[发明专利]用于聚焦激光的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于聚焦激光的方法和设备。

背景技术

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。

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。

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。

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I1和穿过第二柱面透镜区段31的激光部分的强度I2具有垂直于x方向的偏差d'，工作平面5中强度I1和I2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、I2的偏差d'也等于0.2mm。

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

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。

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。

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。

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。