特許 5789188 ビーム形成装置およびビーム形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5789188

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】ビーム形成装置およびビーム形成方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/09 20060101AFI20150917BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20150917BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20150917BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20150917BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/09

   B23K26/073

   B23K26/064

   B23K26/082

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-512036(P2011-512036)

(86)(22)【出願日】2009年6月5日

(65)【公表番号】特表2011-523723(P2011-523723A)

(43)【公表日】2011年8月18日

(86)【国際出願番号】EP2009004077

(87)【国際公開番号】WO2009146949

(87)【国際公開日】20091210

【審査請求日】2012年4月27日

(31)【優先権主張番号】102008027231.0

(32)【優先日】2008年6月6日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】502383340

【氏名又は名称】リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＬＩＭＯ Ｐａｔｅｎｔｖｅｒｗａｌｔｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】ミトラ，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】アシュケ，ルツ

(72)【発明者】

【氏名】バルトシェウスキ，ダニエル

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１０６７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３９６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１７２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１６０００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／１３４７２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０１４３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０９２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５０３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４８２６２９９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３１１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２９０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０３９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１５６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５８３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００３／０４３０７０（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３３００７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５２９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０００８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５１７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０８５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３９４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０９

Ｂ２３Ｋ ２６／０６−２６／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つのレーザ光源であって、各レーザ光源は、レーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）の部分ビームを伝播方向（Ｚ）に出射することが可能な、少なくとも２つのレーザ光源（１ａ，１ｂ，１ｃ；１４，１５，１６；２４）と、
レーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）に影響を及ぼす光学手段と、
を含むビーム形成装置であって、
レーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）の部分ビームは、伝播方向（Ｚ）に垂直な少なくとも１つの方向（Ｘ，Ｙ）に関してシングルモードレーザビームであり、
少なくとも２つのレーザ光源（１ａ，１ｂ，１ｃ；１４，１５，１６；２４）は、異なる波長を有する、および／または異なるレーザタイプであり、
前記光学手段は、前記少なくとも１つの方向（Ｘ，Ｙ）において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成された第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）を有し、レーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）の部分ビームは、前記少なくとも１つの方向（Ｘ，Ｙ）において、トップハット角度分布を有するように、第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）を通過することが可能であり、
光学手段は、レンズ手段（６）であって、伝播方向（Ｚ）において、第１の変換境界面の後方に配置されるとともに、作業面（７）において、レーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）の部分ビームを少なくとも部分的に重ね合わせるように構成される、レンズ手段（６）をさらに含むことを特徴とするビーム形成装置。

【請求項2】

各レーザ光源（１ａ，１ｂ，１ｃ；１４，１５，１６；２４）のレーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）に、第１の変換境界面のうちの１つが配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、アレイ（３，３’，３”）に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

アレイ（３，３’，３”）は、一次元的または二次元的アレイ（３，３’，３”）であることを特徴とする、請求項３に記載の装置

【請求項5】

第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、パウエルレンズとして構成される、またはパウエルレンズの一部であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

レンズ手段（６）は、フーリエレンズであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、非対称に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

光学手段は、光学的に機能する第２の変換境界面（５ａ”，５ｂ”，５ｃ”）を有し、第１の変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ）および第２の変換境界面（５ａ”，５ｂ”，５ｃ”）は、影響の対象となるレーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）の伝播方向（Ｚ）において、前後に並んで配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。

【請求項9】

半導体レーザとして形成された少なくとも２つのレーザ光源であって、遅軸方向（Ｘ）よりも速軸方向（Ｙ）により大きなダイバージェンスを有するレーザビーム（３９）を発することが可能である、少なくとも２つのレーザ光源と、
速軸方向（Ｙ）のレーザビームのダイバージェンスを少なくとも部分的にコリメートすることが可能な、光学機能的なコリメーション境界面（４０）と、
少なくとも１つの光学機能的な変換境界面であって、レーザビーム（３９）の部分ビームが、作業面（７）において、少なくともひとつの方向（Ｙ）に関してトップハット強度分布（８）を少なくとも部分的に有するように、通過することが可能である、少なくとも１つの光学機能的な変換境界面を有する光学手段と、
を含むビーム形成装置であって、
光学機能的コリメーション境界面（４０）と光学機能的な変換境界面（４１，４２，４３）とは、１つの構成ユニット（３５，３６，３７）に一体化されており、
レーザビーム（３９）は、前記少なくとも１つの方向（Ｙ）において、シングルモードレーザビームであり、
前記変換境界面は、前記少なくとも１つの方向（Ｙ）において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成され、
光学手段は、レンズ手段（６）であって、伝播方向（Ｚ）において、変換境界面の後方に配置されるとともに、作業面（７）において、レーザビーム（３９）の部分ビームを少なくとも部分的に重ね合わせるように構成される、レンズ手段（６）をさらに含むことを特徴とする、ビーム形成装置。

【請求項10】

構成ユニット（３５，３６，３７）は、第１および第２の表面を有するレンズであり、第１の表面は光学機能的なコリメーション境界面（４０）に、および第２の表面は光学機能的な変換境界面（４１，４２，４３）に対応することを特徴とする、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

少なくとも１つの第１のレーザ光源および少なくとも１つの第２のレーザ光源（１ａ，１ｂ，１ｃ；１４，１５，１６；２４）から出射される、少なくとも２つのレーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）であって、それぞれ少なくとも、レーザビームの伝播方向（Ｚ）に対して垂直な第１の方向（Ｘ，Ｙ）に関して、シングルモードレーザビームである少なくとも２つのレーザビームが、少なくとも第１の方向（Ｘ，Ｙ）に関してトップハット角度分布を有するように、個別に変換される工程と、
少なくとも２つのレーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）が少なくとも部分的に重ね合わせられる工程であって、重ね合わせられたレーザビームが、作業面（７）において、少なくとも第１の方向（Ｘ，Ｙ）に関して、少なくとも部分的にトップハット強度分布に合致する強度分布（８）を有するように、少なくとも２つのレーザビーム（２ａ，２ｂ，２ｃ；１０ａ，１０ｂ，１０ｃ；１７，１８，１９；２０，２１，２２；２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ；２９，３０，３１，３２，３３，３４）が、少なくとも部分的に重ね合わせられる工程と、
を含むビーム形成方法であって、
少なくとも１つの第１のレーザ光源および少なくとも１つの第２のレーザ光源（１ａ，１ｂ，１ｃ；１４，１５，１６；２４）は、異なる波長を有する、および／または異なるレーザタイプであり、
少なくとも２つのレーザビームが個別に変換される工程は、少なくとも２つのレーザビームを、光学的に機能する変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ；５ａ”，５ｂ”，５ｃ”）を個別に通過させることによって行われ、変換境界面（５ａ，５ｂ，５ｃ；５ａ”，５ｂ”，５ｃ”）は、少なくとも第１の方向（Ｘ，Ｙ）において、シングルモードレーザビームをトップハット角度分布のレーザビームに変換するように構成されていることを特徴とする、ビーム形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念および請求項１１の上位概念に従ったビーム形成装置に関する。さらに、本発明はビーム形成方法に関する。

【0002】

用語の定義：
レーザビームの伝播方向とは、特にレーザビームが平坦波でない、あるいは少なくとも部分的にダイバージュしている場合には、平均伝播方向を意味する。レーザビーム、光線、部分ビームあるいはビームとは、明確に他の指定がない場合には、幾何光学上の理想化ビームを意味しておらず、たとえば無限小のビーム断面ではなく拡張されたビーム断面を有するガウスプロファイルまたは修正ガウスプロファイルを持つレーザビームのような実際的光線である。トップハット分布、トップハット強度分布またはトップハットプロファイルとは、少なくとも１つの方向に関して基本的に矩形関数（ｒｅｃｔ（ｘ））により表現可能である強度分布を意味する。その際に、パーセント領域における矩形関数からの偏差ないしは傾斜側面を示す実際の強度分布は、同様にトップハット分布またはトップハットプロファイルと表示すべきである。

【0003】

請求項１の上位概念に従った装置は、ＷＯ ２００７／１４０９６９Ａ１から公知である。そこに記載された装置により、作業面において細線状の比較的均一な強度分布が達成可能である。たとえば平面画像スクリーンや太陽電池を製造するためのＳｉ層の再結晶化などの応用分野では、極めて集中的かつ極めて均一なラインが必要とされる。これを実現するためには、前記の従来技術から公知の装置の場合には、多大の装置的コストが必要となる。

【0004】

請求項１１の上位概念に従った装置も、同様に公知である。たとえば速軸コリメーションレンズによりコリメートされた半導体レーザのレーザビームは、パウエルレンズと共にフーリエレンズを用いて、作業面においてトップハット分布に相当する強度分布を生成することが可能である。その際に、パウエルレンズとフーリエレンズの双方を個別に調整して、それぞれの両面を被覆しなければならない。

【0005】

本発明の基礎を成す課題は、均一および／または集中的な強度分布が低廉なコストで実現される請求項１の上位概念に従った装置の製作である。さらに本発明の基礎を成す課題は、コストが有利および／または調整がより簡略である装置を請求項１１の上位概念に基づいて製作することである。さらに本発明の基礎を成す別の課題は、均一および／または集中的な強度分布が低廉なコストで実現されるビーム形成方法を提供することである。

【0006】

第１の課題は、本発明に従った請求項１の特徴を有する冒頭に述べた様式の装置により達成される。第２の課題は、本発明に従った請求項１１の特徴を有する冒頭に述べた様式の装置により達成される。第３の課題は、本発明に従った請求項１３の特徴を有する冒頭に述べた様式の方法により達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を対象としている。

【0007】

請求項１に従えば、装置は、それらのレーザビームが光学手段により少なくとも部分的に重ね合うことの可能である少なくとも２つのレーザ光源を有するが、その際に前記レーザビームは、少なくとも伝播方向に垂直な方向に関してシングルモード・レーザビームである。前記光学手段は反射性光学手段および回折性光学手段のいずれでもよく、あるいはミラーを有することも可能である。その際に、既に極めて安定的なシングルモード・レーザ光源が重ね合わせによってさらに安定性を増すことになる、なぜならば、個々のレーザ光源の変動が重ね合わせによって平均化されるからである。複数のシングルモード・レーザ光源の使用により、作業面における強度分布出力をたとえば１つまたは複数のレーザ光源の着脱により容易に調整することが可能である。

【0008】

その際に、光学手段が少なくとも１つの光学機能的な変換境界面を有しており、レーザビームが少なくとも部分的に作業面において少なくとも１つの方向に関してトップハット分布に相当する強度分布を有するように、少なくともレーザビームの部分ビームが前記境界面を通過する。このような変換境界面は、たとえばパウエルレンズとして構成することが可能である、あるいはパウエルレンズの一部とすることが可能である。

【0009】

その際にこれらのレーザ光源の各レーザビームに変換境界面の一方が係属可能であるが、変換境界面はアレイに配置することが可能である。それにより、レーザ光源の各レーザビームは個別にトップハット角度分布に変換される。これらのトップハット角度分布の重なりにより、作業面では極めて均一な強度分布が得られる。

【0010】

さらに、前記光学手段は少なくとも２つのレーザ光源のレーザビームを重ね合わせることが可能であるフーリエ機構におけるレンズ手段を有してもよいが、これらのレンズ手段は特に影響の対象となるレーザビームの伝播方向において、少なくとも１つの変換境界面の後方に配置されている。これらのレンズ手段により、個別のシングルモード・レーザビームが作業面において重ねられるが、その際に同時にトップハット角度分布がトップハット強度分布へ変換される。したがって、フーリエ機構におけるレンズ手段は均一性の向上に寄与する。
複数のレーザ光源が異なる波長を有すること、および／または異なるレーザタイプであってもよい。それにより、強度分布のスペクトル構成が適切に影響され得る。

【0011】

少なくとも１つの変換境界面を非対称に形成してもよい。それにより、フーリエ機構におけるレンズ手段の結像誤差が補正可能である。少なくとも１つの変換境界面を適切に非対称形成すれば、レンズ手段の重畳機能も少なくとも１つの変換境界面に統合可能であるため、レンズ手段を省略することが可能である。

【0012】

さらに少なくとも２つの変換境界面を、影響の対象となるレーザビームの伝播方向において前後に配置してもよい。

【0013】

それにより、極めて大きな開口数を有する変換光学ユニットが製作可能であるため、極めて大きな角度範囲が利用可能である。

【0014】

請求項１１に従えば、光学機能的なコリメーション境界面および光学機能的な変換境界面が１つの構成ユニットに一体化される。その際に、たとえば前記構成ユニットは第１の表面および第２の表面を備えたレンズとすることが可能であるが、第１表面は光学機能的なコリメーション境界面に、また第２表面は光学機能的な変換境界面に対応する。そのような構成により、装置の製造コストおよび調整作業が大幅に低減可能である。

【0015】

請求項１３に従った方法は、下記の方法工程によって特徴づけられる：
−少なくとも１つの第１のレーザ光源および少なくとも１つの第２のレーザ光源から発せられるレーザビームは、それぞれ少なくとも伝播方向に垂直な第１の方向に関してシングルモード・レーザビームであり、これらの両レーザビームは変換後に少なくとも前記第１方向に関してトップハット角度分布を有するように、互いに個別に変換される。
−両レーザビームは少なくとも部分的に重ね合わされるため、重なったレーザビームは作業面において、少なくとも第１方向に関して少なくとも部分的にトップハット強度分布に合致する強度分布を有する。
これらのシングルモード・レーザビームの個別の変換およびそれらの以後の重なり合いにより、極めて均一な強度分布、たとえば極めて均一な直線状強度分布を実現することが可能である。

【0016】

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の好適な実施形態についての説明によって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】発明に従った装置の第１の実施形態についての概略平面図である。

【図2】発明に従った装置の第２の実施形態についての概略平面図である。

【図3】発明に従った装置の第３の実施形態についての概略平面図である。

【図4a】発明に従った装置の第４の実施形態についての概略平面図である。

【図4b】図４ａに従った第４の実施形態の概略側面図である。

【図5a】発明に従った装置の第５の実施形態についての概略側面図である。

【図5b】図５ａに従った第５の実施形態の概略平面図である。

【図6a】発明に従った装置の第６の実施形態についての概略平面図である。

【図6b】図６ａに従った第６の実施形態の概略側面図である。

【図7】発明に従った装置の第７の実施形態についての概略側面図である。

【図8】発明に従った装置の第８の実施形態についての概略側面図である。

【図9】発明に従った装置の第９の実施形態についての概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

上記図面の中には、観察上の理由からデカルト座標系が描かれている。同一あるいは機能的に同一の部品は、各図において同一の参照記号が付けられている。

【0019】

図１から見てとれる本発明に従った装置の実施形態は３つのレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃを含んでおり、それらからレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃが発せられる。レーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃは、たとえばＸ方向すなわち遅軸方向に並置されたレーザダイオード・バーの発信器である。遅軸方向に関して、レーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれはシングルモード・レーザビームである。

【0020】

速軸方向に関しても、レーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれはシングルモード・レーザビームとすることが可能である。図示されていない少なくとも１つの速軸コリメーションレンズを設けることが可能であり、それはレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃを速軸方向に関してコリメート可能である。
さらに前記装置は、レーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃの伝播方向Ｚにおいてレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃの後方に配置されるアレイ３を含む。アレイ３はその入射側に複数の凸状境界面４ａ，４ｂ，４ｃを有しており、それらはレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃに対する遅軸コリメーションレンズとして機能する。その際に、レーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃのレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ凸状境界面４ａ，４ｂ，４ｃの１つに進入する。アレイ３は、その出射側に複数の並置された複数の光学機能的な変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃを有している。これらの変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃはレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃのガウス形状強度プロファイルを、以下にさらに詳しく説明されるように、遅軸方向すなわちＸ方向に関してトップハット角度分布に変換する機能を果たす。

【0021】

レーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃの伝播方向Ｚにおいて、アレイ３の後方にフーリエ機構におけるレンズ手段６が配置される。レンズ手段６はたとえば球形またはアナモルフォーシス式（ａｎａｍｏｒｐｈｏｔｉｃ）集光レンズとすることが可能である。これらのレンズ手段６は個別レンズとして図示されているが、複数の個別レンズから構成することも可能である。

【0022】

トップハット角度分布のゆえに、変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃは必ずしもレンズ手段６の入射側焦点面に配置する必要はない。レンズ手段６の出射側焦点面には、３つのレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃから出て来るレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃの重なりによって線状強度分布８が生成される作業面７がある。この線状強度分布８は線状強度分布８の延伸上のＸ方向においてトップハット分布を有するが、それは個々の変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃにより生成されるトップハット角度分布のフーリエ変換により生じる。

【0023】

レーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれがＹ方向に関してもシングルモード・レーザビームであるならば、レーザビームはＹ方向に関して線状強度分布８へ適正に焦点を合わせることが可能である。それは、小さな線幅あるいは大きな深部精度が達成可能であることを意味する。さらに、焦点合わせに対してより適切に影響を及ぼすことが可能である。

【0024】

図１ならびにその他の図のいくつかにおいて、３つのレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃおよび３つの変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃしか表示されていない。ただし、これは観察上の便宜にすぎない。したがって、３つ以上のレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃおよびそれに応じて３つ以上の変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃを設けることは、明らかに全く可能なのである。

【0025】

変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの幅は、Ｘ方向においてそれぞれのレーザビーム２ａ，２ｂ，２ｃの光線径（ＦＷ・１／ｅ^２）の２倍〜３倍となる。各変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃが、Ｘ方向において互いに離れているという可能性がある。その際に、各変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃの間に設けられた移行領域が平坦または急勾配であり得るが、それらの構成は特に、前記移行領域を通過するレーザビームがたとえばレンズ手段６を通過せず、いずれにしても線状強度分布８に寄与しないように、選定することが可能である。

【0026】

Ｘ方向に関してトップハット角度分布を有する３つのレーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃのシングルモード・レーザビームの重なりによって、Ｘ方向すなわち線状強度分布の延伸方向においてたとえば２％未満の偏差Ｐ−Ｖ（ピーク対底値）を示し得る均一性が得られる。

【0027】

変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれは、いわゆるパウエルレンズとすることが可能である。

【0028】

ガウスプロファイルからトップハットプロファイルへの変換を惹起する変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃは、一般的にその機能において位相移動法に基づくことが可能である。

【0029】

このために、光学機構および変換境界面に対する入力パラメータとして、既知のパラメータ（ビーム径、発散）を備えた理想的なガウシアンビームが想定される。反復法では光学機構および変換境界面の設計のために、空間的に適合した位相転位ψが生じるが、それはレーザプロファイルの原ガウス形状を目標面におけるトップハット強度分布へ移行させる。

【0030】

数学的には、この課題は無次元表示における下記の関数Ｒの最小化による反復プロセスにおいて解決可能である。

【0031】

【0032】

関数Ｒの最小化により、レンズおよび変換境界面の形状を定義する位相転位ψが得られる。
前記関数内で、項

は位相係数ｅ^ｉψが乗算される入射ビームのガウシアン強度分布を表す。

【0033】

ガウシアンビームに対して実行された位相変調を原強度の所望分布へ移行させるためには、この項をフーリエ変換に供することが必要であるが、それは実際にはフィールド生成フーリエ変換レンズ（略称：フィールドレンズ）により実現される。図示された実施形態では、これはレンズ手段６である。

【0034】

公式項（１／α）^１／２ ｒｅｃｔ（ｆ／α）は、トップハット形状の目標強度分布の表示に相当する。

【0035】

係数αは、目標フィールドの空間サイズを確定するパラメータである。変換された入射強度分布項を目標強度分布項から減算することにより、関数Ｒの最小化から光学機構の所望機能性が保証される。

【0036】

図２に従った実施形態では、第１実施形態とは異なってレーザビーム１０を発することの可能であるレーザ９のみが設けられており、それは少なくとも１つの方向に関してシングルモード・レーザビームとすることが可能であるが、たとえば両方向に関してもシングルモード・レーザビームとすることも可能である。このレーザ９は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ガスレーザ、あるいはファイバレーザなどの固体レーザとすることが可能である。

【0037】

レーザビーム１０は、２つのビームスプリッタ１１，１２および１つのミラー１３により、３本の互いに平行な部分ビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしてアレイ３’へ転向される。両ビームスプリッタ１１，１２およびミラー１３は、この実施形態においてシングルモード・レーザビームを発するレーザ光源として機能する。

【0038】

レーザビーム１０を分割するための偏光ビームスプリッタを使用する方法も、全く可能である。

【0039】

アレイ３’は、その出射側に既述した変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃを有する。その入射側ではアレイ３’は平坦であり、コリメーションレンズを有していない。たとえばレーザ９の分割されていないレーザビーム１０は、図示されていない対応レンズ手段により成形およびコリメート可能である。

【0040】

図３に従った実施形態では、それぞれレーザビーム１７，１８，１９を発することの可能であるレーザ光源１４，１５，１６として機能する３つのレーザが使用されるが、それらは同様に少なくとも１つの方向に関してシングルモード・レーザビームとすることが可能であるが、たとえば両方向に関してもシングルモード・レーザビームとすることが可能である。これらのレーザのそれぞれも、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ガスレーザ、あるいはファイバレーザなどの固体レーザとすることが可能である。転向ミラー１３が配置されているが、それは個別のレーザビーム１７，１８，１９をそれらのアレイ３’への光路が互いに合致するように偏向させる。このようにして、レーザ光源１４，１５，１６の構造サイズによってアレイ３’のサイズが決定されないことが保証可能である。

【0041】

図４ａおよび図４ｂに従った実施形態においても、それぞれレーザビーム２０，２１，２２を発することの可能である３つまたはそれ以上のレーザが設けられているが、それらは同様に少なくとも１つの方向に関してシングルモード・レーザビームとすることが可能であるが、たとえば両方向に関してもシングルモード・レーザビームとすることが可能である。これらのレーザのそれぞれも、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ガスレーザ、あるいはファイバレーザなどの固体レーザとすることが可能である。特にそれは、ダイオードレーザによりポンピングされる周波数倍増Ｎｄ：ＹＡＧレーザとすることが可能である。

【0042】

レーザビーム２０，２１，２２およびそれに対応するアレイ３’の変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃは、Ｘ方向に並置されている。レンズ手段６と作業面７との 間には、Ｙ方向に関してレーザビーム２０，２１，２２の焦点合わせを行うシリンドリカルレンズ２３が配置される。このシリンドリカルレンズ２３は、たとえば非球面形状を有する任意形状とすることが可能である。たとえば線状強度分布８は、Ｘ方向における１０ｍｍ〜１０００ｍｍの長さとＹ方向における５μｍ〜２００μｍの幅を有する。その際に、線状強度分布８はＸ方向において大きな均一性を備えたトップハット分布を有する。

【0043】

このような線状強度分布８は、Ｓｉ層の熱処理、特にその再結晶化に適している。

【0044】

シリンドリカルレンズ２３の前、あるいはアレイ３’の前に別の変換境界面を設けることも可能であり、それはＹ方向に関して線状強度分布８のトップハット強度分布に影響を及ぼすことが可能である。

【0045】

図５ａおよび図５ｂにはレーザダイオード・バーのスタック２４が示されているが、そこでは速軸方向およびＹ方向にレーザ光源２４ａ，２４ｂ，２４ｃとして機能する３つのレーザダイオード・バーが上下に配置されており、それらからレーザビーム２５ａ，２５ｂ，２５ｃが発せられる。速軸方向に関して、レーザビーム２５ａ，２５ｂ，２５ｃのそれぞれはシングルモード・レーザビームである。遅軸方向に関して、レーザビーム２５ａ，２５ｂ，２５ｃのそれぞれはマルチモード・レーザビームとすることが可能である。レーザ光源２４ａ，２４ｂ，２４ｃとして機能するレーザダイオード・バーの遅軸方向およびＸ方向に個別に配置されるエミッタは、特に図示されてはいない。

【0046】

この実施形態におけるレーザ光源２４ａ，２４ｂ，２４ｃとして機能するレーザダイオード・バーとアレイ３’との間には、速軸コリメーションレンズ２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられている。レーザ光源２４ａ，２４ｂ，２４ｃとして機能するレーザダイオード・バーの光は、レンズ手段６によってＹ方向および線状強度分布８の長手延伸に対する垂直方向へ重ねられる。アレイ３’の変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃのゆえに、線状強度分布８はＹ方向にトップハット分布を有する。

【0047】

速軸コリメーションレンズ２６ａ，２６ｂ，２６ｃおよび変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃは、以下において図７〜図９に関してさらに詳述するように、変更形態として１つの構成ユニットに一体化することが可能である。

【0048】

図５ａおよび図５ｂに従った装置はさらに２つのホモジナイザ２７，２８を含むが、それらは通常はシリンドリカルレンズ・アレイにより構成される。これらのモジナイザ２７，２８は、それらがレーザビーム２５を遅軸方向すなわちＸ方向に関して均一化するように、また線状強度分布８がＸ方向においてもトップハット分布を有するように構成されており、かつ装置において配置されている。この均一化ならびに遅軸方向におけるトップハット分布の実現は、現在の従来技術から公知である。

【0049】

図６ａおよび図６ｂに従った実施形態では、９つまたはそれ以上の図示されていないレーザが設けられているが、それらは両方向に関してシングルモード・レーザビームであるレーザビーム２９，３０，３１，３２，３３，３４をそれぞれ発することが可能である。これらのレーザのそれぞれも、シングルモード・ダイオードレーザ・スタック、あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザ、ガスレーザ、またはファイバレーザなどの固体レーザとすることが可能である。

【0050】

レーザビーム２９，３０，３１，３２，３３，３４は、二次元的に並置され、また重ねて配置されている。アレイ３”はその出射側に既述のＸ方向に並置された変換境界面５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、それらはレーザビーム２９，３０，３１をＸ方向に関してトップハット角度分布へ変換することが可能である。入射側にアレイ３”はＹ方向に並置された変換境界面５ａ”，５ｂ”，５ｃ”を有しており、それらはレーザビーム３２，３３，３４をＹ方向に関してトップハット角度分布へ変換することが可能である。したがって、作業面７における強度分布８は両方向Ｘ，Ｙに関してトップハット分布を有しており、両方向Ｘ，Ｙに関しても極めて均一である。強度分布８は線状強度分布ではなく、たとえば矩形または正方形の強度分布である。

【0051】

図７〜図９から、速軸コリメーションレンズおよび変換境界面の１つの構成ユニット３５，３６，３７への一体化が見て取れる。

【0052】

図７において、半導体レーザ３８からレーザビーム３９が発せられている。構成ユニット３５は入射面として機能するその第１表面に、速軸コリメーションレンズとして機能する凸状コリメーション境界面４０を有する。構成ユニット３５は出射面として機能するその第２表面に、レーザビーム３９をＹ方向に関してトップハット角度分布へ変換可能である凸状変換境界面４１を有する。凸状変換境界面４１もパウエルレンズとすることが可能である、あるいは関数Ｒの最小化により形成することが可能である。レンズ手段６により、作業面７におけるトップハット角度分布がトップハットプロファイルを有する強度分布８へ転換される。

【0053】

図７に従った実施形態が図８に従ったそれと相違しているのは、構成ユニット３６の変換境界面４２が凹状に形成されていることだけである。

【0054】

図９に従った実施形態では、構成ユニット３７はその第２表面に凹状変換境界面４３を有するが、それは構成ユニット３７後方の近場に、フーリエレンズなしでトップハットプロファイルを有する強度分布８が生じるように構成されている。凹状変換境界面４３は、凸状に構成することも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】