用于聚焦激光的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于聚焦激光的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]術(shù)語(yǔ)“光或激光輻射”不應(yīng)局限于可見(jiàn)光的范圍。更多的，術(shù)語(yǔ)“光或激光輻射”在本申請(qǐng)的范圍中用于從FIR到XUV的所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。激光輻射或光的傳播方向是指激光輻射或光的平均傳播方向，尤其是在它們是非平面波或至少是部分發(fā)散的情況下。除非另外明確說(shuō)明，否則激光束、光束、部分束或束并非指幾何光學(xué)的理想化光束，而是真實(shí)的光束、如具有高斯分布或改性高斯分布、如超高斯分布或Tophat分布的激光束，其不具有無(wú)限小的、而是具有延長(zhǎng)的光束橫截面。Tophat分布或Tophat強(qiáng)度分布是指這樣的強(qiáng)度分布，其至少關(guān)于一個(gè)方向可大致通過(guò)矩形函數(shù)(rect(x))來(lái)描述或者說(shuō)具有平臺(tái)。在此與矩形函數(shù)或傾斜側(cè)面具有偏差的真實(shí)強(qiáng)度分布也可稱為T(mén)ophat分布。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)下述方式在工作平面中形成長(zhǎng)的且相對(duì)窄的激光線:由激光光源、尤其是由具有多個(gè)沿第一方向(即所謂的慢軸方向)并排設(shè)置的發(fā)射器的激光二極管條發(fā)出的并且借助光學(xué)裝置準(zhǔn)直的激光通過(guò)高精度制造的柱面透鏡裝置偏轉(zhuǎn)到工作平面中，從而在工作平面中生成焦點(diǎn)或圖像。這種柱面透鏡裝置具有沿縱向方向平行于柱形軸線延伸的透鏡頂點(diǎn)。為了在工作平面中獲得精確定義的激光線，用于聚焦激光的柱面透鏡裝置必須沿縱向方向具有非常直的頂點(diǎn)延伸。因而長(zhǎng)的、窄的且在此精確成像的激光線在很大程度上由所使用的柱面透鏡裝置的質(zhì)量決定。透鏡頂點(diǎn)區(qū)域中所謂的位置誤差引起像差，這表現(xiàn)為波動(dòng)的線寬。在現(xiàn)有技術(shù)中，如此精確的、用于在工作平面中產(chǎn)生精確的線狀強(qiáng)度分布所需的柱面透鏡裝置的制造很成問(wèn)題。
[0004]在圖1中示出柱面透鏡裝置3，它包括兩個(gè)沿X方向連接的、例如由材料鎖合地彼此連接的柱面透鏡元件構(gòu)成的柱面透鏡區(qū)段30、31。在理想情況下，透鏡頂點(diǎn)應(yīng)盡可能沿以附圖標(biāo)記M表示的線延伸，該線定義了柱面透鏡裝置3的外周面的中心線，以便由此在工作平面中獲得精確的線狀強(qiáng)度分布。顯然，兩個(gè)柱面透鏡區(qū)段30、31的透鏡頂點(diǎn)S1、S2在當(dāng)前并非理想地沿線M延伸，而是具有偏差d。第一柱面透鏡區(qū)段30和第二柱面透鏡區(qū)段31的透鏡頂點(diǎn)S1、S2在線M旁延伸，從而形成偏差d。在此應(yīng)當(dāng)指出，兩個(gè)柱面透鏡區(qū)段30、31的透鏡頂點(diǎn)S1、S2之間的偏差d尺寸并未按比例繪制，而僅用于簡(jiǎn)單地以圖示來(lái)說(shuō)明。在傳統(tǒng)的柱面透鏡裝置3中，偏差d通常小于0.5毫米。
[0005]當(dāng)這種柱面透鏡裝置3現(xiàn)在用于聚焦具有Tophat角分布的準(zhǔn)直激光束時(shí)，產(chǎn)生偏離“理想的”線形狀的強(qiáng)度分布，如圖2所示。在工作平面5中產(chǎn)生具有焦點(diǎn)位置誤差的強(qiáng)度分布。已表明，穿過(guò)第一柱面透鏡區(qū)段30的激光部分的強(qiáng)度Il和穿過(guò)第二柱面透鏡區(qū)段31的激光部分的強(qiáng)度12具有垂直于X方向的偏差d’，工作平面5中強(qiáng)度Il和12的偏差d’等于兩個(gè)柱面透鏡區(qū)段30、31透鏡頂點(diǎn)S1、S2的偏差d。例如當(dāng)柱面透鏡區(qū)段30、31具有偏差d = 0.2mm時(shí)，則工作平面5中強(qiáng)度I1、12的偏差d’也等于0.2mm。
[0006]頂點(diǎn)誤差的問(wèn)題在上面例如借助柱面透鏡裝置3來(lái)說(shuō)明，在該柱面透鏡裝置中兩個(gè)柱面透鏡區(qū)段30、31由兩個(gè)材料鎖合地彼此連接的柱面透鏡元件構(gòu)成。但頂點(diǎn)誤差的問(wèn)題也可在一件式的柱面透鏡裝置3中出現(xiàn)，在其中透鏡頂點(diǎn)S1、S2基于通常不能避免的制造誤差不能理想地平行于柱形軸線直線延伸，而是也具有偏差d。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]現(xiàn)在，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于聚焦激光到工作平面中的方法和設(shè)備，其允許使用制造精度較低的柱面透鏡裝置或也可使用由多個(gè)柱面透鏡元件組合成的柱面透鏡裝置，但仍可在工作平面中生成線狀強(qiáng)度分布。
[0008]該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的用于聚焦激光的方法來(lái)解決。在設(shè)備方面，該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求5特征的用于聚焦激光的設(shè)備來(lái)解決。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利擴(kuò)展方案。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的用于聚焦激光到工作平面中的方法中，激光通過(guò)偏轉(zhuǎn)鏡這樣偏轉(zhuǎn)，使得激光基本上平行于逆向反射器裝置的光軸傳播并且穿過(guò)(其透鏡頂點(diǎn)具有偏差的)柱面透鏡裝置的第一透射區(qū)段并且隨后被逆向反射器裝置這樣反射回，使得激光穿過(guò)柱面透鏡裝置的與第一透射區(qū)段不同的第二透射區(qū)段并且聚焦到工作平面中。根據(jù)本發(fā)明的方法可以以有利的方式實(shí)現(xiàn)柱面透鏡裝置透鏡頂點(diǎn)偏差的補(bǔ)償，使得盡管存在偏差仍可在工作平面中產(chǎn)生大致線狀的強(qiáng)度分布。
[0010]在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中提出，這樣在光路中移動(dòng)逆向反射器裝置的頂點(diǎn)線和/或柱面透鏡裝置的透鏡頂點(diǎn)，使得能調(diào)節(jié)激光輸入光束的角度和/或激光輸出光束的角度。由此在將激光聚焦到工作平面中時(shí)可實(shí)現(xiàn)較高的靈活性。
[0011]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中提出，作為逆向反射器裝置使用倒轉(zhuǎn)棱鏡。在一種替代實(shí)施方式中提出，作為逆向反射器裝置可使用倒像鏡。倒轉(zhuǎn)棱鏡或倒像鏡的制造簡(jiǎn)單且成本低廉并且因此特別適合在本發(fā)明所提出的方法中用作逆向反射器裝置。
[0012]根據(jù)權(quán)利要求5，所述用于聚焦激光到工作平面中的設(shè)備包括:
[0013]—偏轉(zhuǎn)鏡、
[0014]一柱面透鏡裝置，其透鏡頂點(diǎn)具有偏差并且該柱面透鏡裝置具有第一透射區(qū)段和不同于第一透射區(qū)段的第二透射區(qū)段，以及
[0015]一逆向反射器裝置，該逆向反射器裝置具有光軸，
[0016]一所述偏轉(zhuǎn)鏡這樣設(shè)置在設(shè)備的光路中，使得該偏轉(zhuǎn)鏡能在設(shè)備運(yùn)行期間這樣偏轉(zhuǎn)激光，以致激光可基本上平行于逆向反射器裝置的光軸傳播并且可穿過(guò)柱面透鏡裝置的第一透射區(qū)段并且隨后可被逆向反射器裝置這樣反射回，使得激光可穿過(guò)柱面透鏡裝置的第二透射區(qū)段并且聚焦到工作平面中。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以以有利的方式實(shí)現(xiàn)柱面透鏡裝置透鏡頂點(diǎn)偏差的補(bǔ)償，從而盡管存在偏差仍可在工作平面中產(chǎn)生大致線狀的強(qiáng)度分布。通過(guò)在激光光源和柱面透鏡裝置之間設(shè)置偏轉(zhuǎn)鏡，可將激光輸入光束在偏轉(zhuǎn)鏡上的入射點(diǎn)與激光在第一次穿過(guò)柱面透鏡裝置以及穿過(guò)逆向反射器裝置之后的輸出光束分開(kāi)，因?yàn)橹嫱哥R裝置不垂直于入射到逆向反射器裝置上的激光輸入光束定向。
[0017]因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的基本思想在于，激光光源的激光不直接穿過(guò)構(gòu)成聚焦透鏡的柱面透鏡射到工作平面上，而是設(shè)置逆向反射器裝置，該逆向反射器裝置可以以有利的方式這樣校正透鏡頂點(diǎn)的位置誤差，使得對(duì)于射到柱面透鏡裝置上的光束而言透鏡頂點(diǎn)S1、S2的偏差僅引起在工作平面中成像的激光束的最小偏差。該“誤差”表現(xiàn)為在工作平面5的成像中產(chǎn)生的角度，但該角度在典型應(yīng)用中通常遠(yuǎn)沒(méi)有波動(dòng)的線寬嚴(yán)重。
[0018]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中提出，逆向反射器裝置構(gòu)造為具有第一光偏轉(zhuǎn)面和第二光偏轉(zhuǎn)面的倒轉(zhuǎn)棱鏡。在兩個(gè)光偏轉(zhuǎn)面的每個(gè)上激光根據(jù)全內(nèi)反射的物理原理分別偏轉(zhuǎn)90°角。因此射到倒轉(zhuǎn)棱鏡上的激光總體上偏轉(zhuǎn)180°。在倒轉(zhuǎn)棱鏡之前和之后激光基本上平行于倒轉(zhuǎn)棱鏡的光軸傳播?？蛇x地，倒轉(zhuǎn)棱鏡的光偏轉(zhuǎn)面也可構(gòu)造成反射的。
[0019]在一種特別有利的實(shí)施方式中提出，在倒轉(zhuǎn)棱鏡的第一光偏轉(zhuǎn)面和第二光偏轉(zhuǎn)面之間構(gòu)成頂點(diǎn)線并且所述設(shè)備具有用于移動(dòng)頂點(diǎn)線的裝置。通過(guò)移動(dòng)倒轉(zhuǎn)棱鏡的頂點(diǎn)線(和因此倒轉(zhuǎn)棱鏡本身)可有利地調(diào)節(jié)激光輸入光束和輸出光束的角度關(guān)系。
[0020]在一種替代實(shí)施方式中可規(guī)定，所述逆向反射器裝置構(gòu)造為具有第一鏡面和第二鏡面的倒像鏡。在兩個(gè)鏡面的每個(gè)上激光分別偏轉(zhuǎn)90°角，因此射到倒像鏡上的激光總體上偏轉(zhuǎn)180°。在倒像鏡之前和之后激光基本上平行于倒像鏡的光軸傳播。
[0021]在一種有利的實(shí)施方式中，在倒像鏡的第一光偏轉(zhuǎn)面和第二光偏轉(zhuǎn)面之間構(gòu)成頂點(diǎn)線并且所述設(shè)備具有用于移動(dòng)頂點(diǎn)線的裝置。通過(guò)移動(dòng)倒像鏡的頂點(diǎn)線(和因此倒像鏡本身)可有利地調(diào)節(jié)激光輸入光束和輸出光束的角度關(guān)系。
[0022]在另一種特別有利的實(shí)施方式中可規(guī)定，所述設(shè)備具有用于移動(dòng)柱面透鏡裝置的透鏡頂點(diǎn)的裝置。通過(guò)移動(dòng)柱面透鏡裝置的透鏡頂點(diǎn)(和因此柱面透鏡裝置本身)可有利地進(jìn)一步調(diào)節(jié)激光輸入光束和輸出光束的角度關(guān)系。
【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)參考下述附圖借助優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明給出。
[0024]附圖如下:
[0025]圖1為具有頂點(diǎn)誤差的柱面透鏡裝置的俯視圖；
[0026]圖2為借助根據(jù)圖1的柱面透鏡裝置聚焦到工作平面中的激光的強(qiáng)度分布示意圖；
[0027]圖3為根據(jù)本發(fā)明第一種實(shí)施例構(gòu)造的用于聚焦激光的設(shè)備的示意圖；
[0028]圖4為根據(jù)本發(fā)明第二種實(shí)施例構(gòu)造的用于聚焦激光的設(shè)備的示意圖；
[0029]圖5為借助根據(jù)圖3或4的設(shè)備聚焦于工作平面中的激光的強(qiáng)度分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面參照?qǐng)D3至5詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的兩種實(shí)施例。在此為了簡(jiǎn)化下述說(shuō)明，在圖3和4中示出二維笛卡爾坐標(biāo)系，其定義彼此垂直的y和z方向。X方向垂直于y和z方向延伸到圖平面中。
[0031]圖3示出一種用于聚焦激光I的設(shè)備，該設(shè)備根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施例構(gòu)造。入射到設(shè)備上的激光I由在此出于簡(jiǎn)化原因未詳細(xì)示出的激光光源、尤其是由具有多個(gè)沿第一方向(即所謂的慢軸方向)彼此間隔開(kāi)地并排設(shè)置的發(fā)射器的