一种光学设备及准分子激光退火系统的制作方法

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光学设备及准分子激光退火系统。

背景技术：

现阶段具有光源和光学系统组合的光学设备大量应用于各个领域。尤其是激光设备都需要通过光学系统对激光源的发射光束进行调制之后再应用。在许多可能存在的情况中，激光束并不是直接作用到需要进行激光处理的物质上，可能还要经过其它的透明介质才能入射到待处理的物质上。

然而在这样的设置方式下，光线在经过光学系统向外界出射时都需要先经过透明介质，透明介质无疑会对出射的光线具有一定的衰减作用。例如准分子激光退为设备中的退火窗(Annealing window)通常为密封退火腔的平面镜，该退火窗对腔体氮气氛围进行较好的密封，也能防止粉尘颗粒进入腔体，但是激光在经过退火窗之后，最终光路输出光源能量比激光器发出的光源能量衰减了20％-35％。这样不仅浪费光源能量，也降低了光源的稳定性，同时，杂乱的反射光经过光学系统反复折射和反射干扰了光学系统正常光传输。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种光学设备及准分子激光退火系统，用以降低工作腔的透明窗口对出射光线的衰减。

第一方面，本发明实施例提供的一种光学设备，包括：光源，与所述光源相隔设定距离的透明窗口，以及设置在所述光源与所述透明窗口之间的光学系统；其中，

所述透明窗口被构造成使得所述光源的出射光经过所述光学系统后垂直入射至所述透明窗口。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述透明窗口为弧面结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述光源的出射光经过所述光学系统后为会聚的光线；

所述透明窗口为向所述光学系统一侧凹陷的弧面结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述光源的出射光经过所述光学系统后为发散的光线；

所述透明窗口为向背离所述光学系统一侧凸起的弧面结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述透明窗口的厚度均匀。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述透明窗口入光面的表面设有增透膜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述光源与所述光学系统均设置在具有所述透明窗口的封闭的工作腔内。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述光学设备为准分子激光退火设备；

所述光源为激光源，所述透明窗口为退火窗口。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述光学系统中距离所述退火窗口距离最近的光学部件为会聚透镜组；

所述退火窗口为向所述会聚透镜组一侧凹陷的弧面结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述会聚透镜组与所述退火窗口之间的距离小于所述会聚透镜组的焦距。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述光学设备中，所述退火窗口的曲率为0.015-0.02。

第二方面，本发明实施例提供一种准分子激光退火系统，包括上述任一光学设备。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的光学设备及准分子激光退火系统，包括光源，与光源相隔设定距离的透明窗口，以及设置在光源与透明窗口之间的光学系统；其中，透明窗口被构造成使得光源的出射光经过光学系统后垂直入射至透明窗口。由于光源的出射光在经过光学系统后垂直入射至透明窗口，因此由透明窗口反射回光学系统的反射光可以按入射光的反方向原路返回，从而使得反射光在经过光源和/或光学系统中的光学镜片的反射后重新向透明窗口出射的光线的传播方向与原出射光线相同，由此可将透明窗口的反射光重新作为出射光线，提高了最终到达透明窗口的光线的能量密度，有效降低了透明窗口对光源能量的衰减，节省能源。

附图说明

图1为现有技术中的光学设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光学设备的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的光学设备的结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的光学设备的结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的光学设备的结构示意图之四；

图6为本发明实施例提供的会聚透镜组的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的准分子激光退火设备的光路图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种光学设备及准分子激光退火系统，用以降低透明窗口对出射光线的衰减。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的光学设备的结构图1所示，通常包括：光源11以及对光源11的出射光进行调制的光学系统12，经过调制的光由透明窗口13向外出射，作用到其它介质。由图1可以看出，现有技术中的光学设备的透明窗口13为一透明的平面镜，最终入射到透明窗口13表面的光线a的入射角不确定，而在平面镜的表面不可避免地会发生光反射形成反射光b，该反射光b遵循反射定律会重新向光学系统方向出射，也就使得透明窗口13对出射的光线具有一定的衰减作用。光学系统12通常是由多个透镜组成的，在这些透镜的作用下，反射光b还会在被各透镜作用从而发生许多次的反射以及折射，由于其入射角并不确定，因此反射或折射后的出射光的方向亦不确定，这将扰乱光学系统的正常工作光线，作为杂散光破坏光源以及光学系统的稳定性。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学设备，如图2所示，包括：光源21，与光源相隔设定距离的透明窗口23，以及设置在光源21与透明窗口23之间的光学系统22。

其中，透明窗口23被构造成使得光源21的出射光经过光学系统22后垂直入射至透明窗口23。

在实际应用中，如图3所示，通常将光源21和光学系统22设置在具有透明窗口23的封闭的工作腔20内部。以使光源21和光学系统22与外界环境阻隔，避免被外界环境中的气体和灰尘污染。

在本发明实施例提供的上述光学设备中，将透明窗口设置为与入射其表面的光线相互垂直的结构，根据光线的反射定律以及光路可逆原理可知，垂直入射到透明窗口表面的光线的反射光线按原路返回，这样再经过光学系统和/或光源中的光学镜片的反射之后，这部分反射光可以作为新的出射光向透明窗口出射，且出射光的传播方向与原出射光的传播方向相同。由此可将透明窗口的反射光重新作为出射光线，提高了最终到达透明窗口的光线的能量密度，有效降低了透明窗口对光源能量的衰减，节省能源。

作为一种优选的实施方式，如图3和图4所示，可将透明窗口23设置为与入射到该透明窗口表面的各入射光线呈90度的弧面结构。经过上述设置，可以使入射到透明窗口23上的入射光线的反射光都能够原路返回，再经过光学系统和/或光源的反射之后重新向透明窗口出射，最大程度地降低透明窗口对光线的衰减作用。

在实际应用中，经过光学系统22作用后的光线通常存在会聚和发散两种形态，相应地，本发明实施例提供的透明窗口23的弧面结构需要与光线形态相匹配。

具体来说，如图3所示，在光源21的出射光经过光学系统22后为会聚的光线时，透明窗口23可设置为向光学系统一侧(即向工作腔内部)凹陷的弧面结构。

如图4所示，在光源21的出射光经过光学系统22后为发散的光线时，透明窗口23可设置为向背离光学系统一侧(即向工作腔外部)凸起的弧面结构。

本发明实施例提供的上述光学设备中将透明窗口设备为弧面结构，是为了使入射到透明窗口的光线与弧面结构入光表面基本均呈90度，从而反射光线可以按原路返回。因此，在光线经过光学系统22后为会聚的光线时，透明窗口23应设置为弯曲趋势向工作腔内部凹陷的弧面结构；相同地，在光线经过光学系统22后为发散的光线时，透明窗口23应设置为弯曲趋势向工作腔外部凸起的弧面结构。而在实际应用中，透明窗口23根据入射光各光线的入射角度，可以设置为球面的曲面结构，也可以设置为非球面的曲面结构，在此不做限定。

进一步地，在本发明实施例提供的上述光学设备中，透明窗口23各部分的厚度均匀。由于光学系统22的作用是对光源21所出射的光线进行调制，且光学系统22中各透镜的设置是针对光源21出射光线所既定的，且光线在经过光学系统22后已被调整到最佳状态，那么透明窗口23应不再对光线有其它的偏折作用，因此，在本发明实施例提供的上述光学设备中，将具有弧面结构的透明窗口23的各部分的厚度均匀设置，使得透明窗口不会具有类似透镜的作用对光线再进行偏折的作用，且在实际应用中厚度均匀的弧面镜也更容易制作。

作为一种优选的实施方式，在本发明实施例提供的上述光学设备中，如图5所示，透明窗口23的入光面的表面可以设有增透膜24。进一步地，增透膜24的折射率可介于工作腔中的环境介质的折射率与透明窗口23的折射率之间，且增透膜24的膜厚为光在该增透膜介质中波长的1/4，这样使得光线由工作腔内部向透明窗口23入射时的反射光相互抵消，增加光的透射，从而进一步提升光源出射光线的利用率。

在实际应用中，本发明实施例提供的上述光学设备可为用于对显示屏玻璃进行结晶退火的准分子激光退火设备。在上述的光学设备为准分子激光退为设备时，上述的光源21则为激光源，具体为准分子激光器；透明窗口23则为准分子激光退为设备的退火窗口(Annealing window)。在准分子激光退火设备中，退火窗口具有封装退火腔的作用，能对腔体内氮气氛围进行较好的密封，也能防止粉尘颗粒进入腔体。准分子激光器所发出的激光在理想状态下光束的截面为矩形，在经过光学系统的处理之后，最终形成照射玻璃进行结晶用的线光源。而光学系统中距离退火窗口最近的光学部件为一会聚透镜组(P-lens)，将经过该透镜组的光线进行会聚向退火腔外部出射。根据上述的说明，为减小退火窗口对线光源的衰减作用，可将退火窗口设置为向退火腔内部凹陷的弧面结构。

在实际应用中，准分子激光退火设备中的会聚透镜组P-lens的结构如图6所示，会聚透镜组为凹凸透镜A和平凸透镜B的组合，两个透镜可固定在镜头卡口C中，由两侧的调整螺丝D进行固定和调整。

进一步地，准分子激光器内部高压电离所产生的光子向各个方向均有发射，因此，在准分子激光器的内部背离光学系统的一侧设置一个光子震荡片，该光子震荡片具体可为平面反射镜，那么原本向光学系统反方向出射的光子可以入射到该光子震荡片，经过光子震荡片的反射之后可以向光学系统一侧发射，由此可以提高向光学系统出射光的光通量。正是由于准分子激光器中所设置的光子震荡片，光线在经过光学系统垂直入射到弧面结构的退火窗口之后，反射光原路经过光学系统又向准分子激光器发射，再经过上述的光子震荡片的反射可以按原发射光的光路再一次向光学系统以及退火窗口出射。由此每次入射到退火窗口的反射光线均能够再次被利用，大大提高了光线利用率。

其中，光线在经过光学系统中的会聚透镜组、退火窗口最终到达被退火处理的玻璃之间的光路，如图7所示，激光器所出射的光线在最终入射到光学系统中的会聚透镜组P后为会聚的光线，在会聚光线向具有弧面结构的退火窗口AW出射时，由于退火窗口AW与入射光线相互垂直，因此，在退火窗口表面可以形成光路可逆的反射光，重新向光学系统方向出射。而经过退为窗口AW的光线会向会聚透镜组P的焦点处偏折，因此经过会聚透镜组的线光源在焦点处的能量密度最大，通常情况下，应将被退火的玻璃G放置在会聚透镜组P的焦点处，因此退火窗口AW应设置在小于会聚透镜组P的位置处。

通常情况下会聚透镜组P焦距为150-200mm之间，由于退火窗口AW的弧面与入射光线相垂直，而退火窗口AW位于会聚透镜组的焦距之内，退火窗口AW距离会聚透镜组P的焦点之间的距离可为50-65mm。因此，如果退火窗口的弧面位于一个球面，则退火窗口的曲率可设置在0.015-0.02之间。

基于同一发明构思，本发明具体实施例还提供了一种准分子激光退火系统，该准分子激光退火系统包括上述任一光学设备。该光学设备为准分子激光退火设备，在具体实施时，将需要退火处理的玻璃放置在准分子激光退火设备的出光侧，并调整玻璃的位置于线光源的能量密度最大的位置。

本发明实施例提供的光学设备及准分子激光退火系统，包括光源，与光源相隔设定距离的透明窗口，以及设置在光源与透明窗口之间的光学系统；其中，透明窗口被构造成使得光源的出射光经过光学系统后垂直入射至透明窗口。由于光源的出射光在经过光学系统后垂直入射至透明窗口，因此由透明窗口反射回光学系统的反射光可以按入射光的反方向原路返回，从而使得反射光在经过光源和/或光学系统中的光学镜片反射后重新向透明窗口出射的光线的传播方向与原出射光线相同，由此可将透明窗口的反射光重新作为出射光线，提高了最终到达透明窗口的光线的能量密度，有效降低了透明窗口对光源能量的衰减，节省能源。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。