JPH10260378A - Laser light converging and irradiating device - Google Patents
Laser light converging and irradiating deviceInfo
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- JPH10260378A JPH10260378A JP9065973A JP6597397A JPH10260378A JP H10260378 A JPH10260378 A JP H10260378A JP 9065973 A JP9065973 A JP 9065973A JP 6597397 A JP6597397 A JP 6597397A JP H10260378 A JPH10260378 A JP H10260378A
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Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザー光を対象物
に集光照射するレーザー光集光照射装置に関し、特に集
光前のレーザー光の空間強度分布に依存せずに、集光後
のレーザー光の空間強度分布を制御する技術に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam condensing / irradiating apparatus for converging and irradiating a laser beam onto an object, and more particularly to a laser beam after condensing without depending on the spatial intensity distribution of the laser beam before condensing. The present invention relates to a technique for controlling the spatial intensity distribution of light.
【0002】[0002]
【従来の技術】大出力レーザー装置においては、非線形
屈折率等の影響を受けるため完全なガウシアンビーム出
力を得ることは困難なばかりでなく、ガウシアンビーム
ではレーザー装置におけるエネルギー取り出し効率も低
く、実用的ではない。このため現在の大出力レーザー装
置においてはほとんどの場合、矩形ビーム出力を取り出
しており、またその出力波面は非線形屈折率等の影響に
よりかなり歪んだものとなっている。これをレンズ等で
対象物上に集光した場合、集光面上では、その空間周波
数のフーリエ変換に相当する極めて不均一な強度分布と
なり、更に波面の歪みによりホットスポットと呼ばれる
エネルギーが集中する場所が発生し、使用上の障害とな
っていた。2. Description of the Related Art In a high-power laser device, it is not only difficult to obtain a complete Gaussian beam output due to the influence of a nonlinear refractive index and the like, but also a Gaussian beam has a low energy extraction efficiency in a laser device and is practical. is not. For this reason, in most current high-power laser devices, a rectangular beam output is extracted in most cases, and the output wavefront is considerably distorted due to the influence of the nonlinear refractive index and the like. When this light is condensed on an object using a lens or the like, an extremely non-uniform intensity distribution corresponding to the Fourier transform of the spatial frequency is obtained on the light condensing surface, and energy called a hot spot is concentrated due to wavefront distortion. The location occurred and was an obstacle to use.
【0003】この問題を解決するために、本発明者は過
去において、ランダム位相板に広帯域レーザー装置と波
長分散性媒質を組み合わせたもの(特開平4−1057
81号公報)、および多重反射鏡を組み合わせたもの
(特開平8−94961号公報)を発明している。これ
らの装置においては集光前のレーザー光の空間強度分布
や波面の歪みに関係なく、集光後のレーザー光の空間強
度分布をいつも一定にできるという利点を有していた。In order to solve this problem, the present inventor has previously used a combination of a broadband laser device and a wavelength dispersive medium on a random phase plate (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-1057).
No. 81) and a combination of multiple reflecting mirrors (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-94961). These devices have the advantage that the spatial intensity distribution of the laser light after focusing can always be kept constant irrespective of the spatial intensity distribution of the laser light before focusing and the distortion of the wavefront.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の発明(特開平4−105781号公報および特開平8
−94961号公報)においては、ランダム位相板を使
用しているため、その集光後のレーザー光の空間強度分
布はsinc自乗関数、すなわち中心が強く周辺部が弱
い特定の一つの強度分布関数しか得ることができなかっ
た。However, the above-mentioned conventional inventions (JP-A-4-105578 and JP-A-8-10781)
Japanese Patent Application Publication No. 94961) uses a random phase plate, so that the spatial intensity distribution of the condensed laser light is a sinc square function, that is, only one specific intensity distribution function having a strong center and a weak peripheral portion. I couldn't get it.
【0005】本発明は、上記の点にかんがみなされたも
ので、中心部が弱く周辺部が強い集光後のレーザー光の
空間強度分布が得られるレーザー光集光照射装置を提供
することを目的とするものとする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a laser beam condensing / irradiating apparatus capable of obtaining a spatial intensity distribution of a condensed laser beam having a weak central portion and a strong peripheral portion. It is assumed that
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
従来技術において用いられていたランダム位相板に代え
て、光学的に異なったピッチの複数のフレネルゾーンプ
レートを同心上に共存させた単位セルと、この単位セル
と相補的な位相関係にある同一パターンの単位セルとを
同一面上にランダムに同一個数配置することによって作
成した複合フレネルゾーンプレートを、前記集光レンズ
の直前もしくは直後に配置したものである。According to the present invention, there is provided a unit cell in which a plurality of Fresnel zone plates having optically different pitches coexist concentrically in place of the random phase plate used in the prior art. And a composite Fresnel zone plate created by randomly arranging the same number of unit cells having the same pattern in a complementary phase relationship with the unit cell on the same surface, and immediately before or after the condenser lens. It was done.
【0007】また、複合フレネルゾーンプレートおよび
集光レンズの手前の光軸上にレーザー光を微小に角度の
異なるビーム束となる多重反射鏡を配置したものであ
る。In addition, a multiple reflection mirror for forming a laser beam slightly different in angle from a laser beam is arranged on the optical axis in front of the composite Fresnel zone plate and the condenser lens.
【0008】さらに、帯域幅の広いレーザー光を使用し
複合フレネルゾーンプレートおよび集光レンズの手前の
光軸上に波長分散性媒質を配置したものである。Further, a wavelength dispersive medium is arranged on the optical axis in front of the composite Fresnel zone plate and the condenser lens using a laser beam having a wide bandwidth.
【0009】また、帯域幅の広いレーザー光を使用し、
複合フレネルゾーンプレートおよび集光レンズの手前の
光軸上に波長分散性媒質と多重反射鏡とを配置したもの
である。In addition, a laser beam having a wide bandwidth is used,
A wavelength dispersive medium and a multiple reflecting mirror are arranged on an optical axis before a composite Fresnel zone plate and a condenser lens.
【0010】このように本発明では、複合フレネルゾー
ンプレートと称する新規な位相板を設置することによ
り、中心部が弱く周辺部が強いという集光後のレーザー
光の空間強度分布を得ることを可能とした。As described above, according to the present invention, by installing a novel phase plate called a composite Fresnel zone plate, it is possible to obtain a spatial intensity distribution of a focused laser beam having a weak central portion and a strong peripheral portion. And
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】はじめに、本発明における主要な
構成要素である複合フレネルゾーンプレートについて説
明する。一般にフレネルゾーンプレートとはフレネルの
半周期ゾーンを交互に黒く塗りつぶすか、位相を変えた
ものである。大出力レーザーにおいては黒く塗りつぶす
ことは出力エネルギーの半分を捨てることになるため、
通常は半周期ゾーンに対して交互に0とπラディアンの
位相差を与えたものが用いられる。本発明の複合フレネ
ルゾーンプレートにおいては、この通常のフレネルゾー
ンプレートの中に光学的なピッチの異なった別のフレネ
ルゾーンプレートを中心を同じくして共存させたものを
単位セルとする。そして、この単位セルに対し0とπラ
ディアンの位相差が逆になった相補的な単位セルととも
に両者の割合が半々となるように同一プレート上にラン
ダムに多数配置する。本発明においてはこうして得られ
た複合フレネルゾーンプレートを集光レンズの直前もし
くは直後に配置する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a composite Fresnel zone plate which is a main component of the present invention will be described. In general, a Fresnel zone plate is obtained by alternately filling a half-period zone of Fresnel with black or changing its phase. For high-power lasers, blacking out discards half of the output energy,
Usually, a phase difference of 0 and π radian is alternately applied to a half-period zone. In the composite Fresnel zone plate of the present invention, a unit cell in which another Fresnel zone plate having a different optical pitch coexists at the same center in the ordinary Fresnel zone plate. A large number of the unit cells are arranged at random on the same plate together with the complementary unit cells in which the phase difference between 0 and π radian is opposite to each other so that the ratio between the two becomes half. In the present invention, the composite Fresnel zone plate thus obtained is disposed immediately before or immediately after the condenser lens.
【0012】通常のフレネルゾーンプレートはレンズの
ように働き、平行なレーザー光を入射するならば1点に
強い光の集中が起こる。通常のフレネルゾーンプレート
を集光レンズの直前あるいは直後に配置した場合、それ
らは2枚のレンズを重ね合わせたように作用し、焦点距
離は集光レンズ単独のときよりも短焦点側に移動する。
その結果、もともとの集光レンズの焦点位置ではレーザ
ー光はこの焦点距離の短縮に対応した分だけ焦点よりず
れており、レーザー光の空間強度分布は幾何光学的に広
がりを持つ。本発明における複合フレネルゾーンプレー
トの単位セルは一見、中心部と周辺部で焦点距離の異な
る2重焦点距離レンズのように思われがちだが、実際に
は光の干渉効果により相互に干渉するため、単純な重ね
合わせにはならない。その状況は位相指数を考慮した計
算機シミュレーションにより調べることができる。そし
てそのピッチの組み合わせの中から、もともとの集光レ
ンズの焦点位置付近において、レーザー光の空間強度分
布の中心が弱く周辺部が強くなるような組み合わせを選
ぶことができる。しかしながらこの一つの単位セルのみ
を使用した場合、実際に計算と同じ空間強度分布が得ら
れるのは集光前のレーザー光の強度分布や波面が空間的
に一様であった場合に限られる。すでに述べたように実
際の大出力レーザーにおいてはそのようなレーザ光を得
ることはできないので、この単位セル一つだけでは実用
的ではない。A normal Fresnel zone plate works like a lens, and if parallel laser light is incident, strong light concentration occurs at one point. When a normal Fresnel zone plate is placed immediately before or after the condenser lens, they act as if two lenses are superimposed, and the focal length moves to the shorter focal length side than when the condenser lens is used alone. .
As a result, at the original focal position of the condenser lens, the laser light is shifted from the focal point by an amount corresponding to the reduction of the focal length, and the spatial intensity distribution of the laser light has a geometric optical spread. At first glance, the unit cells of the composite Fresnel zone plate in the present invention tend to look like a double focal length lens having different focal lengths at the center and the periphery, but actually interfere with each other due to light interference effects. It is not a simple superposition. The situation can be examined by computer simulation considering the phase index. Then, from the combinations of the pitches, it is possible to select a combination in which the center of the spatial intensity distribution of the laser light is weak and the peripheral portion is strong near the focal position of the original condenser lens. However, when only this one unit cell is used, the same spatial intensity distribution as that of the calculation is actually obtained only when the intensity distribution and wavefront of the laser beam before focusing are spatially uniform. As described above, such a laser beam cannot be obtained with an actual high-power laser, so that this unit cell alone is not practical.
【0013】本発明の複合フレネルゾーンプレートにお
いては、この単位セルと、それとは位相差が逆になった
相補的な単位セルを両者の割合が半々となるように同一
プレート上にランダムに多数配置している。これによっ
て入射レーザー光は各々単位セルの大きさの多数の微少
ビームに分割されたことになる。分割された微少ビーム
は一つの同じ集光レンズによって集光されるので、その
集光レンズの焦点面付近ではそれらの微少ビームが相互
に干渉しながら重なりあう。この干渉しながら重なりあ
うところの状況は従来のランダム位相板と同様に、多数
のスペックルパターンの集合体となるが、従来のランダ
ム位相板と異なって、その包絡線はランダム位相板のと
きのsinc自乗関数ではなく、単位セルの時に計算で
求められた空間強度分布となる。そしてその空間強度分
布はランダム位相板のときと同様に集光前のレーザー光
に依存しない。In the composite Fresnel zone plate of the present invention, a large number of this unit cell and a plurality of complementary unit cells having a phase difference opposite to each other are randomly arranged on the same plate so that the ratio between the two is evenly divided. doing. As a result, the incident laser light is divided into a number of minute beams each having the size of a unit cell. Since the divided minute beams are condensed by one and the same condensing lens, the micro beams overlap each other near the focal plane of the condensing lens while interfering with each other. The situation where this interference occurs and overlaps is a collection of many speckle patterns, similar to the conventional random phase plate, but unlike the conventional random phase plate, its envelope is the same as that of the random phase plate. It is not a sinc square function, but a spatial intensity distribution calculated by a unit cell. And the spatial intensity distribution does not depend on the laser light before focusing like the case of the random phase plate.
【0014】さらにこのスペックルパターンや微細な集
光後の空間強度分布の振動は、広帯域レーザー光と波長
分散性媒質、または多重反射鏡、あるいはその両方の組
み合わせにより、除去可能であることは、ランダム位相
板の場合と同様である。Further, it is clear that the speckle pattern and the vibration of the spatial intensity distribution after the fine focusing can be removed by a combination of a broadband laser beam and a wavelength dispersive medium, or a multiple reflecting mirror, or both. This is similar to the case of the random phase plate.
【0015】[0015]
【実施例】図1に、本発明の第1の実施例の基本的な構
成の光学配置を示す。大出力レーザーから出力されたレ
ーザー光Lは複合フレネルゾーンプレート1を通過した
あと集光レンズ2によって集光される。対象物3は集光
レンズ2の焦点距離にあたるf離れた位置近辺に置かれ
る。複合フレネルゾーンプレート1の具体的な位相パタ
ーンの例を図2にその一部として示す。FIG. 1 shows an optical arrangement of a basic configuration of a first embodiment of the present invention. The laser light L output from the high-power laser passes through the composite Fresnel zone plate 1 and is condensed by the condenser lens 2. The target object 3 is placed near a position f away from the focal length of the condenser lens 2. An example of a specific phase pattern of the composite Fresnel zone plate 1 is shown as a part in FIG.
【0016】複合フレネルゾーンプレート1はこの図2
のようなパターンが出力レーザー光Lの口径を充分満た
す面積にわたって敷き詰めてある。図中、黒く塗りつぶ
してある部分が位相シフトがπラディアンとなっている
部分で白い部分は位相シフトが0であることを示す。1
A,1Bは互に相補的な位相関係にある単位セルで、同
数がランダムに配置されている。さらにその中の一つの
単位セル1A,1Bについて、各々のフレネルの半周期
ゾーンの直径d1〜d3を示したものが図3,図4であ
る。The composite Fresnel zone plate 1 is shown in FIG.
Such a pattern is spread over an area that sufficiently satisfies the aperture of the output laser light L. In the figure, a black portion indicates a phase shift of π radian, and a white portion indicates that the phase shift is 0. 1
A and 1B are unit cells having a mutually complementary phase relationship, and the same number is randomly arranged. FIGS. 3 and 4 show the diameters d1 to d3 of the half-period zone of each Fresnel for one of the unit cells 1A and 1B.
【0017】図3,図4の(a),(b)はそれぞれ単
位セル1A,1Bの平面図と中心を通る断面の模式図で
あり、いずれも直径d1〜d3までしか示していない
が、d1〜d14までの具体的数値を示すと下記のよう
になる。 FIGS. 3A and 4B are a plan view of the unit cells 1A and 1B and a schematic view of a cross section passing through the center, respectively, and all show only the diameters d1 to d3. The specific values of d1 to d14 are as follows.
【0018】図3,図4において、各(a)の平面図の
黒い部分はπラディアンの位相シフトを有する部分で、
たとえば光学ガラスなど空気と屈折率の異なる材料を利
用してこれを実現する場合、位相シフトの分だけ厚くな
るため、模式的に描けば各(b)の断面図に示したよう
な厚みt1,t2の差による段差となる。In FIGS. 3 and 4, the black portions in each of the plan views (a) are portions having a phase shift of π radian.
For example, when this is realized by using a material having a refractive index different from that of air, such as optical glass, the thickness is increased by the amount of the phase shift. There is a step due to the difference in t2.
【0019】フレネルのn番目の半周期ゾーンは一般に
は で表されるが、この実施例ではd1からd3までがr0
=2であるのに対し、d4から外側ではr0=3となっ
ている。このように光学的に異なったピッチの複数のフ
レネルゾーンプレートを同心上に共存させて単位セル1
A,1Bとしているところが本発明の特徴である。この
単位セル1Aと1Bを通過したレーザー光Lを焦点距離
1mの集光レンズ2で集光したときの距離fにおける空
間強度分布を計算機シミュレーションによって求めたも
のが、図5である。The n th half-period zone of Fresnel is generally In this embodiment, d1 to d3 are r0
= 2, whereas r0 = 3 outside of d4. In this way, a plurality of Fresnel zone plates having optically different pitches coexist concentrically to form the unit cell 1.
A and 1B are features of the present invention. FIG. 5 shows, by computer simulation, the spatial intensity distribution at a distance f when the laser beam L passing through the unit cells 1A and 1B is condensed by the condenser lens 2 having a focal length of 1 m.
【0020】計算においては結果が完全な回転対象とな
るため、図5では中心から片側だけを表示してある。す
なわち0のところが中心であって、500と表示されて
いるあたりが集光されたレーザー光Lの外周の縁のあた
りとなる。干渉による振動波形が含まれているが実際に
は対象物3を距離fの位置からわずかにずらすことによ
り、この振動は緩和される。実際に本実施例を試作し、
対象物3の位置でのレーザー光Lの空間強度分布を測定
したものを図6に示す。In the calculation, since the result is a complete rotation target, only one side from the center is shown in FIG. That is, 0 is the center, and the area indicated by 500 is the area around the outer edge of the condensed laser light L. Although a vibration waveform due to interference is included, this vibration is actually mitigated by slightly shifting the object 3 from the position of the distance f. Actually prototyped this example,
FIG. 6 shows a measurement of the spatial intensity distribution of the laser light L at the position of the target 3.
【0021】図6は、図5と異なり、半分ではなく全部
を表示している。したがって、中央の0と表示されたと
ころが中心で、−500および500と表示されている
ところはいずれもレーザー光Lの外周の縁にあたる。図
5,図6ともに縦軸は光の強度である。FIG. 6 is different from FIG. 5 in that the whole is displayed instead of the half. Accordingly, the center where 0 is displayed is the center, and the places where -500 and 500 are displayed correspond to the outer peripheral edge of the laser beam L. 5 and 6, the vertical axis represents the light intensity.
【0022】次に、第2の実施例について図7により説
明する。第2の実施例は複合フレネルゾーンプレート1
と集光レンズ2の手前の光軸上に多重反射鏡を配置した
例である。図7において、4は多重反射鏡、5はレーザ
ー増幅器、10はレーザー発振器を示す。多重反射鏡4
はその両面に部分反射コートが施してあり、到達したレ
ーザー光Lの一部が透過し、残りは反射される。多重反
射鏡4の両面は互いに平行ではなく、わずかな角度を持
った平面となっている。従って入射したレーザー光Lの
一部はそのまま多重反射鏡4を透過するが、残りは反射
され、一部を多重反射鏡4の外側に透過しながら、残り
は多重反射鏡4の内部を多数回往復する。多重反射鏡4
の両面が角度を有するため、多重反射鏡4の外側へ出射
する光は相互に角度を有することとなり、結果として微
小に角度の異なる多数のレーザー光Lからなるビーム束
Laを得ることとなる。なお、図7においてはここにお
いて発生する多数のビームを一本の線で示してある(特
開平8−94961号公報参照)。図7に示すようにレ
ーザー発振器10からのレーザー光Lを多重反射鏡4に
よって微少に角度の異なるビーム束Laとし、これをレ
ーザー増幅器5で増幅後、第1の実施例と同じ複合フレ
ネルゾーンプレート1と集光レンズ2によって集光す
る。対象物3上での空間強度分布は第1の実施例と同様
に外側が強くて中央部が弱いものとなるが、多重反射鏡
4の効果により第1の実施例よりも細かな振動成分が緩
和され、より滑らかなものを得ることができる。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment is a composite Fresnel zone plate 1
And a multi-reflection mirror arranged on the optical axis before the condenser lens 2. In FIG. 7, reference numeral 4 denotes a multiple reflecting mirror, 5 denotes a laser amplifier, and 10 denotes a laser oscillator. Multiple reflection mirror 4
Is partially coated on both sides thereof, and a part of the laser beam L that has arrived is transmitted and the rest is reflected. Both surfaces of the multiple reflecting mirror 4 are not parallel to each other but are planes having a slight angle. Therefore, a part of the incident laser light L is transmitted through the multiple reflecting mirror 4 as it is, but the rest is reflected and a part is transmitted to the outside of the multiple reflecting mirror 4 while the rest passes through the inside of the multiple reflecting mirror 4 many times. Go back and forth. Multiple reflection mirror 4
Since both surfaces have angles, the lights emitted to the outside of the multiple reflection mirror 4 have angles to each other, and as a result, a beam bundle La composed of a large number of laser beams L having slightly different angles is obtained. In FIG. 7, a large number of beams generated here are indicated by a single line (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-94961). As shown in FIG. 7, a laser beam L from a laser oscillator 10 is converted into a beam bundle La having a slightly different angle by a multiple reflecting mirror 4, which is amplified by a laser amplifier 5, and then the same composite Fresnel zone plate as in the first embodiment. The light is condensed by 1 and a condenser lens 2. As in the first embodiment, the spatial intensity distribution on the object 3 is strong at the outside and weak at the center as in the first embodiment. However, due to the effect of the multiple reflecting mirror 4, a vibration component finer than in the first embodiment is generated. Relaxed and smoother can be obtained.
【0023】次に、第3の実施例について説明する。第
3の実施例は、図8に示すようにレーザー光として広帯
域レーザー装置から発生する帯域幅の広いレーザー光L
bを使用し、複合フレネルゾーンプレート1および集光
レンズ2の手前の光軸上に波長分散性媒質6を配置した
例である。図8に示すようにこの第3の実施例では波長
分散性媒質6としてプリズムを用いている。波長分散性
媒質6を広帯域レーザー光Lbが通過すると、もともと
平行であった広帯域レーザー光Lbの波長帯域に対応し
て角度広がりが生ずる(特開平4−105781号公報
参照)。このようにして、波長分散性媒質6においてレ
ーザービームに微少な角度広がりを与えることができ、
第2の実施例と同様に、対象物3上での空間強度分布は
第1の実施例と同様に外側が強くて中央部が弱いものと
なるが、第1の実施例よりも細かな振動成分が緩和さ
れ、より滑らかなものを得ることができる。Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, as shown in FIG. 8, a laser beam L having a wide bandwidth generated from a broadband laser device is used as a laser beam.
This is an example in which the wavelength dispersive medium 6 is disposed on the optical axis before the composite Fresnel zone plate 1 and the condenser lens 2 using the “b”. As shown in FIG. 8, a prism is used as the wavelength dispersive medium 6 in the third embodiment. When the broadband laser light Lb passes through the wavelength dispersive medium 6, an angular spread occurs corresponding to the wavelength band of the broadband laser light Lb which was originally parallel (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-1055781). In this manner, the laser beam can be given a slight angular spread in the wavelength dispersive medium 6,
As in the second embodiment, the spatial intensity distribution on the object 3 is such that the outside is strong and the center is weak as in the first embodiment, but the vibration is finer than in the first embodiment. The components are relaxed and a smoother product can be obtained.
【0024】さらに第4の実施例について説明する。第
4の実施例は、図9のように、第2の実施例で用いた多
重反射鏡4と、第3の実施例で用いた帯域幅の広いレー
ザー光Lbおよびプリズム等の波長分散性媒質6の組み
合わせの両方を同時に用いたものを示す。両者の効果
は、多重反射鏡4が紙面に平行な方向、波長分散性媒質
6が紙面に垂直な方向というように相互に直交するよう
に配置されている。その結果、第1の実施例で現れる細
かな振動成分は2次元的に改善され、一層滑らかな外側
が強くて中央部が弱い空間強度分布を得ることができ
る。Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the multiple reflection mirror 4 used in the second embodiment and the wide band laser light Lb and the wavelength dispersive medium such as a prism used in the third embodiment are used. 6 shows a case where both of the combinations of 6 are simultaneously used. Both effects are arranged so that the multiple reflecting mirrors 4 are orthogonal to each other, such as in a direction parallel to the plane of the paper and the wavelength dispersive medium 6 in a direction perpendicular to the plane of the paper. As a result, the fine vibration components appearing in the first embodiment are two-dimensionally improved, and a smoother spatial intensity distribution with a stronger outer portion and a weaker central portion can be obtained.
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明によれば、光学的に異なったピッ
チの複数のフレネルゾーンプレートを同心上に共存させ
た単位セルと、この単位セルと相補的な位相関係にある
同一パターンの単位セルとを同一面上にランダムに同一
個数配置することによって作成した複合フレネルゾーン
プレートを、前記集光レンズの直前もしくは直後に配置
したので、大出力レーザーにおいては従来は不可能であ
った、中心部が弱く周辺部が強いという集光後のレーザ
ー光の空間強度分布を得ることを可能とする。According to the present invention, a unit cell in which a plurality of Fresnel zone plates having optically different pitches coexist concentrically, and a unit cell having the same pattern and a complementary phase relationship with the unit cell And a composite Fresnel zone plate created by randomly arranging the same number on the same surface, and arranged immediately before or immediately after the condensing lens. It is possible to obtain a spatial intensity distribution of the condensed laser light, which is weak and the peripheral part is strong.
【0026】本発明において使用する複合フレネルゾー
ンプレートは透過型位相板の作成技術により大出力レー
ザー光に対応可能な高耐力なものが作成可能であり、透
過損失も少ない。対象物上での空間強度分布内での細か
な振動成分が問題となる場合には、本発明のように、多
重反射鏡もしくは帯域幅の広いレーザー光および波長分
散性媒質の組み合わせ、あるいはその両方を適用するこ
とによって除去することができる。The composite Fresnel zone plate used in the present invention can be made to have a high proof strength capable of coping with a large output laser beam by a technique for forming a transmission type phase plate, and has a small transmission loss. When a fine vibration component in the spatial intensity distribution on the object is a problem, as in the present invention, a combination of a multi-reflecting mirror or a laser light having a wide bandwidth and a wavelength dispersive medium, or both. Can be removed by applying
【0027】レーザー加工やレーザープロセッシング等
においては中心部が強い通常の集光照射における空間強
度分布よりも、むしろ周辺部が強く中心部が弱いという
本発明による強度分布の方が好ましい場合が少なくな
い。したがって、この発明はこういった産業上重要なレ
ーザー応用装置において、その品質や効率を向上させる
ために役立てることができる。In laser processing or laser processing, it is often the case that the intensity distribution according to the present invention, in which the peripheral portion is strong and the central portion is weak, is more preferable than the spatial intensity distribution in the ordinary condensing irradiation in which the central portion is strong. . Therefore, the present invention can be used to improve the quality and efficiency of such an industrially important laser application device.
【0028】また、レーザー核融合のような将来のエネ
ルギー開発をする場合においても球形の燃料球にレーザ
ーを一様に照射するためには個々のレーザービームの集
光照射空間強度分布は中心部よりも周辺部が強いほうが
好ましいと考えられ、この発明はその開発を推進する上
にも役立つ。Also, in the case of future energy development such as laser fusion, in order to uniformly irradiate a laser to a spherical fuel sphere, the focused irradiation spatial intensity distribution of each laser beam should be higher than the center. It is considered that it is preferable that the peripheral portion is strong, and the present invention is also useful for promoting the development.
【図1】本発明の第1の実施例の基本的な構成の光学配
置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an optical arrangement of a basic configuration according to a first embodiment of the present invention.
【図2】複合フレネルゾーンプレートの位相パターンの
一部を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a part of a phase pattern of a composite Fresnel zone plate.
【図3】図2の複合フレネルゾーンプレートの位相パタ
ーンの中の一つの単位セルについて、各々のフレネルの
半周期ゾーンの直径を具体的に示した図である。3 is a diagram specifically illustrating the diameter of a half-period zone of each Fresnel for one unit cell in the phase pattern of the composite Fresnel zone plate of FIG. 2;
【図4】図2の複合フレネルゾーンプレートの位相パタ
ーンの中の一つの単位セルについて、各々のフレネルの
半周期ゾーンの直径を具体的に示した図である。FIG. 4 is a diagram specifically illustrating the diameter of a half-period zone of each Fresnel for one unit cell in the phase pattern of the composite Fresnel zone plate of FIG. 2;
【図5】図3の単位セルを通過したレーザー光を焦点距
離1mの集光レンズで集光したときの距離fにおける空
間強度分布を計算機シミュレーションによって求めたも
のを示した図である。FIG. 5 is a diagram showing, by computer simulation, a spatial intensity distribution at a distance f when a laser beam passing through the unit cell of FIG. 3 is condensed by a condenser lens having a focal length of 1 m.
【図6】本発明の第1の実施例を実際に試作し、得られ
た対象物上での集光照射の空間強度分布の実測例を示し
た図である。FIG. 6 is a diagram showing an actual measurement example of a spatial intensity distribution of condensed irradiation on a target obtained by actually producing a first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2の実施例の光学配置を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing an optical arrangement according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3の実施例の光学配置を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing an optical arrangement according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施例の光学配置を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing an optical arrangement according to a fourth embodiment of the present invention.
1 複合フレネルゾーンプレート 1A,1B 単位セル 2 集光レンズ 3 対象物 4 多重反射鏡 5 レーザー増幅器 6 波長分散性媒質 f 集光レンズの焦点距離 L レーザー光 Lb 帯域幅の広いレーザー光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite Fresnel zone plate 1A, 1B Unit cell 2 Condensing lens 3 Object 4 Multiple reflection mirror 5 Laser amplifier 6 Wavelength dispersive medium f Focal length of condensing lens L Laser beam Lb Laser beam with wide bandwidth
Claims (4)
に集光照射するためのレーザー光集光照射装置におい
て、光学的に異なったピッチの複数のフレネルゾーンプ
レートを同心上に共存させた単位セルと、この単位セル
と相補的な位相関係にある同一パターンの単位セルとを
同一面上にランダムに同一個数配置することによって作
成した複合フレネルゾーンプレートを、前記集光レンズ
の直前もしくは直後に配置したことを特徴とするレーザ
ー光集光照射装置。1. A laser beam condensing and irradiating apparatus for converging and irradiating a laser beam onto an object through a converging lens, wherein a plurality of optically different pitch Fresnel zone plates coexist concentrically. A composite Fresnel zone plate created by randomly arranging the same number of unit cells and unit cells of the same pattern having a complementary phase relationship with the unit cell on the same surface, immediately before or immediately after the condenser lens A laser beam condensing and irradiating device, which is disposed in a laser beam.
であって、複合フレネルゾーンプレートおよび集光レン
ズの手前の光軸上にレーザ光を微小に角度の異なるビー
ム束とする多重反射鏡を配置したことを特徴とするレー
ザー光集光照射装置。2. A laser beam condensing and irradiating apparatus according to claim 1, wherein the multi-reflecting mirror converts the laser beam into a beam bundle slightly different in angle on an optical axis before the composite Fresnel zone plate and the converging lens. A laser beam condensing and irradiating device characterized by having an arrangement.
であって、レーザー光として広帯域レーザー装置から発
生する帯域幅の広いレーザー光を使用し、複合フレネル
ゾーンプレートおよび集光レンズの手前の光軸上に波長
分散性媒質を配置したことを特徴とするレーザー光集光
照射装置。3. The laser beam condensing and irradiating apparatus according to claim 1, wherein a wide band laser beam generated from a broadband laser device is used as the laser beam, and the composite Fresnel zone plate and the converging lens are provided before the condensing lens. A laser beam focusing / irradiating apparatus comprising a wavelength dispersive medium disposed on an optical axis.
であって、レーザー光として広帯域レーザー装置から発
生する帯域幅の広いレーザー光を使用し、複合フレネル
ゾーンプレートおよび集光レンズの手前の光軸上に波長
分散性媒質と多重反射鏡とを配置したことを特徴とする
レーザー光集光照射装置。4. The laser beam condensing and irradiating apparatus according to claim 1, wherein a wide band laser beam generated from a broadband laser device is used as the laser beam, and the composite Fresnel zone plate and a converging lens are provided. A laser beam condensing / irradiating apparatus comprising a wavelength dispersive medium and a multiple reflecting mirror arranged on an optical axis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9065973A JP2884075B2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Laser beam focusing and irradiation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9065973A JP2884075B2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Laser beam focusing and irradiation equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10260378A true JPH10260378A (en) | 1998-09-29 |
JP2884075B2 JP2884075B2 (en) | 1999-04-19 |
Family
ID=13302461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP9065973A Expired - Lifetime JP2884075B2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Laser beam focusing and irradiation equipment |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2884075B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-03-19 JP JP9065973A patent/JP2884075B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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JP2884075B2 (en) | 1999-04-19 |
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