DE3509421A1 - Improved device for homogenising and diffusing laser beams - Google Patents
Improved device for homogenising and diffusing laser beamsInfo
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Abstract
Description
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an Vorrichtungen zur Homogenisierung und Diffusion von Laserstrahlbündeln.The invention relates to an improvement in devices for homogenization and diffusion of laser beams.
Mit der Entwicklung der Techniktri zur Kristallreorganisation von Halbleitern, die durch ionische Implantate von "Verunreinigungen" oder andcrwe i t 1 g desorgani si ert sind, mittels energiereicher Laserstrahlimpulse ist es sehr wichtig geworden, über gleichmässige Laserstrahlbündel zu verfügen, die eine homogene Energieverteilung (über ihren Querschnitt) aufweisen.With the development of the Techniktri for the crystal reorganization of Semiconductors protected from "impurities" or other means by ionic implants i t 1 g are disorganized, by means of high-energy laser beam impulses it is very much It has become important to have uniform laser beam bundles that are homogeneous Have energy distribution (over their cross-section).
Aus der Literatur ist eine Vorrichtung bekannt, mit der diese Aufgabe zumindest teilweise gelöst werden kann.A device is known from the literature with which this task can be at least partially resolved.
Diese Vorrichtung bedient sich eines um 90° gebogenen Lichtleiters und weist im Bereich der Auslasseite einen verengten Querschnitt auf. Eine genauere Beschreibung dieser Vorrichtung findet sich in "A Device for Laser Beam Diffusion and Homogenization", A.G. Cullis et al., J. Phys. E. Sci. Instrum., Bd. 12, 1979.This device uses a light guide bent by 90 ° and has a narrowed cross section in the area of the outlet side. A more accurate one A description of this device can be found in "A Device for Laser Beam Diffusion and Homogenization, "A. G. Cullis et al., J. Phys. E. Sci. Instrum., Vol. 12, 1979.
Vorrichtungen der vorgenannten Art gewährleisten zwar eine gute Homogenisierung, liefern aber kein Strahlenbündel, das ausreictlend gleichlnän3ig für Präzisionsarbeiten ist. Sie besitzen den Nachteil, dass das austretende Laserstrahlbündel nicht koaxial mit dem ursprüngliehen Laserstrahlbündel ist.Devices of the aforementioned type ensure good homogenization, but do not provide a bundle of rays that is sufficiently uniform for precision work is. They have the disadvantage that the emerging laser beam is not coaxial with the original laser beam.
Es wurde festgestellt, dass diese Nachteile des Stands der Technik auf die Wahl des Materials, z.B. Quarz,zurückzuführen sind. Dieses Material ist erforderlich, um eine niedrige Strahlungsabsorption zu gewährleisten. Dabei treten aufgrund der Materialverarbeitung innere Spannungen auf, die zu Ungleíchmässigkeiten in der Energieverteilung über den Bündel querschnitt führen.It was found that these disadvantages of the prior art can be attributed to the choice of material, e.g. quartz. This material is required to ensure low radiation absorption. Kick it due to the material processing, internal tensions that lead to irregularities lead in the energy distribution across the bundle cross-section.
Erfindungsgemäss wurde überrascherlderwèise festgestellt, dass diese Nachteile ausgeschaltet werden können, wenn man die Form der homogenisierend wirkenden Vorrichtung abändert, wobei man nicht mehr an einen bestimmten Materialtyp gebunden ist.According to the invention it was surprisingly found that this Disadvantages can be turned off if you look at the shape of the homogenizing effect Device changes, whereby one is no longer bound to a certain type of material is.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur Homogenisierung und Diffusion von Laserstrahlenbündeln, die einen länglich geformten Körper aus optisch für den.The invention therefore relates to a device for homogenization and diffusion of laser beams that form an elongated body optically for the.
Laser durchlässigem Material mit einer Einlass- und einer Auslajseite, deren Achsen jeweils senkrecht zur Achse des Körpersstehen, aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Körper eine oder mehrere Krümmungen und Verengungen aufweist, die entlang dem Verlauf des Körpers zwischen Einlass- und Auslasseite verteilt sind.Laser permeable material with an inlet and an outlet side, whose axes are each perpendicular to the axis of the body, which thereby is characterized by the fact that the body has one or more bends and constrictions having along the course of the body between the inlet and outlet side are distributed.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine erste und eine tweite;Krümmung von jeweils 900 sowie eine Verengung im Bereich des Auslassendes auf.According to a preferred embodiment of the invention, the device has a first and a second curvature of 900 each and a narrowing in the area of the outlet end.
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist eine einen Winkel von 3600 überdeckende Spiralstruktur und eine Verengung im Bereich des Auslassendes vorgesehen.According to a second preferred embodiment, one is an angle of 3600 overlapping spiral structure and a narrowing in the area of the outlet end intended.
Eipe dritte Ausführungsform der Erfindung sieht eine vollständig koaxiale Struktur mit einer inneren koaxialen Diskontinuität und eine Verengung im Bereich des Auslassendes vor.A third embodiment of the invention provides a fully coaxial one Structure with an internal coaxial discontinuity and a narrowing in the area of the outlet end.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die erste Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten und zweiten Krümmung um 900; Fig. 2 diu zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer einen Winkel von 3600 überdeckenden Spiralstruktur; und Fig. 3 die dritte Ausführungsform der Erfindung mit einer rein koaxialen Struktur und einer inneren Diskontinuität.Preferred embodiments of the invention are illustrated below described in the drawing. 1 shows the first embodiment of the invention with a first and second curvature of 900; Fig. 2 shows the second embodiment of the invention having a spiral structure covering an angle of 3600; and Fig. 3 shows the third embodiment of the invention with a purely coaxial structure and an internal discontinuity.
Die Vorrichtung zur Homogenisierung und Diffusion von Laserstrahlbündeln gemäss Fig. 1 weist einen Körper 10 aus optisch für die Laserstrahlung durchlässigem Material, z.B. geschmolzenem Siliciumdioxid oder Pyrex im Fall eines Rubinlasers, mit einer Elnlasseite 11 für die einfallende Strahlung I und einer Auslasseite 12 für die austretende Strahlung E auf. Der im wesejtIiche zylindrische Körper 10 mit geglätteten Oberflächen weist eine erste Krümmung 13 und eine zweite Krümmung 14, beide mit einem Winkel von 900, und eine Verengung 15 auf, die sich im wesentlichen im Bereich der Auslasseite 12 befindet. Wie vorstehend erwähnt, erlauben die 90°-Krümmungen 13 und 14 eine bessere Homogenisierung und Symmetrierung des eintretenden Laserstrahlenbündels und ermöglichen es, dass die gleiche Orientierungaehse des Laserstrahlenbündels aufrXchterhalten wird. Dies ist eine wichtige Eigenschaft für die Bearbeitung optischer Vorrichtungen.The device for the homogenization and diffusion of laser beams 1 has a body 10 made of optically transparent to the laser radiation Material, e.g. fused silica or pyrex in the case of a ruby laser, with an inlet side 11 for the incident radiation I and an outlet side 12 for the emerging radiation E. The essentially cylindrical body 10 with smoothed surface has a first curvature 13 and a second curvature 14, both with an angle of 900, and a narrowing 15, which is essentially located in the area of the outlet side 12. As mentioned above, the allow 90 ° bends 13 and 14 a better homogenization and symmetrization of the incoming laser beam and allow the same axis of orientation of the laser beam is maintained. This is an important property for optical processing Devices.
Die Einlasseite 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mikroschliff aufweist, der reich an oberflächlichen Mikrofrakturen ist, um die Homogenisierungseigenschaften der'Vorrichtung weiter zu verbessern.The inlet side 11 is characterized in that it has a microsection which is rich in superficial microfractures to improve the homogenizing properties to further improve the device.
Ausserdem weist die Seite 11 eine ins Innere der Vorrichtung gerichtete Konkavität auf, so dass die spezifische, die längs der Achse der Vorrichtung einfallende Laserstrahlung absorbierende Oberfläche erhöht und dadurch die äussere Diffusion der Strahlung beseitigt und ein maximales Substanzvolumen der Vorrichtung an der inneren Diffusion beteiligt wird.In addition, the side 11 has a directed into the interior of the device Concavity on, so that the specific, the incident along the axis of the device The surface that absorbs laser radiation is increased and thereby the external diffusion the radiation is eliminated and a maximum substance volume of the device on the internal diffusion is involved.
Diese Merkmale haben den Zweck, alle eventuellen Beschädigungen der Einlassoberfläche der Vorrichtung durch die Laserstrahlung selbst möglichst weitgehend auszuschalten.The purpose of these features is to prevent any possible damage to the Inlet surface of the device by the laser radiation itself as largely as possible turn off.
Die in ig. 2 gezeigte zweite AusttihllJrlgsform der Erfindung umfasst. einen Körper 20 aus fijr die Laserstrahlung optisch durchlässigem Material, z.B. aus geschmolzenem Siliciumdioxid oder Pyrexglas, mit einer geschliffenen, eine konkave Form aufweisenden Einlasseite 21 für das einfallende Laserstrahlen bündel I, einer Auslasseite 22 für das austretende Bündel E und eine in einer im wesentlichen kreisförmigen, nicht-koplanaren Spirale verlaufenden Krümmung, wobei vorzugsweise Hi3fskrümmungen 23, 24 vor-.The in ig. 2 comprises a second embodiment of the invention of the invention. a body 20 of material optically transparent to laser radiation, e.g. Made of fused silica or Pyrex glass, with one cut, one concave Form having inlet side 21 for the incident laser beam bundle I, one Outlet side 22 for the exiting bundle E and one in a substantially circular, non-coplanar spiral extending curvature, with preferably auxiliary curvatures 23, 24 before.
gesehen sind, um ein vollständiges Zusammenfallen (Koaxialität) der Achsen der Einlass- und Auslasseite 21 bzw.are seen to have a complete coaxiality (coaxiality) of the Axes of the inlet and outlet side 21 resp.
22 zu gewährleisten. Zweckmässigerweise kann die Einlassseite 21 so behandelt sein, wie es vorstehend für die Seite 11 von Fig. 1 erläutert worden ist. Im Bereich der Seite 22 ist die Verengung 25 vorgesehen.22 to ensure. The inlet side 21 can expediently so be treated as has been explained above for page 11 of FIG. The constriction 25 is provided in the area of the side 22.
Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig.In the third embodiment of the invention according to FIG.
3 umfasst ein im wesentlichen zylindrischer Körper 30 eine Einlasseite 31 für das einfallende Laserstrahlenbündel I und eine Auslasseite 32 für das austretende Laserstrahlenbündel E. Der Körper 30 ist so ausgebildet, dass er eine Blase" 33 aufweist, die eine weiche Diskontinuität im Verlauf des Laserstrahlenbündels im Innern des Körpers 30 bildet, so dass so weit wie möglich im einfallenden Laserstrahlenbündel I bereits vorhandene Modi und Ungleichmässigkeiten beseitigt werden. Diese Struktur ist auch in Fig. 3A dargestellt, die einen Querschnitt in der Ebene A-A von Fig. 3 zeigt. Der Körper 30 kann mit einer Verengung 34, die im wesentlichen im Bereich der Auslasseite 32 liegt, versehen sein.3, a substantially cylindrical body 30 includes an inlet side 31 for the incident laser beam I and an outlet side 32 for the exiting Laser beam E. The body 30 is formed so that it has a bubble "33 having a soft discontinuity in the course of the laser beam in the Forms inside the body 30, so that as far as possible in the incident laser beam I already existing modes and irregularities are eliminated. This structure is also shown in Fig. 3A which is a cross-section on the plane A-A of Fig. 3 shows. The body 30 may be provided with a constriction 34 which is substantially in the area the outlet side 32 is provided.
Zweckmässigerweise kann die Einlasseite 31 so behandelt sein, wie es vorstehend für die Seite 11 von Fig. 1 erläutert worden ist.The inlet side 31 can expediently be treated as it has been explained above for page 11 of FIG.
Die Oberflächen der erfindungsgemässen Vorrichtung können mit dem Fachmann an sich geläufigem "cladding" behandelt und/oder versehen sein, um parasitäre Verluste von Lichtenergie zu verringern.The surfaces of the inventive device can with the "Cladding" familiar per se is dealt with by those skilled in the art and / or provided to reduce parasitic losses of light energy.
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Owner name: UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA "LA SAPIENZA", ROM |
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| 8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: VITALI, GIANFRANCO, PROF., ROM/ROMA, IT |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |