[发明专利]射线成形装置

说明书

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的射线成形装置。

激光射线的传播方向是指激光射线的平均传播方向，特别是在它 不是平面波或至少部分发散的情况下。在没有其它说明时，光线、子 射线或射线不是指理想的几何光学射线，而是指一个实际的光线，例 如具有高斯轮廓或变形的高斯轮廓的激光射线，它不具有无限小的射 线横截面、而是具有扩展的射线横截面。

说明书开始处所述类型的装置已被详尽地公开了。这种装置的典 型激光源例如是Nd-YAG激光器或激发物激光器。例如不作为单模激 光器工作的Nd-YAG激光器具有约8至25的衍射量度值(光束质量 系数)M²。衍射量度值M²是对激光射线质量的一个量度。例如具有 纯高斯轮廓的激光射线具有的衍射量度值M²为1。衍射量度值M²大 致对应于激光射线的模数。

衍射量度值M²对激光射线的聚焦能力有影响。对于具有高斯轮 廓的激光射线，聚焦区域中的密度d或射线拖尾正比于要聚焦的激光 射线的波长λ，反比于聚焦透镜的数值孔径NA。对于聚焦区域中的激 光射线密度有以下公式：

d∝λNA]]>

当激光射线不具有高斯轮廓或具有大于1的衍射量度值M²时， 聚焦区域中最小密度或聚焦区域中射线拖尾还正比于衍射量度值，如 下式所示：

d∝λNA·M2]]>

由此可见，衍射量度值愈大，激光射线的聚焦愈差。在此应指出： 在垂直于激光射线传播方向的两个方向上衍射量度值可能有不同的大 小。在这种情况下，在第一个方向(例如x方向)上的衍射量度值 M_x²和在第二个方向(例如与第一个方向x垂直的y方向)上的衍射 量度值M_y²被区分开。存在以下可能：衍射量度值M_x²大于或小于衍 射量度值M_y²。

在此应指出，半导体激光器，特别是激光二极管条，在所谓的快 轴方向、即垂直于有效层的方向具有等于1或略大于1的衍射量度值 M_y²，而在与其垂直的所谓慢轴方向、即平行于有效层的方向上衍射 量度值M_x²明显更大，例如大于100。因而半导体激光器不被用作各 种装置的激光源。

此外，在现有技术中激光射线在聚焦之前在一个工作平面中被有 规律地均匀化。这例如用具有多个透镜的透镜阵列实现，激光射线被 这些透镜分成多个子射线，它们在工作平面中叠加。但子射线的数量 不能任意增大，因为在数量过多的子射线的情况下，子射线在工作平 面中相应叠加时由射线间的干涉形成高频振荡。这将导致工作平面中 射线质量变差。出现这种高频振荡的判据是激光射线在一个垂直于传 播方向的方向上的空间相干性。这种空间相干性越差，在叠加时不出 现高频振荡的情况下光线可以分裂成的子射线的数量越多。在一定条 件下上述衍射量度值M²或M_x²及M_y²可以作为空间相干性的指示， 从而在大的衍射量度值时或许可以分裂成大数量的子射线。

本发明的目的在于提供一种如说明书开始处所述类型的装置，借 助于这种装置激光射线可以被更好地聚焦到一个线性聚焦区域中和/ 或可以被更好地均匀化。

上述任务按照本发明由一个具有权利要求1的特征部分所述特征 的、如说明书开始处所述类型的装置完成。从属权利要求涉及本发明 的优选实施例。