion deviate from each other;
Drehen einer Polarisation des ersten Teilstrahls (90) oder des zweiten Teil- strahls (92) um 90°;  Rotating a polarization of the first partial beam (90) or the second partial beam (92) by 90 °;
- Vereinigen des zweiten Teilstrahls (92) und eines zweiten eintreffenden Laser¬ strahls (78) zu einem ersten vereinigten Laserstrahl (96); - combining the second partial beam (92) and a second incident laser beam ¬ (78) to a first combined laser beam (96);
Aufspalten des ersten vereinigten Laserstrahls (96) in einen dritten Teilstrahl (82) und einen vierten Teilstrahl (100), sodass ein Querschnitt des dritten Teilstrahls (82) einem ersten Abschnitt eines Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls (96) entspricht und ein Querschnitt des vierten Teilstrahls (100) einem zweiten Abschnitt des Querschnitts des ersten vereinigten Laserstrahls (96) entspricht, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander abweichen und wobei der zweite Teilstrahl (92) des ersten eintreffenden Laserstrahls (76) im Wesentlichen vollständig im dritten Teilstrahl (82) des ersten vereinigten Laserstrahls enthalten ist; - Drehen einer Polarisation des vierten Teilstrahls (100) um 90°; und  Splitting the first combined laser beam (96) into a third sub-beam (82) and a fourth sub-beam (100) such that a cross-section of the third sub-beam (82) corresponds to a first portion of a cross-section of the first merged laser beam (96) and a cross-section of the fourth Partial beam (100) corresponds to a second portion of the cross section of the first combined laser beam (96), wherein the first portion and the second portion differ from each other and wherein the second partial beam (92) of the first incident laser beam (76) substantially completely in the third partial beam ( 82) of the first merged laser beam is included; - Turning a polarization of the fourth partial beam (100) by 90 °; and
Vereinigen des vierten Teilstrahls (100) und des ersten Teilstrahls (90) zu einem zweiten vereinigten Laserstrahl (80).  Combining the fourth sub-beam (100) and the first sub-beam (90) into a second merged laser beam (80).
PCT/EP2019/053374 2018-02-13 2019-02-12 Optical system for processing at least one incident laser beam WO2019158497A1 (en)

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