[发明专利]光学布置和激光系统

说明书

本发明涉及一种用于将输入激光束(18)转换成线状的输出射束(12)的光学布置(20)，该光学布置包括整形光学器件(22)，该整形光学器件具有输入孔径(34)和输出孔径(36)，输入激光束能够通过该输入孔径入射，其中，整形光学器件构造用于，使得通过输入孔径入射的输入激光束(18)被转换成通过输出孔径(36)出射的、具有多个射束段的射束包(24)，该光学布置还包括均匀化光学器件(26)和至少一个变换透镜装置(30)，其中，均匀化光学器件构造用于，沿着线方向(x)混合射束包的不同射束段，其中，变换透镜装置(30)如此构造，使得混合射束段(28)被叠加以形成线状的输出射束，其中，均匀化光学器件包括第一透镜阵列以及在射束路径中连接在第一透镜阵列后方的第二透镜阵列，该光学布置还包括移位装置，移位装置构造用于，使第二透镜阵列相对于第一透镜阵列移位。

技术领域

本发明涉及一种用于将输入激光束转换成线状的输出射束的光学布置，并且涉及一种包括这种光学布置的激光系统。

背景技术

这种激光系统尤其用于产生高强度辐射，该高强度辐射的强度分布具有线状延伸的射束横截面。由线状延伸定义的轴线在下文中将被称为强度分布的“长轴”。垂直于线状延伸并垂直于传播方向的轴线也将被称为“短轴”。为了描述射束的几何关系，分别应采用局部坐标系，其中长轴(x)、短轴(y)和传播方向(z)定义了定向右手笛卡尔坐标系。

所提到的线状的射束轮廓例如用于加工玻璃或半导体的表面(例如，回火、退火)。此处，线状的射束轮廓在要加工的表面上基本垂直于长轴而扫描。通过辐射，可以触发例如再结晶过程、表面熔融、外来材料到要处理的材料中的扩散过程、或者表面的区域中的其他相转换。这种加工过程用于例如TFT显示器的生产、半导体的掺杂、太阳能电池的生产，还用于建筑用途的美观设计的玻璃表面的生产。

WO 2018/019374 A1中描述了具有权利要求1的前序部分的特征的光学布置。

对于上述加工过程来说，重要的是沿着长轴的强度轮廓具有尽可能均匀的基本恒定的强度变化过程，并且沿着短轴的强度轮廓满足对应的品质要求。然而，实际上，强度轮廓常具有强度变化过程的局部不均匀性，这些局部不均匀性是由例如干涉伪影(例如，规则的衍射图案)、和/或光学器件的缺陷和形状误差(例如，像差)、和/或因颗粒所致的光学器件的污染(导致投射在工作平面上的阴影)导致的。

为了减少干涉伪影，已知通过反射镜将激光束的位置沿着长轴周期性地来回运动，并且以这种方式在时间上平均地消除强度变化过程的任何干扰性影响。例如，US 2011/0097906 A1中描述了对应的光学布置。

发明内容

本发明的任务是提供尽可能均匀的强度变化过程。

所述任务通过具有权利要求1的特征的光学布置来实现。该光学布置是用于将输入激光束转换成具有线状的强度轮廓的输出射束的设备。在这方面，输出射束在传播方向上传播(在空间上平均)，并且具有强度分布，该强度分布在光学布置的光学工作平面中具有沿着在本文中被称为“线方向”的方向的线状变化过程的射束横截面。因为取决于配置，射束在通过光学布置时可以被偏转一次或多次，线方向应如此理解为，使得射束横截面沿着线方向而局部地被拉长。

该光学布置包括具有输入孔径和输出孔径的整形光学器件，输入激光束可以通过该输入孔径入射。输出孔径尤其沿着输出孔径纵向方向纵向延伸。输出孔径沿着输出孔径纵向方向的尺寸尤其明显大于垂直于输出孔径纵向方向的尺寸。

整形光学器件如此构造，使得通过输入孔径入射的输入激光束被转换成通过输出孔径出射的射束包(Strahlpaket)。尤其射束包在输出孔径后方的理论观察平面中总体上已形成了细长的强度分布，尤其已具有基本上线状的特征。射束包包括多个射束段，这些射束段尤其分布在优选细长的输出孔径上，并且优选完全填充输出孔径。

在本文中，射束包尤其表示可以通过矢量场以数学方式描述的光分布，其中每个空间点被局部分配相关联的电磁场的坡印亭矢量。