用于聚焦激光的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于聚焦激光的方法和设备。
【背景技术】
[0002]术语“光或激光辐射”不应局限于可见光的范围。更多的，术语“光或激光辐射”在本申请的范围中用于从FIR到XUV的所有波长范围内的电磁辐射。激光辐射或光的传播方向是指激光辐射或光的平均传播方向，尤其是在它们是非平面波或至少是部分发散的情况下。除非另外明确说明，否则激光束、光束、部分束或束并非指几何光学的理想化光束，而是真实的光束、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，其不具有无限小的、而是具有延长的光束横截面。Tophat分布或Tophat强度分布是指这样的强度分布，其至少关于一个方向可大致通过矩形函数(rect(x))来描述或者说具有平台。在此与矩形函数或倾斜侧面具有偏差的真实强度分布也可称为Tophat分布。
[0003]在现有技术中通过下述方式在工作平面中形成长的且相对窄的激光线:由激光光源、尤其是由具有多个沿第一方向(即所谓的慢轴方向)并排设置的发射器的激光二极管条发出的并且借助光学装置准直的激光通过高精度制造的柱面透镜装置偏转到工作平面中，从而在工作平面中生成焦点或图像。这种柱面透镜装置具有沿纵向方向平行于柱形轴线延伸的透镜顶点。为了在工作平面中获得精确定义的激光线，用于聚焦激光的柱面透镜装置必须沿纵向方向具有非常直的顶点延伸。因而长的、窄的且在此精确成像的激光线在很大程度上由所使用的柱面透镜装置的质量决定。透镜顶点区域中所谓的位置误差引起像差，这表现为波动的线宽。在现有技术中，如此精确的、用于在工作平面中产生精确的线状强度分布所需的柱面透镜装置的制造很成问题。
[0004]在图1中示出柱面透镜装置3，它包括两个沿X方向连接的、例如由材料锁合地彼此连接的柱面透镜元件构成的柱面透镜区段30、31。在理想情况下，透镜顶点应尽可能沿以附图标记M表示的线延伸，该线定义了柱面透镜装置3的外周面的中心线，以便由此在工作平面中获得精确的线状强度分布。显然，两个柱面透镜区段30、31的透镜顶点S1、S2在当前并非理想地沿线M延伸，而是具有偏差d。第一柱面透镜区段30和第二柱面透镜区段31的透镜顶点S1、S2在线M旁延伸，从而形成偏差d。在此应当指出，两个柱面透镜区段30、31的透镜顶点S1、S2之间的偏差d尺寸并未按比例绘制，而仅用于简单地以图示来说明。在传统的柱面透镜装置3中，偏差d通常小于0.5毫米。
[0005]当这种柱面透镜装置3现在用于聚焦具有Tophat角分布的准直激光束时，产生偏离“理想的”线形状的强度分布，如图2所示。在工作平面5中产生具有焦点位置误差的强度分布。已表明，穿过第一柱面透镜区段30的激光部分的强度Il和穿过第二柱面透镜区段31的激光部分的强度12具有垂直于X方向的偏差d’，工作平面5中强度Il和12的偏差d’等于两个柱面透镜区段30、31透镜顶点S1、S2的偏差d。例如当柱面透镜区段30、31具有偏差d = 0.2mm时，则工作平面5中强度I1、12的偏差d’也等于0.2mm。
[0006]顶点误差的问题在上面例如借助柱面透镜装置3来说明，在该柱面透镜装置中两个柱面透镜区段30、31由两个材料锁合地彼此连接的柱面透镜元件构成。但顶点误差的问题也可在一件式的柱面透镜装置3中出现，在其中透镜顶点S1、S2基于通常不能避免的制造误差不能理想地平行于柱形轴线直线延伸，而是也具有偏差d。
【发明内容】
[0007]现在，本发明的任务在于提供一种用于聚焦激光到工作平面中的方法和设备，其允许使用制造精度较低的柱面透镜装置或也可使用由多个柱面透镜元件组合成的柱面透镜装置，但仍可在工作平面中生成线状强度分布。
[0008]该任务通过具有权利要求1特征的用于聚焦激光的方法来解决。在设备方面，该任务通过具有权利要求5特征的用于聚焦激光的设备来解决。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。
[0009]在根据本发明的用于聚焦激光到工作平面中的方法中，激光通过偏转镜这样偏转，使得激光基本上平行于逆向反射器装置的光轴传播并且穿过(其透镜顶点具有偏差的)柱面透镜装置的第一透射区段并且随后被逆向反射器装置这样反射回，使得激光穿过柱面透镜装置的与第一透射区段不同的第二透射区段并且聚焦到工作平面中。根据本发明的方法可以以有利的方式实现柱面透镜装置透镜顶点偏差的补偿，使得尽管存在偏差仍可在工作平面中产生大致线状的强度分布。
[0010]在一种特别优选的实施方式中提出，这样在光路中移动逆向反射器装置的顶点线和/或柱面透镜装置的透镜顶点，使得能调节激光输入光束的角度和/或激光输出光束的角度。由此在将激光聚焦到工作平面中时可实现较高的灵活性。
[0011]在一种优选实施方式中提出，作为逆向反射器装置使用倒转棱镜。在一种替代实施方式中提出，作为逆向反射器装置可使用倒像镜。倒转棱镜或倒像镜的制造简单且成本低廉并且因此特别适合在本发明所提出的方法中用作逆向反射器装置。
[0012]根据权利要求5，所述用于聚焦激光到工作平面中的设备包括:
[0013]—偏转镜、
[0014]一柱面透镜装置，其透镜顶点具有偏差并且该柱面透镜装置具有第一透射区段和不同于第一透射区段的第二透射区段，以及
[0015]一逆向反射器装置，该逆向反射器装置具有光轴，
[0016]一所述偏转镜这样设置在设备的光路中，使得该偏转镜能在设备运行期间这样偏转激光，以致激光可基本上平行于逆向反射器装置的光轴传播并且可穿过柱面透镜装置的第一透射区段并且随后可被逆向反射器装置这样反射回，使得激光可穿过柱面透镜装置的第二透射区段并且聚焦到工作平面中。根据本发明的设备可以以有利的方式实现柱面透镜装置透镜顶点偏差的补偿，从而尽管存在偏差仍可在工作平面中产生大致线状的强度分布。通过在激光光源和柱面透镜装置之间设置偏转镜，可将激光输入光束在偏转镜上的入射点与激光在第一次穿过柱面透镜装置以及穿过逆向反射器装置之后的输出光束分开，因为柱面透镜装置不垂直于入射到逆向反射器装置上的激光输入光束定向。
[0017]因此，根据本发明的方法和根据本发明的设备的基本思想在于，激光光源的激光不直接穿过构成聚焦透镜的柱面透镜射到工作平面上，而是设置逆向反射器装置，该逆向反射器装置可以以有利的方式这样校正透镜顶点的位置误差，使得对于射到柱面透镜装置上的光束而言透镜顶点S1、S2的偏差仅引起在工作平面中成像的激光束的最小偏差。该“误差”表现为在工作平面5的成像中产生的角度，但该角度在典型应用中通常远没有波动的线宽严重。
[0018]在一种优选实施方式中提出，逆向反射器装置构造为具有第一光偏转面和第二光偏转面的倒转棱镜。在两个光偏转面的每个上激光根据全内反射的物理原理分别偏转90°角。因此射到倒转棱镜上的激光总体上偏转180°。在倒转棱镜之前和之后激光基本上平行于倒转棱镜的光轴传播。可选地，倒转棱镜的光偏转面也可构造成反射的。
[0019]在一种特别有利的实施方式中提出，在倒转棱镜的第一光偏转面和第二光偏转面之间构成顶点线并且所述设备具有用于移动顶点线的装置。通过移动倒转棱镜的顶点线(和因此倒转棱镜本身)可有利地调节激光输入光束和输出光束的角度关系。
[0020]在一种替代实施方式中可规定，所述逆向反射器装置构造为具有第一镜面和第二镜面的倒像镜。在两个镜面的每个上激光分别偏转90°角，因此射到倒像镜上的激光总体上偏转180°。在倒像镜之前和之后激光基本上平行于倒像镜的光轴传播。
[0021]在一种有利的实施方式中，在倒像镜的第一光偏转面和第二光偏转面之间构成顶点线并且所述设备具有用于移动顶点线的装置。通过移动倒像镜的顶点线(和因此倒像镜本身)可有利地调节激光输入光束和输出光束的角度关系。
[0022]在另一种特别有利的实施方式中可规定，所述设备具有用于移动柱面透镜装置的透镜顶点的装置。通过移动柱面透镜装置的透镜顶点(和因此柱面透镜装置本身)可有利地进一步调节激光输入光束和输出光束的角度关系。
【附图说明】
[0023]本发明的其它特征和优点参考下述附图借助优选实施例说明给出。
[0024]附图如下:
[0025]图1为具有顶点误差的柱面透镜装置的俯视图；
[0026]图2为借助根据图1的柱面透镜装置聚焦到工作平面中的激光的强度分布示意图；
[0027]图3为根据本发明第一种实施例构造的用于聚焦激光的设备的示意图；
[0028]图4为根据本发明第二种实施例构造的用于聚焦激光的设备的示意图；
[0029]图5为借助根据图3或4的设备聚焦于工作平面中的激光的强度分布示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面参照图3至5详细说明本发明的两种实施例。在此为了简化下述说明，在图3和4中示出二维笛卡尔坐标系，其定义彼此垂直的y和z方向。X方向垂直于y和z方向延伸到图平面中。
[0031]图3示出一种用于聚焦激光I的设备，该设备根据本发明的第一种实施例构造。入射到设备上的激光I由在此出于简化原因未详细示出的激光光源、尤其是由具有多个沿第一方向(即所谓的慢轴方向)彼此间隔开地并排设置的发射器的