Strahlformer: Strahlformung von DUV zu MIR Application Note
Die Formung von Laserstrahlen ist eine potenzielle Technik zur Optimierung von Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung, insbesondere zur Verbesserung der Oberflächenqualität und des Durchsatzes bei der additiven 3D-Fertigung (AM), der Tiefenkontrolle und der Kantenprofilkontrolle bei der Bearbeitung.
Es gab einige im Handel erhältliche Strahlformer, um das räumliche Profil zu manipulieren. Für Systemintegratoren oder Endbenutzer dient es als Modul zur Umverteilung der Laserenergie zur Verbesserung der Strahlnutzungseffizienz, insbesondere bei Bearbeitungsanwendungen. Die Strahlqualitätskontrolle erfolgt jedoch meist durch Schätzung, da das Charakterisierungstool und der Quantifizierungsparameter fehlen. Darüber hinaus ist in mehreren anderen Fertigungsanwendungen, wie der additiven Fertigung oder der hochauflösenden Bildgebung, eine kundenspezifische Strahlformung erforderlich. Ein systematischer Strahldesignansatz ist für Lasermaterialbearbeitungsanwendungen unerlässlich.
Funktionsprinzip
Das Gesamtdesignkonzept eines Strahlformers fällt in zwei Kategorien, nämlich refraktiv und diffraktiv. Eine der „beliebten“ Anwendungen eines Strahlformers ist die Umverteilung der Energie von Gauß zu Top-Hat, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Der Strahlformer ist normalerweise ein anpassbares optisches Gerät. Nachfolgend sind die Anpassungsspezifikationen aufgeführt.
| Gleichmäßiges Intensitätsprofil | + /-5% |
| Höchstleistung | Kundenspezifische |
| Übertragungseffizienz | 90% |
| Empfindlichkeit gegenüber XY-Verschiebung | 5 % des Eingangsstrahls |
| Drehung unempfindlich | Runder Ausgangsstrahl |
| Empfindlichkeit gegenüber Arbeitsabstand | <50 % der Punktgröße |
Anwendungen
(a) Diffraktiver Strahlformer für Top-Hat-Laser bei 1940 nm
Innerhalb des mittleren IR-Wellenlängenbereichs hat der 1940-nm-Faserlaser einzigartige Vorteile bei der Verarbeitung transparenter Polymere gezeigt. In dem Fall, in dem eine gleichmäßige Energieverteilung erforderlich ist, um Luftblasen zu vermeiden, wird ein Top-Hat-Strahlformer wie in Abbildung 2 gezeigt konstruiert. In Zusammenarbeit mit der Agency of Science Technology and Research (A*STAR) wurde ein spezielles Softwaredesign entwickelt. .
(b) Refraktiver Strahlformer für Linienlaser bei 193 nm
Es hat sich herausgestellt, dass eine Strahllinie mit hohem Aspektverhältnis bei der Lasermaterialbearbeitung nützlich ist. Beispielsweise kann bei DUV-Lithographieanwendungen die einheitliche Strahllinie die Verarbeitungsgeschwindigkeit effektiv verbessern. Wie in Abbildung 400 gezeigt, wurde ein Seitenverhältnis von fast 1:4 erreicht. Es wurde mit zwei speziell entwickelten Linsen erreicht.
