用于均勻化激光輻射的設(shè)備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于均勻化激光輻射(100)的設(shè)備，該設(shè)備包括第一透鏡陣列(1)，該第一透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面(10)和第二光學(xué)功能邊界面(11)，激光輻射(100)能夠通過所述第一光學(xué)功能邊界面射入第一透鏡陣列(1)中，并且激光輻射(100)能夠通過所述第二光學(xué)功能邊界面從第一透鏡陣列(1)中射出，其中，這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面(10、11)中的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面包括多個(gè)透鏡器件(3)，這些透鏡器件適用于將激光輻射(100)分解成多個(gè)分光束(101、102、103)，并且該設(shè)備包括第二透鏡陣列(2)，該第二透鏡陣列在光束路徑中設(shè)置在第一透鏡陣列(1)下游，所述第二透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面(20)和第二光學(xué)功能邊界面(21)，分光束(101、102、103)能夠通過所述第一光學(xué)功能邊界面射入第二透鏡陣列(1)中，并且分光束(101、102、103)能夠通過所述第二光學(xué)功能邊界面從第二透鏡陣列(2)中射出，其中，這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面(20、21)中的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面具有多個(gè)透鏡器件(4)，這些透鏡器件能夠使分光束(101、102、103)折射，其中，所述第一透鏡陣列(1)的透鏡器件(3)構(gòu)造成，使得這些透鏡器件能夠?qū)⒓す廨椛?100)分解為多個(gè)分光束(101、102、103)并且使這些分光束這樣成形，使得分光束(101、102、103)能夠基本上均勻地照亮第二透鏡陣列(2)的透鏡器件(4)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種用于均勻化激光輻射的設(shè)備，該設(shè)備包括第一透鏡陣列，該第一透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面以及第二光學(xué)功能邊界面，激光輻射可通過第一光學(xué)功能邊界面射入第一透鏡陣列中，激光輻射可通過第二光學(xué)功能邊界面從第一透鏡陣列中射出，其中，這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面包括多個(gè)透鏡器件，這些透鏡器件適用于將激光輻射分解成多個(gè)分光束，并且該設(shè)備包括第二透鏡陣列，該第二透鏡陣列在光束路徑中設(shè)置在第一透鏡陣列下游，所述第二透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面以及第二光學(xué)功能邊界面，分光束可通過第一光學(xué)功能邊界面射入第二透鏡陣列中，分光束可通過第二光學(xué)功能邊界面從第二透鏡陣列中射出，其中這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面包括多個(gè)透鏡器件，這些透鏡器件可將分光束折射。
技術(shù)介紹
定義:激光輻射的傳播方向是指激光輻射的平均傳播方向，尤其是當(dāng)該激光輻射不是平面波或至少部分發(fā)散時(shí)。若沒有明確的另外說明，激光束、光束、分光束或射束不是指幾何光學(xué)器件的理想化的光束，而是指實(shí)際的光束、例如具有高斯輪廓或修正的高斯輪廓或平頂輪廓(Top-Hat-Profil)的激光束，該激光束不具有無(wú)窮小的光束橫截面，而是具有擴(kuò)展的光束橫截面。開頭所提類型的用于均勻化激光輻射的設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中以各種不同的實(shí)施方式公開。這些設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)在工作平面中沿至少一個(gè)方向激光輻射的強(qiáng)度的盡可能均勻(相等)的分布，這種設(shè)備為許多應(yīng)用目的所需，例如可用于材料加工。所畫出的用于均勻化激光輻射的設(shè)備構(gòu)造成兩級(jí)的并且包括構(gòu)成第一均勻化級(jí)的第一透鏡陣列，該第一透鏡陣列在第一光學(xué)功能邊界面和/或第二光學(xué)功能邊界面上具有多個(gè)透鏡器件、尤其是柱面透鏡器件。此外，這種類型的設(shè)備包括第二透鏡陣列，該第二透鏡陣列構(gòu)成第二均勻化級(jí)并且沿著激光輻射的傳播方向設(shè)置在第一透鏡陣列下游并且在第一光學(xué)功能邊界面和/或第二光學(xué)功能邊界面上具有多個(gè)透鏡器件、尤其是柱面透鏡器件。此外，這種類型的用于均勻化光的設(shè)備常常構(gòu)成有沿著光束傳播方向位于第二透鏡陣列下游的傅立葉透鏡，該傅立葉透鏡通常構(gòu)造為球面透鏡并且沿著光束傳播方向設(shè)置在第二透鏡陣列下游。第一透鏡陣列的透鏡器件對(duì)此能夠?qū)⑼渡涞降谝煌哥R陣列上的準(zhǔn)直過的激光束分解為多個(gè)分光束。第二透鏡陣列結(jié)合傅立葉透鏡對(duì)此能夠?qū)⒎止馐诠ぷ髌矫嬷羞@樣疊加，使得能夠在那里至少沿一個(gè)方向獲得均勻(相等)的強(qiáng)度分布。傅立葉透鏡的功能也能夠以適當(dāng)?shù)姆绞奖患傻降诙哥R陣列中，從而能夠在工作平面中獲得均勻的強(qiáng)度分布。第一透鏡陣列的柱面透鏡器件的橫截面輪廓(橫向于這些柱面透鏡器件各自的柱面軸線)構(gòu)造成球面的并且因此可在數(shù)學(xué)上非常簡(jiǎn)單地通過唯一的半徑(曲率半徑)來描述。此外，第二透鏡陣列的柱面透鏡器件的橫截面輪廓(橫向于其各自的柱面軸線)也構(gòu)造成球面的。由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于均勻化激光輻射的設(shè)備的缺點(diǎn)在于，在第二透鏡陣列的各個(gè)透鏡器件上的分光束的能量密度(或強(qiáng)度)可能是如此高的，使得超過在那里選擇性施加的抗反射涂層的破壞閾值，從而可能導(dǎo)致該抗反射涂層的損傷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)在于，提供一種開頭所提類型的用于均勻化激光輻射的設(shè)備，該設(shè)備能夠以簡(jiǎn)單的方式降低投射到第二透鏡陣列的透鏡器件上的分光束的能量密度。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征部分特征的開頭所述類型的用于均勻化激光輻射的設(shè)備來解決。從屬權(quán)利要求涉及本專利技術(shù)的有利的擴(kuò)展方案。按本專利技術(shù)的用于均勻化激光輻射的設(shè)備的特征在于，第一透鏡陣列的透鏡器件構(gòu)造成，使得這些透鏡器件可將激光輻射分解為多個(gè)分光束并且使分光束這樣成形，使得分光束能夠基本上均勻地照亮第二透鏡陣列的透鏡器件。這種解決方案充分利用用于均勻化激光輻射的兩級(jí)的(并且由此所示的)設(shè)備的第一透鏡陣列來避免第二透鏡陣列透鏡器件被過度照亮并且因而遭受較高的強(qiáng)度。第二透鏡陣列的使得分光束發(fā)生折射的透鏡器件在此對(duì)于激光輻射在工作表面中的均勻性起決定性作用。借助按本專利技術(shù)的用于均勻化激光輻射的設(shè)備可以以有利的方式實(shí)現(xiàn):這樣降低分光束在第二透鏡陣列的各個(gè)透鏡器件上的能量密度(或強(qiáng)度)，使得始終低于在那里選擇性施加的抗反射涂層的破壞閾值，從而可有效地避免抗反射涂層的損傷。此外，可以以特別有利的方式減弱在對(duì)抗反射涂層施加在紫外光譜范圍內(nèi)的電磁輻射時(shí)可能出現(xiàn)的老化效果。在穿過第二透鏡陣列之后獲得分光束的均勻的角分布，該均勻角分布在光學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)中在距離第二透鏡陣列足夠遠(yuǎn)的工作平面中產(chǎn)生基本上均勻的強(qiáng)度分布。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中建議，第一透鏡陣列的透鏡器件中的至少一些透鏡器件構(gòu)造成非球面或非柱面的。通過該手段可以極為簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定的用于第二透鏡陣列的照亮條件。特別優(yōu)選地，第一透鏡陣列的所有透鏡器件構(gòu)造成非球面或非柱面的。由此可特別簡(jiǎn)單地制造第一透鏡陣列，因?yàn)榈谝煌哥R陣列的所有透鏡器件具有(優(yōu)選相同的)非球面或非柱面的橫截面輪廓。與之相比，第二透鏡陣列的透鏡器件優(yōu)選具有球面的橫截面輪廓。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中建議，第一透鏡陣列的透鏡器件具有焦距^，并且第二透鏡陣列的透鏡器件具有焦距f2，其中這樣選擇焦距f\、f2，使得A= f2。在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中也可能的是，第一透鏡陣列的透鏡器件具有焦距，并且第二透鏡陣列的透鏡器件具有焦距f2，其中這樣選擇焦距f\、f2，使得fi>f2。在另一種特別有利的實(shí)施方式中也可能的是，第一透鏡陣列的透鏡器件具有焦距 ，并且第二透鏡陣列的透鏡器件具有焦距f2，其中這樣選擇焦距f\、f2，使得fi〈f2。已證明的是，第一和第二透鏡陣列的不同焦距f\、f2可以有利地改善第二透鏡陣列的透鏡器件的均勻照亮。在一種特別有利的實(shí)施方式中，第一透鏡陣列和第二透鏡陣列可以以間距d隔開地設(shè)置，其中這樣選擇間距d，使得d = f2。嚴(yán)格來說，這種情況只有在第一透鏡陣列的透鏡器件的透鏡頂點(diǎn)正好指向第二透鏡陣列的與這些透鏡器件相對(duì)應(yīng)的透鏡器件的透鏡頂點(diǎn)時(shí)才出現(xiàn)。否則間距d還須通過T/n(T:透鏡厚度，η:折射率)進(jìn)行校正。當(dāng)?shù)谝煌哥R陣列的透鏡器件之一以其頂點(diǎn)偏離第二透鏡陣列的與該透鏡器件相對(duì)應(yīng)的透鏡器件指向時(shí)，須分別從d = &中減去該長(zhǎng)度。優(yōu)選第一透鏡陣列和/或第二透鏡陣列的透鏡器件可構(gòu)造為微透鏡器件。在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中建議，所述設(shè)備包括傅立葉透鏡器件，該傅立葉透鏡器件這樣構(gòu)造并且在光束路徑中設(shè)置在第二透鏡陣列的下游，使得該傅立葉透鏡器件可將被第二透鏡陣列的透鏡器件折射的分光束在工作平面中疊加。由此可在沿光束傳播方向位于第二透鏡陣列下游的光學(xué)近場(chǎng)中的工作平面中獲得均勻的強(qiáng)度分布。在一種替代的實(shí)施方式中可能的是，第二透鏡陣列構(gòu)造成，使得該第二透鏡陣列可將被其透鏡器件折射的分光束在工作平面中疊加。在該變型方案中傅立葉透鏡功能以有利的方式被集成到第二透鏡陣列中。在一種特別有利的實(shí)施方式中建議，第一透鏡陣列的透鏡器件構(gòu)造為柱面透鏡器件，這些柱面透鏡器件的柱面軸線相互平行地沿第一方向延伸并且這些柱面透鏡器件適用于將激光輻射分解為多個(gè)分光束，和/或第二透鏡陣列的透鏡器件構(gòu)造為柱面透鏡器件，這些柱面透鏡器件的柱面軸線相互平行地沿第一方向延伸并且可將分光束折射。由此可在工作平面中獲得特別高的光束質(zhì)量。在一種特別有利的實(shí)施方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于均勻化激光輻射(100)的設(shè)備，該設(shè)備包括：?第一透鏡陣列(1)，該第一透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面(10)和第二光學(xué)功能邊界面(11)，激光輻射(100)能夠通過所述第一光學(xué)功能邊界面射入第一透鏡陣列(1)中，并且所述激光輻射(100)能夠通過所述第二光學(xué)功能邊界面從第一透鏡陣列(1)中射出，其中，這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面(10、11)中的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面包括多個(gè)透鏡器件(3)，這些透鏡器件適用于將激光輻射(100)分解成多個(gè)分光束(101、102、103)；以及?第二透鏡陣列(2)，該第二透鏡陣列在光束路徑中設(shè)置在第一透鏡陣列(1)下游，所述第二透鏡陣列具有第一光學(xué)功能邊界面(20)和第二光學(xué)功能邊界面(21)，分光束(101、102、103)能夠通過所述第一光學(xué)功能邊界面射入第二透鏡陣列(2)中，并且分光束(101、102、103)能夠通過所述第二光學(xué)功能邊界面從第二透鏡陣列(2)中射出，其中，這兩個(gè)光學(xué)功能邊界面(20、21)中的至少一個(gè)光學(xué)功能邊界面具有多個(gè)透鏡器件(4)，這些透鏡器件能夠使分光束(101、102、103)折射，其特征在于，所述第一透鏡陣列(1)的透鏡器件(3)構(gòu)造成，使得這些透鏡器件能夠?qū)⒓す廨椛?100)分解為多個(gè)分光束(101、102、103)并且使這些分光束這樣成形，使得分光束(101、102、103)能夠基本上均勻地照亮第二透鏡陣列(2)的透鏡器件(4)。...

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T·米特拉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：LIMO專利管理有限及兩合公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó);DE