纖維傳送激光光學系統技術方案

本發明專利技術提供一種纖維傳送激光光學系統(1)，其包括：第一光纖(3)，其傳送從激光振蕩器(2)輸出的激光；準直透鏡(4)，其校準從第一光纖(3)射出的激光；球面陣列透鏡(5)，其利用多個單元(5a)把從準直透鏡(4)射出的激光會聚成多點光點；多個第二光纖(6)，其具有比第一光纖(3)小的芯徑，使由球面陣列透鏡(5)會聚成多點光點的各激光入射，且使射出端(6b)的軸線相互平行而排列成直線狀的一列；以及光學系統(7～11)，其把從多個第二光纖(6)射出的激光形成為在照射面(12)上構成直線狀的激光。即使傳送來自激光振蕩器的激光的光纖具有較大的芯徑，也能形成短邊方向的尺寸較小的線狀光束。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用纖維傳送從振蕩器輸出的激光，并形成線狀光束的纖維傳送激光光學系統，適用于薄膜硅的退火處理。
技術介紹
作為利用激光的結晶化、表面改良技術，已知有激光退火技術。在激光退火裝置中，作為從激光振蕩器射出的激光，大多使用矩形或線狀的準分子激光。在專利文獻1、2中提出了使用準分子激光的退火裝置。在這些裝置中，使用了正交配置多個柱面透鏡陣列的光學系統，利用該光學系統，把從激光振蕩器射出的激光形成為如下的激光，即在截面的·一個方向上具有均勻強度分布，另一方面，在與此正交的方向上具有極高的會聚特性、可稱為細線狀分布的激光。這樣，在把從激光振蕩器射出的激光形成為線狀分布的光學系統中，由于激光振蕩器的射出位置與線狀分布激光的形成位置的相對位置關系確定，所以進行退火處理、曝光處理的裝置的布局、裝置面積、裝置體積的自由度受到限制。因此，近年來，出現了在激光射出端安裝光纖，并用纖維傳送激光的纖維傳送激光光學系統。纖維傳送激光光學系統通過使用光纖，能增加從激光振蕩器射出的激光的傳送自由度，所以上述的裝置布局問題逐漸被消除。在先技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平10-244392號公報專利文獻2 日本特開平10-153746號公報
技術實現思路
另一方面，激光振蕩器的性能日漸提高，其輸出功率不斷升高，所以安裝在激光振蕩器的射出端的光纖有可能受到損傷。該損傷主要在光纖的射入端產生，并存在射入的激光的密度越高越容易產生損傷的傾向。在這里，作為一種降低激光的輸入密度的方法，可以列舉加大光纖芯徑的方法。即，用芯徑與激光振蕩器的輸出功率相應的光纖來進行激光的會聚，并降低輸出功率密度的方法。但是，在進行退火處理或曝光處理的激光裝置中，進行處理的激光的能量密度較高是很重要的，為了廉價地提供進行了退火處理的加工品，需要使吞吐能力提高。為了提高吞吐能力，要提高上述線狀分布的激光能量密度且使其可處理較大面積，為此需要加大激光截面的長邊方向的尺寸。然而，為了提高吞吐能力，若想要進一步減小激光短邊方向的尺寸以提高能量密度，則根據從光纖射出的激光的射出角度，存在光學倍率超過阿貝衍射理論的情況，在該情況下，會產生能量損失。除此之外，為了避免光纖的損傷，還需要加大芯徑，所以無法把從激光振蕩器射出的激光形成為短邊方向的尺寸較小的線狀光束。本專利技術為克服這樣的問題而研究出，其目的在于提供一種纖維傳送激光光學系統，即使傳送從激光振蕩器射出的激光的光纖具有較大的芯徑，也能把從光纖射出的激光形成為短邊方向的尺寸小的線狀光束。為了解決上述問題，本專利技術的纖維傳送激光光學系統I包括第一光纖3，其傳送從激光振蕩器2輸出的激光；準直透鏡4,其校準(collimate)從該第一光纖射出的激光；陣列透鏡5，其利用多個單元(cell)把從該準直透鏡射出的激光會聚成多點光點；多個第二光纖6，其具有比上述第一光纖小的芯徑，使由上述陣列透鏡會聚成多點光點的各激光入射，且使射出端6b的軸線相互平行而排列成直線狀的一列；以及線性化光學系統7 11，其把從該多個第二光纖射出的激光形成為在照射面12上構成直線狀的激光。根據該結構，通過利用陣列透鏡把從第一光纖射出的激光會聚成多點光點，并使光射入第二光纖，將第二光纖的射出端排列成一列，能加大第一光纖的芯徑并減輕其損傷， 且能得到長邊方向相對于短邊方向的尺寸比很大的線狀光束。另外，通過變更陣列透鏡的光點數和第二光纖的條數，也能自由地設定線狀光束的短邊方向的尺寸。另外，根據本專利技術的一個方面，在假設上述第一光纖的芯徑為A，把激光會聚到上述照射面上的會聚透鏡的短邊方向的NA(NumericalAperture :數值孔徑)為N,上述照射面12的激光的短邊方向的尺寸為C時，在滿SN < I的條件下，滿足C <A。根據該結構，在把從會聚透鏡到照射面的距離設定為適當值后，能任意地選擇N，并且能在滿足N < I的條件下形成滿足C < A的線狀光束。另外，根據本專利技術的一個方面，在假設上述第一光纖的芯徑為A，上述第一光纖的NA為B，上述第二光纖的芯徑為L，上述第二光纖的NA為K，上述準直透鏡的光束直徑為D4，與上述陣列透鏡的上述單元外切的圓的直徑為D5時，能滿足D4/D5 = (A X B) / (L X K)。根據該結構，能得到使從第一光纖射出的激光射入到第二光纖中而不產生能量損失，并得到強度(能量密度)更高的線狀光束。另外，根據本專利技術的一個方面，上述線性化光學系統包含第一柱面透鏡7，其使從上述第二光纖射出的激光在上述第二光纖的排列方向(Y軸方向)上折射；第二柱面透鏡8，其使從上述第二光纖射出的激光在與上述第二光纖的排列方向正交的方向(X軸方向)上折射；柱面陣列透鏡9，其使從上述第一柱面透鏡和上述第二柱面透鏡射出的激光在上述第二光纖的排列方向上折射；第三柱面透鏡10，其針對上述柱面陣列透鏡9利用柯勒照明原理，使從上述柱面陣列透鏡射出的激光在上述第二光纖的排列方向上折射，以及第四柱面透鏡11，其利用針對上述第二柱面透鏡8的成像關系，使從上述柱面陣列透鏡射出的激光在與上述第二光纖的排列方向正交的方向上折射。根據該結構，能把從多個第二光纖射出的激光在照射面上形成為在長邊方向和短邊方向上都具有均勻的強度分布的線狀光束。另外，根據本專利技術的一個方面，能把纖維傳送激光光學系統作為適用于激光退火裝置上的構成。由此，能利用短邊方向的尺寸較小(能量密度高)、長邊方向的尺寸較大的線狀激光，實現吞吐能力高的退火處理。這樣，根據本專利技術，能把從光纖射出的激光形成為短邊方向的尺寸較小的線狀光束，而不使能量損失產生。附圖說明圖I是實施方式的纖維傳送激光光學系統的示意圖。圖2是在圖I中示出的纖維傳送激光光學系統的透視圖。圖3是第二光纖的射入端和射出端的配置圖。圖4是表示在照射面的光強度分布的圖。標號說明I纖維傳送激光光學系統2激光振蕩器3第一光纖4準直透鏡5球面陣列透鏡5a 單元6第二光纖6a射入端6b射出端7柱面透鏡(第一柱面透鏡) 8柱面透鏡(第二柱面透鏡)9柱面陣列透鏡10柱面透鏡(第三柱面透鏡)11柱面透鏡(第四柱面透鏡)12照射面A第一光纖3的芯徑B第一光纖3的NAL第二光纖6的芯徑K第二光纖6的NAN把激光會聚到照射面12上的透鏡的短邊方向的NAC照射面12上激光的短邊方向的尺寸M照射面12上激光的長邊方向的尺寸D4準直透鏡4的光束直徑D5與球面陣列透鏡5的單元5a外切的圓的直徑具體實施例方式以下，參照附圖說明本專利技術的實施方式。圖I是實施方式的纖維傳送激光光學系統I的示意圖，(A)示出光學系統的正面，(B)示出了光學系統的側面。如圖I、圖2所示，纖維傳送激光光學系統I包括在激光射出端安裝了第一光纖3的激光振蕩器2。第一光纖3具有即使從激光振蕩器2射出的激光射入也不會損傷的較大芯徑，激光具有發散角而從第一光纖3的射出端射出。在第一光纖3的射出側配置有準直透鏡4，從第一光纖3射出的激光由準直透鏡4轉變成平行光。在準直透鏡4的射出側配置有球面陣列透鏡5。球面陣列透鏡5是使單元5a沿著在平面上相互正交的X軸和Y軸方向連續、呈X軸方向和Y軸方向都形成多列的矩陣狀配置，單元5a由俯視呈正方形的球面透鏡構成。在本實施方式中，球面陣列透鏡5由配置成在X軸方本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：矢幡禎也，相田善明，富樫陵太郎，佐藤亮介，井波俊夫，草間秀晃，
申請(專利權)人：昭和光電株式會社，株式會社日本制鋼所，
類型：
國別省市：