纤维传送激光光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种纤维传送激光光学系统(1)，其包括：第一光纤(3)，其传送从激光振荡器(2)输出的激光；准直透镜(4)，其校准从第一光纤(3)射出的激光；球面阵列透镜(5)，其利用多个单元(5a)把从准直透镜(4)射出的激光会聚成多点光点；多个第二光纤(6)，其具有比第一光纤(3)小的芯径，使由球面阵列透镜(5)会聚成多点光点的各激光入射，且使射出端(6b)的轴线相互平行而排列成直线状的一列；以及光学系统(7～11)，其把从多个第二光纤(6)射出的激光形成为在照射面(12)上构成直线状的激光。即使传送来自激光振荡器的激光的光纤具有较大的芯径，也能形成短边方向的尺寸较小的线状光束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用纤维传送从振荡器输出的激光，并形成线状光束的纤维传送激光光学系统，适用于薄膜硅的退火处理。
技术介绍
作为利用激光的结晶化、表面改良技术，已知有激光退火技术。在激光退火装置中，作为从激光振荡器射出的激光，大多使用矩形或线状的准分子激光。在专利文献1、2中提出了使用准分子激光的退火装置。在这些装置中，使用了正交配置多个柱面透镜阵列的光学系统，利用该光学系统，把从激光振荡器射出的激光形成为如下的激光，即在截面的·一个方向上具有均勻强度分布，另一方面，在与此正交的方向上具有极高的会聚特性、可称为细线状分布的激光。这样，在把从激光振荡器射出的激光形成为线状分布的光学系统中，由于激光振荡器的射出位置与线状分布激光的形成位置的相对位置关系确定，所以进行退火处理、曝光处理的装置的布局、装置面积、装置体积的自由度受到限制。因此，近年来，出现了在激光射出端安装光纤，并用纤维传送激光的纤维传送激光光学系统。纤维传送激光光学系统通过使用光纤，能增加从激光振荡器射出的激光的传送自由度，所以上述的装置布局问题逐渐被消除。在先技术文献专利文献专利文献I :日本特开平10-244392号公报专利文献2 日本特开平10-153746号公报
技术实现思路
另一方面，激光振荡器的性能日渐提高，其输出功率不断升高，所以安装在激光振荡器的射出端的光纤有可能受到损伤。该损伤主要在光纤的射入端产生，并存在射入的激光的密度越高越容易产生损伤的倾向。在这里，作为一种降低激光的输入密度的方法，可以列举加大光纤芯径的方法。即，用芯径与激光振荡器的输出功率相应的光纤来进行激光的会聚，并降低输出功率密度的方法。但是，在进行退火处理或曝光处理的激光装置中，进行处理的激光的能量密度较高是很重要的，为了廉价地提供进行了退火处理的加工品，需要使吞吐能力提高。为了提高吞吐能力，要提高上述线状分布的激光能量密度且使其可处理较大面积，为此需要加大激光截面的长边方向的尺寸。然而，为了提高吞吐能力，若想要进一步减小激光短边方向的尺寸以提高能量密度，则根据从光纤射出的激光的射出角度，存在光学倍率超过阿贝衍射理论的情况，在该情况下，会产生能量损失。除此之外，为了避免光纤的损伤，还需要加大芯径，所以无法把从激光振荡器射出的激光形成为短边方向的尺寸较小的线状光束。本专利技术为克服这样的问题而研究出，其目的在于提供一种纤维传送激光光学系统，即使传送从激光振荡器射出的激光的光纤具有较大的芯径，也能把从光纤射出的激光形成为短边方向的尺寸小的线状光束。为了解决上述问题，本专利技术的纤维传送激光光学系统I包括第一光纤3，其传送从激光振荡器2输出的激光；准直透镜4,其校准(collimate)从该第一光纤射出的激光；阵列透镜5，其利用多个单元(cell)把从该准直透镜射出的激光会聚成多点光点；多个第二光纤6，其具有比上述第一光纤小的芯径，使由上述阵列透镜会聚成多点光点的各激光入射，且使射出端6b的轴线相互平行而排列成直线状的一列；以及线性化光学系统7 11，其把从该多个第二光纤射出的激光形成为在照射面12上构成直线状的激光。根据该结构，通过利用阵列透镜把从第一光纤射出的激光会聚成多点光点，并使光射入第二光纤，将第二光纤的射出端排列成一列，能加大第一光纤的芯径并减轻其损伤， 且能得到长边方向相对于短边方向的尺寸比很大的线状光束。另外，通过变更阵列透镜的光点数和第二光纤的条数，也能自由地设定线状光束的短边方向的尺寸。另外，根据本专利技术的一个方面，在假设上述第一光纤的芯径为A，把激光会聚到上述照射面上的会聚透镜的短边方向的NA(NumericalAperture :数值孔径)为N,上述照射面12的激光的短边方向的尺寸为C时，在满SN < I的条件下，满足C <A。根据该结构，在把从会聚透镜到照射面的距离设定为适当值后，能任意地选择N，并且能在满足N < I的条件下形成满足C < A的线状光束。另外，根据本专利技术的一个方面，在假设上述第一光纤的芯径为A，上述第一光纤的NA为B，上述第二光纤的芯径为L，上述第二光纤的NA为K，上述准直透镜的光束直径为D4，与上述阵列透镜的上述单元外切的圆的直径为D5时，能满足D4/D5 = (A X B) / (L X K)。根据该结构，能得到使从第一光纤射出的激光射入到第二光纤中而不产生能量损失，并得到强度(能量密度)更高的线状光束。另外，根据本专利技术的一个方面，上述线性化光学系统包含第一柱面透镜7，其使从上述第二光纤射出的激光在上述第二光纤的排列方向(Y轴方向)上折射；第二柱面透镜8，其使从上述第二光纤射出的激光在与上述第二光纤的排列方向正交的方向(X轴方向)上折射；柱面阵列透镜9，其使从上述第一柱面透镜和上述第二柱面透镜射出的激光在上述第二光纤的排列方向上折射；第三柱面透镜10，其针对上述柱面阵列透镜9利用柯勒照明原理，使从上述柱面阵列透镜射出的激光在上述第二光纤的排列方向上折射，以及第四柱面透镜11，其利用针对上述第二柱面透镜8的成像关系，使从上述柱面阵列透镜射出的激光在与上述第二光纤的排列方向正交的方向上折射。根据该结构，能把从多个第二光纤射出的激光在照射面上形成为在长边方向和短边方向上都具有均匀的强度分布的线状光束。另外，根据本专利技术的一个方面，能把纤维传送激光光学系统作为适用于激光退火装置上的构成。由此，能利用短边方向的尺寸较小(能量密度高)、长边方向的尺寸较大的线状激光，实现吞吐能力高的退火处理。这样，根据本专利技术，能把从光纤射出的激光形成为短边方向的尺寸较小的线状光束，而不使能量损失产生。附图说明图I是实施方式的纤维传送激光光学系统的示意图。图2是在图I中示出的纤维传送激光光学系统的透视图。图3是第二光纤的射入端和射出端的配置图。图4是表示在照射面的光强度分布的图。标号说明I纤维传送激光光学系统2激光振荡器3第一光纤4准直透镜5球面阵列透镜5a 单元6第二光纤6a射入端6b射出端7柱面透镜(第一柱面透镜) 8柱面透镜(第二柱面透镜)9柱面阵列透镜10柱面透镜(第三柱面透镜)11柱面透镜(第四柱面透镜)12照射面A第一光纤3的芯径B第一光纤3的NAL第二光纤6的芯径K第二光纤6的NAN把激光会聚到照射面12上的透镜的短边方向的NAC照射面12上激光的短边方向的尺寸M照射面12上激光的长边方向的尺寸D4准直透镜4的光束直径D5与球面阵列透镜5的单元5a外切的圆的直径具体实施例方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。图I是实施方式的纤维传送激光光学系统I的示意图，(A)示出光学系统的正面，(B)示出了光学系统的侧面。如图I、图2所示，纤维传送激光光学系统I包括在激光射出端安装了第一光纤3的激光振荡器2。第一光纤3具有即使从激光振荡器2射出的激光射入也不会损伤的较大芯径，激光具有发散角而从第一光纤3的射出端射出。在第一光纤3的射出侧配置有准直透镜4，从第一光纤3射出的激光由准直透镜4转变成平行光。在准直透镜4的射出侧配置有球面阵列透镜5。球面阵列透镜5是使单元5a沿着在平面上相互正交的X轴和Y轴方向连续、呈X轴方向和Y轴方向都形成多列的矩阵状配置，单元5a由俯视呈正方形的球面透镜构成。在本实施方式中，球面阵列透镜5由配置成在X轴方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢幡祯也，相田善明，富樫陵太郎，佐藤亮介，井波俊夫，草间秀晃，
申请(专利权)人：昭和光电株式会社，株式会社日本制钢所，
类型：
国别省市：