射束成形设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种射束成形设备，包括：能发射激光辐射(39)的至少一个被构造为半导体激光器(38)的激光源，所述激光辐射(39)在快轴方向(Y)上具有的扩散度比慢轴方向(X)上的大，能够至少部分地对所述激光辐射在快轴方向(Y)上的扩散度进行准直的光学功能准直界面(40)，具有至少一个光学功能转换界面(41，42，43)的光学装置，其中所述激光辐射(39)的至少一个子束能够穿过所述光学功能转换界面，使得所述激光辐射(39)至少部分地在工作面(7)中具有的强度分布(8)至少对于一个方向(Y)对应于平顶分布，其中，所述光学功能准直界面(40)和所述光学功能转换界面(41，42，43)被集成到一个部件(35，36，37)中。
【专利说明】射束成形设备
[0001]本申请是名称为“射束成形设备和方法”、国际申请日为2009年6月5日、国际申请号为PCT/EP2009/004077、国家申请号为200980127880.6的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种射束成形设备。
【背景技术】
[0003]定义:在激光福射的传播方向上意味着激光福射的中间传播方向，尤其是如果其不是平面波或者至少部分发散的情况下。除了明确地相反指出之外，激光束、光束、子束或射束并不表示几何光学的理想化的射束，而是指实际的光束，如例如具有高斯轮廓或修改后的高斯轮廓的激光束，其并不具有无限小的射束横截面，而是具有延展的射束横截面。平顶(Top-Hat)分布或平顶强度分布或平顶轮廓是指这样一种强度分布，即至该强度分布至少对于一个方向基本上可以由矩形函数(rectOO)来描述。其中，在百分比范围中偏离矩形函数的或具有倾斜边沿的实际强度分布同样应当被称为平顶分布或平顶轮廓。
[0004]W02007/140969A1中公开了一种射束成形装置。通过在那里所描述的装置，可以在工作面中获得窄的、线形的并且相对均匀的强度分布。存在要求非常紧凑并且非常均匀的线的应用，例如用于制造纯平显示器或太阳能电池的硅层的再结晶。这对于根据所述现有技术已知的装置而言只有以非常大的仪器开销才是可能的。
[0005]同样已知一种射束成形设备。例如，利用鲍威尔棱镜，半导体激光器的由快轴准直透镜准直后的激光束可以通过使用傅立叶透镜而在工作面中产生对应于平顶分布的强度分布。其中，鲍威尔棱镜和快轴准直透镜都必须单独地校准并且分别双面涂膜。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的一个问题是提供一种设备，利用该设备可以以更少的开销产生更均匀的和/或更紧凑的强度分布。此外，本发明要解决的一个问题是提供一种设备，其能够更经济和/或更简单地校准。而且，本发明要解决的一个问题是提供一种射束成形方法，利用该方法可以以更小的开销生成更均匀和/或更紧凑的强度分布。
[0007]根据本发明，所述设备包括至少两个激光源，其激光辐射可以由光学装置至少部分地叠加，其中激光辐射至少对于垂直于传播方向的方向是单模激光辐射。其中，光学装置可以是不仅折射的、而且衍射的光学装置或者具有反射镜。其中，叠加还提高了已经非常稳定的单模激光源的稳定性，因为各个激光源的波动通过叠加而被平均了。此外，通过使用多个单模激光源，还可以更简单地调整工作面中强度分布的功率，例如通过添加或移除一个或多个激光源。
[0008]其中存在这样的可能性，即光学装置具有至少一个光学功能转换界面，其中激光辐射的至少一个子束可以穿过该光学功能转换界面，使得激光辐射至少部分地在工作面中具有至少对于一个方向对应于平顶分布的强度分布。这样的转换界面例如可以被构造为鲍威尔棱镜或者是鲍威尔棱镜的一部分。
[0009]其中，可以为激光源中每一个的激光辐射分配这些转换界面之一，其中转换界面可以设置为阵列。由此，这些激光源中每一个的激光辐射可以单独地被转换为平顶角度分布。通过这些平顶角度分布的叠加在工作面中生成非常均匀的强度分布。
[0010]此外还可以规定,光学装置包括傅立叶排列(Fourieranordnung)的透镜装置,这些透镜装置可以叠加该至少两个激光源的激光辐射，其中透镜装置尤其地在要影响的激光辐射的传播方向上被设置在该至少一个转换界面之后。通过透镜装置对工作面中的各个单模激光辐射进行叠加，同时，平顶角度分布被转换为平顶强度分布。傅立叶排列的透镜装置因此有助于提闻均勻性。
[0011]存在这样的可能性，即这些激光源具有不同的波长和/或不同的激光器类型。由此，可以有针对性地影响强度分布的谱组合。
[0012]可以规定，该至少一个转换界面非对称地构造。由此可以对傅立叶排列的透镜装置的成像误差进行校正。对于相应非对称地布置该至少一个转换界面的情况，透镜装置的叠加功能也可以集成到该至少一个转换界面中，从而可以不需要透镜装置。
[0013]此外还可以规定，至少两个转换界面在要影响的激光辐射的传播方向上一个接一个地被设置。由此可以提供其中可以使用非常大的角度范围的具有非常大的数值孔径的转换光学元件。
[0014]根据本发明，提出一种射束成形设备，包括:
[0015]能发射激光辐射的至少一个被构造为半导体激光器的激光源，所述激光辐射在快轴方向上具有的扩散度比慢轴方向上的大，
[0016]能够至少部分地对所述激光辐射在快轴方向上的扩散度进行准直的光学功能准直界面，
[0017]具有至少一个光学功能转换界面的光学装置，其中所述激光辐射的至少一个子束能够穿过所述光学功能转换界面，使得所述激光辐射至少部分地在工作面中具有的强度分布至少对于一个方向对应于平顶分布，
[0018]其特征在于，所述光学功能准直界面和所述光学功能转换界面被集成到一个部件中。例如，其中该部件可以是具有第一表面和第二表面的透镜，其中第一表面对应于光学功能准直界面，第二表面对应于光学功能转换界面。通过这样的设计，可以显著地降低设备的制造成本以及校准成本。
[0019]根据本发明的方法的特征在于以下方法步骤:
[0020]-分别至少对于与传播方向垂直的第一方向而言是单模激光辐射的发自至少一个第一激光源和至少一个第二激光源的激光辐射相互分开地被转换，使得这两个激光辐射在转换之后至少对于第一方向而言具有平顶角度分布，
[0021]-这两个激光辐射至少部分地叠加，使得叠加的激光辐射在工作面中具有至少对于第一方向而言至少部分地对应于平顶强度分布的强度分布。
[0022]通过分开地转换单模激光辐射以及其随后的叠加，可以获得明显更均匀的强度分布，例如非常均匀的线形的强度分布。
【专利附图】
【附图说明】[0023]借助于以下参考附图对优选实施例的描述可以清楚地了解本发明的其他特征和优点。在附图中:
[0024]图1示出了根据本发明的设备的第一实施方式的示意性俯视图；
[0025]图2示出了根据本发明的设备的第二实施方式的示意性俯视图；
[0026]图3示出了根据本发明的设备的第三实施方式的示意性俯视图；
[0027]图4a示出了根据本发明的设备的第四实施方式的示意性俯视图；
[0028]图4b示出了根据图4a的实施方式的示意性侧视图；
[0029]图5a示出了根据本发明的设备的第五实施方式的示意性侧视图；
[0030]图5b示出了根据图5a的实施方式的示意性俯视图；
[0031]图6a示出了根据本发明的设备的第六实施方式的示意性俯视图；
[0032]图6b示出了根据图6a的实施方式的示意性侧视图；
[0033]图7示出了根据本发明的设备的第七实施方式的示意性侧视图；
[0034]图8示出了根据本发明的设备的第八实施方式的示意性侧视图；
[0035]图9示出了根据本发明的设备的第九实施方式的示意性侧视图。
[0036]在一些附图中，为了更清楚，绘制了笛卡尔坐标。相同的或功能相同的部件在不同的附图中具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0037]根据本发明的设备的图1中所示的实施方式包括三个激光源la、lb、lc，从这些激光源发出激光辐射2a、2b、2c。激光源la、lb、lc可以是一个激光二极管阵(Laserdiodenbarren)的在X方向上或慢轴方向上并排设置的发射器。对于慢轴方向，激光辐射2a、2b、2c中每一个都是单模激光辐射。
[0038]此外，设备具有阵列3，该阵列3在激光辐射2a、2b、2c的传播方向Z上设置在激光源la、IbUc之后。阵列3在其入射侧具有多个凸起的界面4a、4b、4c，这些凸起的界面用作为用于激光福射2a、2b、2c的慢轴准直透镜。其中，激光源la、lb、Ic之一的激光福射2a、2b,2c分别入射到凸起的界面4a、4b、4c之一中。阵列3在其出射侧具有多个并排设置的光学功能转换界面5a、5b、5c。转换界面5a、5b、5c用于对于慢轴方向或对于X方向将激光辐射2a、2b、2c高斯形状的强度轮廓转换为平顶角度分布，如在下面还要详细介绍的那样。
[0039]在激光辐射2a、2b、2c的传播方向上，在阵列3之后设置傅立叶排列的透镜装置6。透镜装置6例如可以是球形或变形的聚光透镜。透镜装置6被构造为单透镜，但是也可以由多个单透镜构成。
[0040]由于平顶角度分布，转换界面5a、5b、5c不必设置在透镜装置6的输入侧焦平面中。工作面7位于在透镜装置6的输出侧焦平面中，在工作面7中通过叠加从三个激光源IaUbUc发出的激光辐射2a、2b、2c而产生线形的强度分布8。该线形的强度分布8在线形强度分布8延伸的方向X上具有平顶分布，该平顶分布通过平顶角度分布的傅立叶变化产生，平顶角度分布由各个转换界面5a、5b、5c产生。
[0041]如果激光辐射2a、2b、2c中每一个对于Y方向也是单模激光辐射,则激光辐射对于Y方向而言可以更好地聚焦到线形的强度分布8。这意味着能产生更小的线宽或更大的焦深。此外还可以有针对性地影响聚焦。[0042]在图1中，或对应于其他附图中的一些附图，只示出了三个激光源la、lb、lc以及三个转换界面5a、5b、5c。这仅仅是为了说明的目的。显然可以设置不止三个激光源la、Ib、Ic以及相应地设置不止三个转换界面5a、5b、5c。
[0043]转换界面5a、5b、5c中每一个的宽度在X方向上可以对应于相应激光辐射2a、2b、2c的射束直径(FW.Ι/e2)的两到三倍。存在这样的可能性，即各个转换界面5a、5b、5c在X方向上相互间隔开。其中，设置在各个转换界面5a、5b、5c之间的过渡区可以被构造为是平坦的或非常陡峭的，其结构尤其可以被选择为使得穿过过渡区的激光例如到达透镜装置6并且在任何情况下都不参与线形的强度分布8。
[0044]通过对于X方向具有平顶角度分布的三个激光源la、lb、lc的单模激光福射的叠加，在X方向上或在线形强度分布的延伸方向上产生大的均匀高兴，该均匀性例如可以只具有〈2 %的偏差P-V (峰-谷)。
[0045]转换界面5a、5b、5c中每一个例如可以是所谓的鲍威尔棱镜。
[0046]—般来说，导致从高斯轮廓到平顶轮廓的转换的转换界面5a、5b、5c在其功能上可以基于相移法。
[0047]为此，采用具有已知参数(射束直径，扩散度)的理想高斯射束作为用于光学元件或转换界面的输入参数。在迭代方法中，为光学元件或转换界面的设计生成空间上适配的相移9，6相移将激光轮廓的原始高斯形状转换为目标面中的平顶强度分布。
[0048]在数学上，该任务以迭代过程通过将以下给出的函数R(在这里在无量纲的表达式中)被解决:
[0049]
【权利要求】
1.一种射束成形设备，包括: 能发射激光辐射(39)的至少一个被构造为半导体激光器(38)的激光源，所述激光辐射(39)在快轴方向(Y)上具有的扩散度比慢轴方向(X)上的大， 能够至少部分地对所述激光辐射在快轴方向(Y)上的扩散度进行准直的光学功能准直界面(40)， 具有至少一个光学功能转换界面(41，42，43)的光学装置，其中所述激光辐射(39)的至少一个子束能够穿过所述光学功能转换界面，使得所述激光辐射(39)至少部分地在工作面(7)中具有的强度分布(8) 至少对于一个方向(Y)对应于平顶分布， 其特征在于，所述光学功能准直界面(40)和所述光学功能转换界面(41，42，43)被集成到一个部件(35，36，37)中。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述部件(35，36，37)是具有第一表面和第二表面的透镜，其中所述第一表面对应于所述光学功能准直界面(40)，所述第二表面对应于所述光学功能转换界面(41，42，43)。
【文档编号】H01S3/00GK104020568SQ201410299499
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2009年6月5日 优先权日:2008年6月6日
【发明者】T·米特拉, L·阿斯克, D·巴托谢韦斯基 申请人:Limo专利管理有限及两合公司