專利名稱：產(chǎn)生處理基底的光束的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生光束的光學(xué)系統(tǒng)，該光束用于處理布置在基底平面中的基底，其中該光束在垂直于光束的傳播方向的第一維度上具有束長度，并且該光束在垂直于第一維度并垂直于光傳播方向的第二維度上具有束寬度，該光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個混光光學(xué)布置，在第一維度和第二維度中的至少一個上，該混光光學(xué)布置將光束分成多個光路，該多個光路以彼此疊加的方式入射到基底平面中。
背景技術(shù)：
從TO 2007/141185A2中已知這種光學(xué)系統(tǒng)。在介紹中所提及的這種光學(xué)系統(tǒng)用于例如熔化材料，尤其是在硅的光引起的結(jié)晶領(lǐng)域中。一個具體的應(yīng)用是平板屏幕(flat screen)制造，其中用光束處理具有非晶硅層的基底以使硅結(jié)晶。在這種情況中，所使用的基底具有相對較大的尺寸，例如在大于30cmX 大于50cm的范圍中。通過介紹中所提及的這種類型的光學(xué)系統(tǒng)，相應(yīng)地產(chǎn)生在第一維度 (以后表示為X)上具有束長度的光束，所述束長度大約與基底的寬度(例如大約30cm)相等。在垂直于X維度并且還垂直于光束的傳播方向的維度(以后表示為Y)中，光束較細(xì)。因此，應(yīng)用于基底的光束具有較大的、X維度的束長度與Y維度的束寬度的比，根據(jù)束長度，該比可大于5，000，甚至大于10，000。在這種情況中，用于處理基底的光束必須滿足以下要求至少在(長的)X維度中， 光束的強(qiáng)度分布盡可能均勻，而且在短的Y維度中也盡可能均勻。從以上所提及的文件WO 2007/14185A2中已知的光學(xué)系統(tǒng)具有混光光學(xué)布置，該混光光學(xué)布置具有兩個透鏡陣列以及聚光器光學(xué)單元，其中每個透鏡陣列具有多個在X維度上彼此相鄰布置的透鏡(例如圓柱透鏡)。一般而言，混光光學(xué)布置用于通過混合而均勻化光束在基底平面中的光，例如通過將光束分成部分光線并疊加它們。為了簡化理解，考慮以下情形混光光學(xué)布置僅導(dǎo)致光束在(長的)X維度中的均勻化。圖1以進(jìn)一步簡化的方式示出已知的光學(xué)系統(tǒng)，并且用附圖標(biāo)記1表示該光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)1具有光學(xué)混合布置(混光光學(xué)布置)2，這里為了簡化說明，該光學(xué)混合布置2具有僅包括三個單獨(individual)透鏡h、2b和2c的透鏡陣列以及聚光器光學(xué)單元3，該聚光器光學(xué)單元的焦距用f。表示。附圖標(biāo)記4表示聚光器光學(xué)單元3聚焦的基底平面。通過混光光學(xué)布置2，將在傳播方向Z中傳播的入射光束5分成多個部分光線，其中，在簡化的例子中，混光光學(xué)布置2具有三個單獨透鏡2a、2b和2c，這里光束5分成相應(yīng)地沿三個光路6a、6b和6c傳播的三個部分光線。圖1中各個相鄰光路6a、6b、6c之間的距離用L表示。通過聚光器光學(xué)單元3將單獨的部分光線或者光路6a、6b、6c彼此疊加在基底平面4中。因此，光在三個光路6a、6b、6c上傳播到基底平面4中的一場點。
因為光束5被分成多個光路6a、6b、6c并且它們在基底平面4中疊加，所以由于來自不同光路6a、6b、6c的光之間的干涉而出現(xiàn)的強(qiáng)度對比度可出現(xiàn)在基底平面4中。圖1， 右手側(cè)的部分圖中，相對于基底平面4中的χ坐標(biāo)繪出了強(qiáng)度I。由于干涉現(xiàn)象，所以強(qiáng)度 I不均勻。在彼此相對傾斜的相應(yīng)兩個部分光線干涉時，分別出現(xiàn)周期性干涉圖案，其接著疊加。對于這里所示的透鏡陣列在相鄰?fù)哥R之間具有相等的距離L的情形，出現(xiàn)的干涉周期彼此成倍數(shù)。距離為η · L的兩個光路的光的干涉的干涉周期Pn與波長λ和聚光器光學(xué)單元3的焦距f。之間的關(guān)系如下通常，與光路距離L的倍數(shù)η L關(guān)聯(lián)的不同干涉周期Pn以疊加的方式出現(xiàn)在基底平面4上。應(yīng)注意，本發(fā)明不限于其中至少一個混光光學(xué)布置產(chǎn)生具有不同光路之間的恒定的光路距離L的光路的光學(xué)系統(tǒng)，而且也包括光路距離L在不同光路之間可變化的光學(xué)系統(tǒng)。在后一情況中，干涉圖案從而具有多種不同干涉周期，其被疊加形成不規(guī)則的圖案。為了減少基底平面4中的干涉對比度，WO 2007/141185Α2建議在光束入射到混光光學(xué)布置上之前將光束分成多個部分光線，并且使單獨部分光線以不同的入射角度入射到混光光學(xué)布置上?；旃夤鈱W(xué)布置上的單獨部分光線的不同入射角在合適選擇入射角的情況下在基底平面上產(chǎn)生彼此偏移的干涉圖案，并且如果單獨部分光線彼此不相干，則所述干涉圖案總體上在X維度上產(chǎn)生恒定的強(qiáng)度I。在已知光學(xué)系統(tǒng)中，通過反射鏡實現(xiàn)將入射光束分成多個非平行的部分光線，所述反射鏡布置在脈沖加長模塊中?？蓮囊韵率聦嵵锌闯鲆阎鈱W(xué)系統(tǒng)的一個缺點難以足夠精確地設(shè)置單獨部分光線之間的角度偏移，使得單獨部分光線產(chǎn)生的干涉圖案彼此偏移了半干涉周期的奇數(shù)倍， 以便降低或消除基底平面上的干涉對比度。而且，已知類型的脈沖加長模塊通常產(chǎn)生大量具有較大入射角的較弱部分光線，這也同樣帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于開發(fā)介紹中所提及的類型的光學(xué)系統(tǒng)的目的，以實現(xiàn)以簡單的方式至少減少基底平面中的干涉對比度。根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于介紹中所提及的光學(xué)系統(tǒng)，通過以下事實實現(xiàn)該目的至少一個影響相干性的光學(xué)布置存在于光束的光束路徑中，并對所述光束作用，使得針對一個光路到至少一個其它光路的至少一個光路距離，至少減少光的相干度。本發(fā)明基于減少入射在光學(xué)系統(tǒng)中的光的橫向相干度的構(gòu)思，該光學(xué)系統(tǒng)具有至少一個混光光學(xué)布置，該混光光學(xué)布置在光線的傳播方向的橫向上將入射光束分成多個光路，至少對于一個光路距離，優(yōu)選將所述橫向相干度最小化到零值。即，本發(fā)明目的在于減少橫向相干度到如下程度來自不同光路的光的干涉能力變小或者完全不再干涉。為了這個目的，下面描述優(yōu)選措施，通過這些措施，以簡單的方式并且在對調(diào)整不增加開銷的情況下，可以對于一個光路與至少一個其它光路的至少一個光路距離，至少減
5少光的相干度。一種措施在于減少光束在光路的橫向上的橫向相干長度與至少兩個相鄰光路之間的光路距離的比，并且優(yōu)選將其設(shè)置為小于2，更優(yōu)選小于1。如果光束在光路的橫向上的橫向相干距離小于兩個相鄰光路之間的光路距離，則來自這兩個光路的部分光線幾乎不能彼此干涉，即在這種情況中幾乎可以完全避免基底平面中的干涉現(xiàn)象。在使用光(例如來自受激準(zhǔn)分子激光器的光)的預(yù)定自然(natural)橫向相干長度的情況下，這可能需要增加光路距離，即，針對光束在傳播方向的橫向上的預(yù)定范圍，使該至少一個混光光學(xué)布置具有更少的混光光學(xué)元件，然而，這會減少混光光學(xué)布置的均勻化效果。另一優(yōu)選措施提出該至少一個影響相干性的光學(xué)布置具有分束器布置，該分束器布置在光路的橫向方向上將光束分成多個橫向偏移的部分光線，所述部分光線相對于彼此的傳播路徑差大于所述部分光線的光的時間相干長度。在這種措施的情況中，將由分束器布置產(chǎn)生的彼此橫向偏移的多個部分光線彼此分離大于光的時間相干長度的傳播路徑差。通過保持相同的橫向相干長度，該布置使光束寬度成為原來的四倍，并且因此可以相應(yīng)地減少橫向相干長度與光路距離的比。半透射反射鏡、棱鏡(使用內(nèi)部全反射)、偏移板等可用作分束器布置。與已知光學(xué)系統(tǒng)相比，所述部分光線可以彼此平行。另一優(yōu)選措施提出該至少一個影響相干性的光學(xué)布置具有相干轉(zhuǎn)換器布置，該相干轉(zhuǎn)換器布置具有分束器布置以及束重排布(resorting)布置，該分束器布置在兩個維度中的一個上將光束分成多個部分光線，該束重排布布置在兩個維度中的另一維度方向上彼此相鄰地布置部分光線。在文件DE 10 2006 018 504A1中描述了本發(fā)明中所使用的這種相干轉(zhuǎn)換器布置。這種相干轉(zhuǎn)換器布置在光束的X維度上增加光束發(fā)散度，并且相應(yīng)地減小光的相干度和相對于光束寬度的橫向相干長度。在另一優(yōu)選構(gòu)造中，該至少一個影響相干性的光學(xué)布置具有至少一個光學(xué)元件， 該光學(xué)元件的光入射面和光出射面是平面并且彼此傾斜一角度，其中該至少一個光學(xué)元件是雙折射的。對于用于微光刻的投射曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)，文件US 5，253，110中公開了雙折射光楔本身的使用。但是，在本發(fā)明中，這種雙折射光學(xué)元件(例如光楔)優(yōu)選和上述措施組合地使用，上述措施將橫向相干長度與兩個相鄰光路之間的光路距離的比設(shè)置為至少小于2。這是因為雙折射光學(xué)元件可以用于以有目標(biāo)的方式抑制干涉級(及其奇數(shù)倍)，尤其是第一干涉級，因此，可以將橫向干涉長度與光路距離的比選擇為沒有這種雙折射光學(xué)元件時的兩倍，其相反地意味著對于相同的干涉比，可以將該至少一個混光光學(xué)布置的光路數(shù)目選擇為兩倍大，這提高了該至少一個混光光學(xué)布置的均勻化效果。通過將光學(xué)元件的光入射面和光出射面之間的角度選擇為使得對于至少一個光路距離、尋常光線和非尋常光線之間由光學(xué)元件引入的相位差是半波長的奇數(shù)倍，可改進(jìn)該至少一個雙折射光學(xué)元件的干涉抑制效果。結(jié)果，由尋常光線和非尋常光線產(chǎn)生的干涉圖案相對于彼此偏移半個波長，從而兩個干涉圖案的總和產(chǎn)生強(qiáng)度分布，該強(qiáng)度分布在光束的相應(yīng)維度中是恒定的。
特別優(yōu)選將以上所提及的至少一個分束器布置、所述至少一個雙折射元件、以及以上所提及的將橫向相干長度和光路距離的比設(shè)置為小于2(優(yōu)選小于1)的措施進(jìn)行組合。同樣地，可附加地將以上所提及的至少一個相干轉(zhuǎn)換器與這些措施組合。這些措施的組合導(dǎo)致甚至更有效地降低相干度或最小化相干函數(shù)，用于避免基底平面中的干涉對比度。該至少一個雙折射光學(xué)元件在光束的傳播方向上優(yōu)選布置在該至少一個混光光學(xué)布置的下游。另一優(yōu)選措施提出多個串行設(shè)置的混光光學(xué)布置代替一個混光光學(xué)布置。在這種情況中，減少基底平面中的干涉圖案的空間周期以及促進(jìn)雙折射元件的使用是有利的。用于降低相干度的另一措施提出該至少一個影響相干性的光學(xué)布置具有至少一個聲光調(diào)制器(AOM)。聲光調(diào)制器(AOM)具有光學(xué)元件，在該光學(xué)元件中例如通過布置在光學(xué)元件一端的壓電元件產(chǎn)生聲波。在這種情況中，聲波的傳播方向垂直于入射光束。在AOM中，聲波對折射率進(jìn)行空間調(diào)制，該折射率隨著聲音的速度而變化。因此，穿過AOM的光經(jīng)歷相移δ ’ 該相移δ取決于位置和時間，并且在波長的分?jǐn)?shù)中具有以下形式δ (χ, t) = a sin [2 π (χ/ A -fst)]在這種情況中，a取決于聲學(xué)幅度以及聲場在光軸方向上的范圍。Λ是聲波的波長，并且4是聲波的頻率。利用由AOM的材料限定的聲速，可通過激勵元件(例如壓電元件)對聲波的激勵頻率fs從而改變波長Λ。依據(jù)時間的相移導(dǎo)致來自不同位置的光的去相關(guān)，從而降低橫向相干性。對于光路距離L，相干度的減小以及干涉對比度的因此減少取決于AOM的振幅a和波長Λ并取決于光路距離L。在以上所提及的措施的另一構(gòu)造中，AOM的聲學(xué)波長Λ和聲學(xué)振幅a被設(shè)置為使得對于至少一個光路距離，滿足條件JJIhsir^JiL/A) |] << 1，其中Jtl是零階貝塞爾函數(shù)。除了聲學(xué)波長Λ等于光路距離L的情況，通過合適的聲學(xué)振幅a，可一直滿足以上所提及的條件。由于貝塞爾函數(shù)的自變量的周期性，該條件還可適用于值L+mA，并且由于對稱性，還可適用于值(A-L)+mA，其中m是整數(shù)。因此，一個AOM已經(jīng)明顯降低對于多個光路距離的橫向相干性。即使沒有獲得相同的減少范圍，對于干擾光路距離，AOM也不是沒有效果。特別優(yōu)選存在多個Α0Μ，其中不同AOM設(shè)置不同的聲學(xué)波長和/或聲學(xué)振幅，以便為多個光路距離，至少減小相干度?？商娲?，出于減小要提供的光學(xué)組件的數(shù)量的目的，可提出僅存在一個Α0Μ，在該AOM中同時產(chǎn)生多個可能具有不同聲學(xué)振幅的聲學(xué)波長，以便為多個光路距離，至少減小相干度。在另一優(yōu)選構(gòu)造中，在光束被脈沖化的情況中，提出在至少一個AOM之外，在光束路徑中布置至少一個脈沖加長模塊。如以上所解釋的，由于動態(tài)相位差，AOM導(dǎo)致不同位置的光的去相關(guān)。僅當(dāng)可以在盡可能多的具有均勻強(qiáng)度的聲學(xué)周期上進(jìn)行平均時，該去相關(guān)才是完全的，具體地如對于連續(xù)波長工作的激光器的情形。相比較的，對于脈沖持續(xù)時間(例如20ns)在典型的AOM 頻率范圍(例如20-100MHZ，周期持續(xù)時間為10-50ns)中的短脈沖激光器(例如受激準(zhǔn)分子激光器)，該條件不被滿足并且在基底平面中出現(xiàn)剩余干涉對比度。以上所提及的在光線的光路中布置至少一個脈沖加長模塊的措施與AOM組合，可避免以上所提及的缺點。脈沖加長模塊加長光線的單獨光脈沖。其例如通過將入射到脈沖加長模塊中的光束分成兩個部分光線并且通過將兩個部分光線中穿過脈沖加長模塊的延遲線的一個加到?jīng)]有穿過延遲線的另一部分光線來完成。這產(chǎn)生更長的脈沖，其包絡(luò)仍可通過輸入脈沖的脈沖持續(xù)時間調(diào)制。不言而喻，如果對降低基底平面中的干涉對比度是有用的，則可提供多個脈沖加長模塊，以便更進(jìn)一步加長光脈沖。在這種情況中，更加優(yōu)選AOM的聲學(xué)頻率與經(jīng)加長的脈沖配合，使得像平面中的干涉對比度小于10 %，優(yōu)選小于5%，更優(yōu)選小于1%?？紤]以下事實是有利的在脈沖加長的情況中，AOM也存在增大基底平面中的干涉對比度的聲學(xué)頻率范圍。這些聲學(xué)頻率范圍對應(yīng)于產(chǎn)生周期強(qiáng)度調(diào)制的脈沖加長模塊中的脈沖的循環(huán)持續(xù)時間，如果可能，該周期強(qiáng)度調(diào)制期望與聲學(xué)頻率不一致。在以上所提及的措施的另一優(yōu)選構(gòu)造中，AOM的聲學(xué)頻率fs不等于該至少一個脈沖加長模塊中的脈沖循環(huán)頻率，并且不等于該循環(huán)頻率的整數(shù)倍。這里“不等于”意味著AOM的聲學(xué)頻率與一個或者多個脈沖加長模塊中的循環(huán)頻率足夠不同(并且相應(yīng)地也與所述循環(huán)頻率或多個循環(huán)頻率的整數(shù)倍足夠不同)，使得盡可能地避免由于聲學(xué)頻率等于循環(huán)頻率而導(dǎo)致的基底平面中的殘留對比度。優(yōu)選地，AOM的聲學(xué)頻率與循環(huán)頻率及其整數(shù)倍的差別分別超過10%。通過以上調(diào)整聲學(xué)頻率的措施獲得當(dāng)AOM與脈沖加長模塊組合時，盡可能地降低了基底中的干涉對比度。這里，同樣不言而喻，存在至少一個AOM和/或脈沖加長模塊的措施可與以上所提及的措施(設(shè)置橫向相干長度與光路距離的比、雙折射光學(xué)元件、相干轉(zhuǎn)換器等)組合，以便光束在基底平面中的干涉現(xiàn)象被盡可能地降低或者被完全消除。根據(jù)以下說明和附圖，其它優(yōu)點和特征將變得明顯可見。不言而喻，以上所提及的特征和下面所要解釋的特征不僅可用于各個指定的組合中，而且還可用于其它組合中或者它們本身獨立使用，而不背離本發(fā)明的范圍。


附圖中示出了本發(fā)明的示例實施例，并且下文參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例實施例。在圖中圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，用于說明發(fā)生在光學(xué)系統(tǒng)中的干涉效應(yīng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的基本示意圖；圖3a)到3b)示出兩個柱狀圖，其示出在大干涉長度(圖3a))和小干涉長度(圖 3b))的情況中的不同干涉級的比例；圖4示出用于通過提供雙折射元件而抑制圖2中的光學(xué)系統(tǒng)中的干涉效應(yīng)的措施的示例實施例；圖5a)到c)示出三個柱狀圖，其示出具有或者不具有圖4中的雙折射光學(xué)元件時，混光光學(xué)布置的橫向相干長度與光路距離的比的影響；圖6示出圖4中的示例實施例的修改。圖7示出用于降低圖2中的光學(xué)系統(tǒng)的干涉效應(yīng)的措施的另一示例實施例；圖8示出與圖7類似的用于降低圖2中的光學(xué)系統(tǒng)的干涉效應(yīng)的措施的另一示例實施例；圖9示出用于降低圖2中的光學(xué)系統(tǒng)的干涉效應(yīng)的措施的另一示例實施例；圖10示出表示三個光脈沖形狀的圖；圖11針對圖10中的脈沖形狀示出干涉效應(yīng)與根據(jù)圖9的聲光調(diào)制器的聲頻的相關(guān)性的圖；圖12示出圖11的圖的局部放大圖；圖13示出在沒有提供降低干涉的措施時、圖2中的光學(xué)系統(tǒng)的相干函數(shù)的例子。圖14至21示出不同的相干函數(shù)，其中通過虛線示出根據(jù)圖13的相干函數(shù)，并且與根據(jù)圖13的相干函數(shù)相比較的，通過實線示出受降低干涉的不同措施影響后的相干函數(shù)。
具體實施例方式圖2示意性地示出產(chǎn)生用于處理基底的光束的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用附圖標(biāo)記 10表示。特別的，系統(tǒng)10用于通過光線表面(areally)熔化基底上的層的設(shè)備中。更具體的，光學(xué)系統(tǒng)10用于結(jié)晶由非晶硅制成的硅層以制造平板屏幕的設(shè)備中。在這種用于表面地熔化基底上的層的設(shè)備中，光學(xué)系統(tǒng)10是整個光學(xué)系統(tǒng)的組成部分，該整個光學(xué)系統(tǒng)除光學(xué)系統(tǒng)10之外甚至還包括其它光學(xué)單元(未示出)，例如光源 (尤其是激光)、擴(kuò)束光學(xué)單元等。在這樣的整個光學(xué)系統(tǒng)中，從光傳播方向看，根據(jù)圖2的光學(xué)系統(tǒng)10可為基底上游的最后一個光學(xué)上起作用的單元，如這里所示。如在光擴(kuò)展方向上所觀察的，光學(xué)系統(tǒng)10相應(yīng)地示出為，從光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)10的虛擬光入射平面12直到放置基底(未示出)的基底平面14。光學(xué)系統(tǒng)10被設(shè)計為在基底平面14中產(chǎn)生光束，該光束在第一維度(下文表示為X維度)上具有束長度Ls，并且在第二維度(下文表示為Y維度)上具有束寬度，其中Y 維度垂直于圖2的圖平面。在這種情況中，束長度LsS大于束寬度。束長度Ls大于100mm， 例如大約300mm，并且束寬度小于50 μ m。圖2中，用Z表示同時垂直于X維度和Y維度的光的傳播方向。在圖2中，在XZ 平面中示出光學(xué)系統(tǒng)10，出于示意的目的還繪出坐標(biāo)系統(tǒng)16。光學(xué)系統(tǒng)10具有第一混光光學(xué)布置18?；旃夤鈱W(xué)布置18具有光學(xué)元件20。光學(xué)元件20將入射光在X維度上分成彼此相鄰布置的多個光通道或者光路Ma-c，其中為了簡化說明，在所示示例實施例種，僅示出三個這樣的光路Ma-c。光學(xué)元件20被實施為圓柱透鏡陣列的形式，其中單獨圓柱透鏡的各個圓柱軸在Y 維度上延伸，即垂直于圖2的圖示平面。代替單獨圓柱透鏡陣列，也可使用由兩個圓柱透鏡
9陣列構(gòu)成的蠅眼聚光器。在圖2中，單獨透鏡被示為雙凸圓柱透鏡，但不言而喻，該透鏡還可具有其它形狀，例如平凸。光學(xué)元件20的光路Ma-c將入射到光學(xué)元件20中的光束在X維度上分成多個部分場，其中圖2中通過示例示出了三個部分場^a、28b和^c。第一光學(xué)布置18除圓柱透鏡陣列之外還具有附加的聚光器光學(xué)單元30。光學(xué)系統(tǒng)10具有另一混光光學(xué)布置36，其位于混光光學(xué)布置18的上游并且具有衍射或散射光學(xué)元件38和聚光器光學(xué)單元40，其中光學(xué)布置36將已經(jīng)預(yù)混合的入射光束引導(dǎo)到混光光學(xué)布置18上。而且，光學(xué)系統(tǒng)10具有光學(xué)布置46，其僅在Y維度上對光束起作用，以便在基底平面14上將光束聚焦為較小的束寬度。關(guān)于混光光學(xué)布置18，如以上參考圖1所解釋的，下述內(nèi)容適用入射到混光光學(xué)布置18的光線在X維度上被分成多個部分光線，所述光線以光路Ma-c表示，并在基底平面14中發(fā)生干涉效應(yīng)，其導(dǎo)致基底平面14中的線性光束的干涉對比度。下面為了即使不消除也至少降低基底平面14中的這種干涉現(xiàn)象或者干涉對比度而描述各種措施。本發(fā)明基于在光束的光束路徑中提供至少一個影響相干性的光學(xué)布置的構(gòu)思，該影響相干性的光學(xué)布置對光束作用，使得針對一個光路與至少一個其它光路的至少一個光路距離，而至少降低光的相干度。在詳細(xì)討論降低相干對比度的各種方法之前，下面將解釋術(shù)語“橫向相干長度 (lateral coherence length)，，禾口“相干函數(shù)(coherence function)，，。圖13示出典型的相干函數(shù)的分布。橫坐標(biāo)是任意單位的距離L。通過例子，例如， 圖2中混光光學(xué)布置18的光路Ma-c之中的單獨光路之間的光路距離可被選為單位。從而，距離L = 2是指從一個光路到與所考慮的光路一側(cè)的再下一個的光路的距離?？v坐標(biāo)表示可采用0至1 (0%至100% )之間的值的干涉度。值1是指完全干涉， 值0表示完全不干涉。不限制一般性，這里考慮X維度上的橫向相干，其中在混光光學(xué)系統(tǒng)18也執(zhí)行Y 維度上的混合或者在混光光學(xué)布置18之外還提供相應(yīng)的混光光學(xué)布置的情況下，這同樣適用。根據(jù)圖13的示例相干函數(shù)具有近似高斯分布。以下所有說明可等同地應(yīng)用于其它相干函數(shù)，尤其是非高斯相干函數(shù)、非單調(diào)下降的相干函數(shù)、或者其它已經(jīng)具有極小值或零的相干函數(shù)。相干長度理解為相干度K降到預(yù)定值的距離L。不限制一般性，在當(dāng)前的說明中， 相干長度理解為相干度K降到值10% (0. 1)的距離L。在圖13中，這是距離L = 3的情況。以下所介紹的措施的目標(biāo)是減小橫向相干長度。第一種措施在于設(shè)置光束的橫向相干長度與光路距離(距離L)的比，使得該比小于2，優(yōu)選為小于1。如果光束在光路Ma-C橫向的方向上的相干長度與兩個相鄰光路之間的光路距離L的比被設(shè)置為小于1，則幾乎可以完全避免相干現(xiàn)象。這是因為，在這種情況中，來自光路Ma-C中的相鄰光路不能彼此干涉，或者最多只能彼此干涉到較小的程度。圖3a)示出對于較大相干長度的情況，作為光路η的函數(shù)的、不同干涉周期？ 對總干涉對比度的貢獻(xiàn)，而圖3b)示出對于較小干涉長度的情況的各個干涉周期PnW貢獻(xiàn)。因此，通過減小相干長度，可較大地減少干涉的比例。圖4示出影響相干性的光學(xué)布置50。這里，光學(xué)布置50具有雙折射光學(xué)元件52， 該雙折射光學(xué)元件52的光入射面M和光出射面56是平面，并且相對于彼此傾斜一角度。雙折射光學(xué)元件52將入射到光入射面M中的光束分成尋常光線和非尋常光線， 這里，尋常光線用實線表示，非尋常光線用虛線表示。接著選擇光入射面M和光出射面 56之間的角度，使得對于至少一個光路距離，由光學(xué)元件52引入的尋常和非常部分光線之間的相位差為光束的光的半波長的奇數(shù)倍。以這種方式，由尋常部分光線產(chǎn)生的干涉條紋和由非常部分光線產(chǎn)生的干涉條紋相對于彼此偏移半個干涉周期，從而由于它們彼此不相干，所以基底平面14中的光線在X維度上的強(qiáng)度總體表現(xiàn)為均勻強(qiáng)度分布I。在這種情況中，優(yōu)選將雙折射元件52的晶體空間取向選擇為使得尋常和非尋常光線的強(qiáng)度盡可能相等，以便相對于彼此偏移的干涉圖案彼此精確地抵消。當(dāng)XY平面中的晶軸關(guān)于光偏振平面為45度角時，可以實現(xiàn)這一點。圖5a)針對橫向相干長度小于或等于混光光學(xué)布置18’的相鄰光路24’之間的光路距離的情況示出不同干涉級的比例Pn的柱狀圖。通過選擇這種較小的相干長度，可很好地抑制干涉現(xiàn)象。圖5b)示出橫向相干長度僅小于或者等于相鄰光路之間的光路距離的兩倍的情況。在這種情況中，第一相干級P1的貢獻(xiàn)依然較大，并且僅抑制了 P2和所有其它η > 2的相干級Pn的貢獻(xiàn)。圖5c)接著示出橫向相干長度小于或者等于相鄰光路之間的光路距離的兩倍、并且雙折射光學(xué)元件52附加地存在于光束路徑中的情況。在圖5c)中用虛線示出根據(jù)圖恥)WP1的貢獻(xiàn)，并且用實線表示當(dāng)使用雙折射光學(xué)元件52時P1的貢獻(xiàn)。根據(jù)圖5c)，很明顯通過使用至少一個具有非平面平行的光入射面和光出射面的雙折射光學(xué)元件52，可以有目的地抑制干涉級(以及它的奇數(shù)倍)，尤其是第一級(P1)15 與沒有這種雙折射光學(xué)元件的情況相比較，可以將相對于光路距離的橫向相干長度選擇為較大，或者相反地將光路數(shù)目選擇為較大。圖6示出相對于圖4修改的示例實施例，并且在該示例實施例中影響相干性的光學(xué)布置50’具有雙折射光學(xué)元件52’，該雙折射光學(xué)元件52’具有非平面平行光入射面M’ 和光出射面56’。與圖4的示例實施例不同的，存在與圖2相似的兩個混光光學(xué)布置18”和 36”。使用多個混光光學(xué)布置具有以下優(yōu)點尤其是在第二混光光學(xué)布置20”在光束的傳播方向中的情況中，光路距離L可被選擇地較大，因此，基底平面14”中的干涉周期相應(yīng)地變小并且雙折射光學(xué)元件52’的光入射面54’和光出射面56’之間的角度也同樣可被選擇得較小。盡管光路距離L更大，但通過多級混合獲得了更好的混光效果，并且尋常和非常部分光線在基底平面14”中的干涉圖案彼此偏移的程度更小，此外，色差減少并且對光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整精度的要求降低。當(dāng)圖4中的雙折射光學(xué)元件52和圖6中的雙折射光學(xué)元件52’分別布置在圓柱透鏡陣列20’和22”與下游的聚光器光學(xué)單元40’和40”之間，雙折射光學(xué)元件還可布置在光束的光束路徑中的其它位置中，例如也可以在相應(yīng)的混光光學(xué)布置18’和18”的上游或者完全在它們的下游，即聚光器光學(xué)單元40’和40”的下游。而且，如果減少基底平面14中的干涉對比度是有利的，則兩個或者更多個這樣的雙折射光學(xué)元件52或52’可用于圖2中的光學(xué)系統(tǒng)10中。圖7和8示出了用于減少基底平面14中的干涉對比度的另一措施，其可作為上述措施的替代或附加而被提供到圖2的光學(xué)系統(tǒng)10中。圖7示出具有分束器布置62的影響相干性的光學(xué)布置60。分束器布置62 (例如具有部分透射反射鏡64)將光束在光路M和沈橫向的方向(即X維度)上分成多個橫向偏移的平行部分光線66、68，其中部分光線66和68相對于彼此的傳播路徑差大于部分光線 66,68的光的時間相干長度。在根據(jù)圖7的示例實施例中，分束器布置62將光束分裂成兩個部分光線66、68。作為入射光束在部分透射反射鏡64處的反射以及在全反射鏡66處的反射的結(jié)果，出現(xiàn)部分光線68。通過光學(xué)布置60，將部分光線66和68在X維度上彼此橫向相鄰放置。將入射光束分裂成多個彼此橫向相鄰設(shè)置的部分光線66、68具有以下效果 對于相同的總光路數(shù)目，橫向相干長度與整個光束的束直徑的比減小，并且橫向相干長度與光路距離的比也減小。圖8示出相比于圖7而修改的影響相干性的光學(xué)布置60’，并且其中光束被分成三個部分光線66’、68’和70’，結(jié)果，橫向相干長度相對于光路M之間的光路距離而言甚至可以被進(jìn)一步減小。在某些環(huán)境下，校正光學(xué)布置60或60 ’引入的橫向束偏移是有利的，如圖8中的布置63所示出的。在光學(xué)系統(tǒng)10中，例如光學(xué)布置60和60’可布置在光進(jìn)入平面12的上游。代替部分透射反射鏡，這種分束器布置也可使用板、棱鏡(使用全內(nèi)反射)和/或分束層。具體的，光學(xué)布置60或60’還可被實施為相對于光束傾斜且被部分光束66穿過的平面平行板，并且部分束68在板內(nèi)被反射兩次。此外，通過多次反射可產(chǎn)生其它部分光線。在這種情況中，如果板的不同區(qū)域具有不同的分別適配的反射率的涂層，從而部分光線具有相同的強(qiáng)度，則是有利的。用于降低橫向相干長度的另一措施在于在光束的光束路徑中布置影響相干性的光學(xué)布置(未示出)，該布置具有根據(jù)DE 10 2006 018 504 Al的相干轉(zhuǎn)換器布置。這種相干轉(zhuǎn)換器布置同樣具有分束器布置并還具有束重排布(resorting)布置，該分束器布置將入射光束在X維度上分成多個部分光線，該束重排布布置在另一維度方向上彼此相鄰地布置部分光線。然后，在后一維度中發(fā)生光束的壓縮并且在前一維度中發(fā)生光束的擴(kuò)展。對于這種相干轉(zhuǎn)換器布置的更詳細(xì)的說明，參考前述文件，通過引用將其的公開內(nèi)容合并到本公開中。參照圖9，將說明用于減少圖2中的光學(xué)系統(tǒng)10的基底平面14中的干涉對比度的另一措施。下述措施可被用作以上已經(jīng)說明的措施的替代或附加。圖9示出具有聲光調(diào)制器(AOM) 72的影響相干度的光學(xué)布置70。該AOM 72具有光學(xué)元件74 (例如板)，在該光學(xué)元件74中產(chǎn)生聲波76，該聲波76相對于入射光束78橫向地在光學(xué)元件74中傳播，如通過箭頭80所表示的。聲波76可通過例如布置在一端82 處的壓電致動器(piezoactuator)(未示出)而產(chǎn)生。穿過光學(xué)元件74的聲波76具有以下效果對于入射光束78，光學(xué)元件74用作衍射或者相位光柵。聲波76可具有例如大約 5MHz到IGHz超聲范圍中的聲頻fs。當(dāng)聲波76穿過光學(xué)元件74時，其在光學(xué)元件74中帶來周期密度調(diào)制并因此帶來周期折射率調(diào)制，其產(chǎn)生以上所提及的衍射或者相位光束的效果。穿過AOM 72的光因此經(jīng)歷相移δ，其依賴于位置和時間，并且以光波長的分?jǐn)?shù)表示時具有以下形式δ (χ, t) = asin [2 π (χ/ Λ -fst) ] (2)在這種情況中，a取決于聲學(xué)幅度以及聲場在光軸方向上的范圍。Λ表示聲波的波長以及4表示聲波的頻率。時間相關(guān)的相移導(dǎo)致不同位置的光的去相關(guān)(decorrelation)，結(jié)果，橫向相干性減小。對于光路距離L，相干度的減小以及因此干涉對比度的減小取決于AOM 72的振幅a 以及波長Λ，并且取決于光路距離L。從而，AOM 72被設(shè)計為與圖2中的混光光學(xué)布置18相互作用，就光路M和沈而言，該混光光學(xué)布置18而將入射到混光光學(xué)布置18上的光束分成多個部分場^aJ8b、 28c,該多個部分場^aJSb JSc在基底平面14中彼此疊加，使得針對所述光路之間的距離的橫向相干度減少，并且干涉相應(yīng)地降低。具體的，AOM 72的聲波長Λ和聲振幅a對于至少一個光路距離L可被設(shè)置或設(shè)置為滿足以下條件J0[|2a sin(3iL/A) |] << 1 (3)其中Jci是0次貝塞爾函數(shù)。其中定義 =pasin(JiL/A) |，貝塞爾函數(shù)Jtl的零點是 =2. 40483,5. 52008， 8.65373，11. 7915，......如果L= Λ不是正好成立，則總是可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇聲波76的振幅a來滿足條件(3)。由于正弦的周期性，該條件還可適用于值L+mA，并且由于對稱性，其還適用于 (A-L)+mA。特別優(yōu)選以下情形對于其它光路距離L也滿足條件(3)，或者該積分具有 <<1的值
0128
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生處理布置在基底平面(14)中的基底的光束，其中所述光束在第一維度(X)上具有束長度(L)并且在第二維度(Y)上具有束寬度(B)，所述第一維度 (X)垂直于所述光束的傳播方向(Z)，所述第二維度(Y)垂直于所述第一維度(X)并且垂直于所述光束的傳播方向(Z)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個混光光學(xué)布置(18;18’ ；18”)，所述混光光學(xué)布置(18 ；18’；18”)在所述第一和第二維度中的至少一個上將所述光束分成多個光路O^-c)，所述多個光路(Ma-c)以彼此疊加的方式入射在所述基底平面(14)中，其特征在于至少一個影響相干性的光學(xué)布置(50 ；50’ ；60 ；60’ ；70)存在于所述光束的光束路徑中，并且對所述光束作用，使得對于一個光路(Ma-c)與至少一個其它光路(Ma-c)的至少一個光路距離，至少減少所述光的相干度。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光束在所述光路(Ma-c)橫向上的橫向相干長度與至少兩個相鄰光路(Ma-c)之間的光路距離的比小于2，優(yōu)選小于1。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個影響相干性的光學(xué)布置(60 ；60’ )具有至少一個分束器布置(62 ；62’)，所述分束器布置(62 ；62’ )將所述光束在所述光路O^-c)的橫向上分成多個橫向偏移的部分光線(66，68 ；66',68' ；70’)，所述橫向偏移的部分光線(66，68 ；66',68' ；70’ )相對于彼此的傳播路徑差大于所述部分光線的光的時間相干長度。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個影響相干性的光學(xué)布置具有相干轉(zhuǎn)換器布置，所述相干轉(zhuǎn)換器布置具有分束器布置以及束重排布布置，所述分束器布置在所述兩個維度中的一個維度上將所述光束分成多個部分光線，并且所述束重排布布置在所述兩個維度中的另一維度的方向上彼此相鄰地布置所述部分光線。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個影響相干性的光學(xué)布置(50 ；50’)具有至少一個光學(xué)元件(52 ；52’)，所述至少一個光學(xué)元件(52 ； 52’ )的光入射面(54 ；54’ )和光出射面(56 ；56’ )是平面并且彼此傾斜一角度，并且所述至少一個光學(xué)元件(52 ；52’ )是雙折射的。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光入射面(54；54’ )和所述光出射面(56 ；56’ )之間的角度被選擇為使得對于所述至少一個光路距離，尋常部分光線以及非常部分光線之間的相位差是半光波長的奇數(shù)倍，所述相位差由所述光學(xué)元件(52 ；52’ )引入。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個光學(xué)元件(52；52’) 在所述光束的傳播方向中布置在所述至少一個混光光學(xué)布置(18 ；18’ ；18”)的下游。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于存在多個混光光學(xué)布置(18,36 ；18”，36”)。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個影響相干性的光學(xué)布置(70)具有至少一個聲光調(diào)制器(AOM) (72)。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述AOM(72)的聲學(xué)波長λ和/或聲學(xué)振幅a是可調(diào)的。
11.如權(quán)利要求9或10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述A0M(72)的聲學(xué)波長Λ和聲學(xué)振幅a被選擇或者設(shè)置為使得對于所述至少一個光路距離L，滿足條件J0[|2asin(jiL/A) ] << 1，其中Jtl是零階貝塞爾函數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述AOM(72)的聲學(xué)振幅a和聲學(xué)波長Λ被選擇為使得對于所述至少一個光路距離L，滿足aSin( JiL/Λ) <0.75。
13.如權(quán)利要求9至12中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于存在多個AOM(72)， 其中不同的AOM設(shè)置不同的聲學(xué)波長和/或聲學(xué)振幅，以便對于多個光路距離，至少減少相干度。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于僅存在一個 AOM(72)，其中同時設(shè)置多個不同的聲學(xué)波長和/或聲學(xué)振幅，以便對于多個光路距離，至少減少干涉度。
15.如權(quán)利要求9至14中的任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光束是脈沖化的，并且在所述光束路徑中布置至少一個脈沖加長模塊(88)。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述AOM的聲學(xué)波長Λ或者其整數(shù)倍與被加長的脈沖相配合，使得所述基底平面(14)中的干涉對比度小于10%，優(yōu)選小于5%， 更優(yōu)選小于1%。
17.如權(quán)利要求15或16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述Α0Μ(72)的聲學(xué)頻率仁不等于所述至少一個脈沖加長模塊(88)中的脈沖的循環(huán)頻率，并且不等于所述循環(huán)頻率的整數(shù)倍。
18.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述AOM(72)的聲學(xué)頻率fs與所述至少一個脈沖加長模塊(88)中的脈沖的循環(huán)頻率以及所有整數(shù)倍的差別大于5%，優(yōu)選大于 10%。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述A0M(72)的聲學(xué)頻率fs與所有脈沖加長模塊(88)中的脈沖的相應(yīng)循環(huán)頻率及其所有整數(shù)倍的差別大于5%，優(yōu)選大于 10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生處理布置在基底平面(14)中的基底的光束，其中所述光束在第一維度(X)上具有束長度(L)并且在第二維度(Y)上具有束寬度(B)，所述第一維度(X)垂直于所述光束的傳播方向(Z)，所述第二維度(Y)垂直于所述第一維度(X)并且垂直于所述光束的傳播方向(Z)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個混光光學(xué)布置(18)，所述混光光學(xué)布置(18)在所述第一和第二維度中的至少一個上將所述光束分成多個光路(24a-c)，所述多個光路(24a-c)以彼此疊加的方式入射在所述基底平面(14)中。至少一個影響相干性的光學(xué)布置存在于所述光束的光束路徑中，并且對所述光束作用，使得對于一個光路與至少一個其它光路的至少一個光路距離，至少減少所述光的相干度。
文檔編號G02B27/48GK102576152SQ201080044075
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者D.菲奧爾卡, H.明茲, J.萬格勒, W.默克爾 申請人:卡爾蔡司激光器材有限責(zé)任公司