1.本发明涉及平顶光整形装置技术领域，尤其涉及一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置及工作方法。


背景技术：

2.基于doe(diffractive optical elements，衍射光学器件)的平顶光整形系统，一般都需要使用一个聚焦透镜，在焦平面上才能获取设计的平顶光斑。为了实现幅面扫描，工业上一般使用f-theta透镜即场镜作为聚焦透镜，结合振镜应用，实现一定幅面的扫描，场镜的焦面是一平面，平面材料可以刚好放在焦平面上。
3.如图1所示，现有的平顶光整形系统的工作流程为：激光器输出光束经过扩束器，扩束至doe要求的入射光束大小，经过doe调制后，进入振镜和场镜，最后在焦平面上获得平顶光斑。但场镜是为了在普通聚焦应用中实现更小聚焦光斑而设计的，工业中现有的场镜产品在设计上并没有考虑整形光斑的形状和能量分布，将场镜应用在doe整形系统，获得的整形光斑会产生畸变，偏离本来的光斑形状和能量分布设计，综上所述，传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果。
4.因此，有必要设计一种新的装置，以解决传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果的问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置及工作方法。
6.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置，包括依序连接的激光器、光学组件、振镜以及平凸透镜，所述激光器，用于发出激光光束；所述光学组件，用于对所述激光光束进行整形调制处理；所述平凸透镜，用于将所述光学组件输出的调制后的激光光束进行聚焦，在焦面上得到平顶光斑；所述振镜，用于利用平顶光斑对加工面进行激光扫描。
7.其进一步技术方案为：所述光学组件包括依序连接的扩束器以及doe。
8.其进一步技术方案为：所述平凸透镜位于所述振镜的下方。
9.其进一步技术方案为：所述平凸透镜的焦面为球面。
10.其进一步技术方案为：所述加工面处于以所述平凸透镜的焦面为基准的焦深范围内。
11.其进一步技术方案为：还包括移动结构，所述移动结构位于所述平凸透镜的下方，所述移动结构上放置有加工样品，所述加工样品上设有所述加工面。
12.另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置的工作方法，包括：
13.激光器发出激光光束；
14.光学组件对所述激光光束进行整形调制处理；
15.平凸透镜将所述光学组件输出的调制后的激光光束进行聚焦，在焦面上得到平顶光斑；
16.振镜利用所述平顶光斑对加工面进行扫描。
17.其进一步技术方案为：所述光学组件对所述激光光束进行整形调制处理，包括：
18.利用扩束器对所述激光器发出的激光光束进行扩束至doe要求的入射光束大小；
19.利用doe将所述扩束器输入的光束进行调制后，输入至振镜进行处理。
20.本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过依序连接的激光器、光学组件、振镜以及平凸透镜，利用平凸透镜替换场镜，平凸透镜可输出在焦平面上小区域内的理想的平顶光斑，以解决传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果的问题。
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为现有技术提供的平顶光整形系统的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置的结构示意图；
25.图中标识说明：
26.10、激光器；20、扩束器；30、doe；40、振镜；50、平凸透镜；60、加工面。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
29.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
30.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
31.请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置的结构示意图；该基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置可以运用在半导体激光退火、太阳能电池激光掺杂、材料去除的场景中，获取理想平顶光光斑，并实现小幅面区域扫
描，在该区域内各个位置保持一致的平顶光光斑。
32.请参阅图2，上述的一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置，包括依序连接的激光器10、光学组件、振镜40以及平凸透镜50，激光器10，用于发出激光光束；光学组件，用于对激光光束进行整形调制处理；平凸透镜50，用于将光学组件输出的调制后的激光光束进行聚焦，在焦面上得到平顶光斑；振镜，用于利用平顶光斑对加工面60进行激光扫描。
33.在本实施例中，将场镜换成平凸透镜50，焦距为f，其焦面是球面，由于加工面60一般都为平面，只要加工面60处于以焦面为基准的焦深dof范围内，便能保证加工面60上的整形光斑仍然维持平顶分布。即dof＝f/cosθ-f；衍射光学器件的焦深与透镜焦距f有如下关系：dof＝0.001*f。由此可得，f/cosθ-f＝0.001*f，进而得到θ＝arccos(1/1.001)；此时也满足tanθ≈θ。即只要振镜40的偏转角小于上述θ值，在加工面60上便能获得非常接近的平顶光斑，对应的扫描幅面为：2*f*tanθ；扫描线速度为f*tanθ≈f*θ，可见扫描线速度跟振镜40的偏转角速度也成线性关系。因此，将平凸透镜50代替场镜，既能获得理想的平顶光斑，又能保持一定区域的小幅面扫描。由此解决传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果的问题。
34.在一实施例中，请参阅图2，上述的光学组件包括依序连接的扩束器20以及doe30。
35.在一实施例中，请参阅图2，上述的平凸透镜50位于振镜40的下方。
36.具体地，平凸透镜50的焦面为球面。
37.另外，加工面60处于以平凸透镜50的焦面为基准的焦深范围内。
38.对于半导体退火应用，需要将光斑整形成平顶分布，照射在材料上，才能实现有效的退火，由于晶圆尺寸较大，对于应用平凸透镜50的整形系统，可以结合振镜40的小幅面扫描和晶圆放置平台的移动，来实现整张晶圆的退火。
39.在一实施例中，上述的一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置还包括移动结构，移动结构位于平凸透镜50的下方，移动结构上放置有加工样品，加工样品上设有加工面60。
40.利用移动结构带动加工样品的移动，实现平凸透镜50输出的平顶光斑对加工样品的加工面60的扫描加工，可实现在焦平面上小区域内获得理想的平顶光斑，克服传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果。
41.举个例子：对于6英寸即150mm直径的晶圆退火应用，采用焦距为330mm的平凸透镜50整形系统，单次扫描幅面的直径为2*f*tanθ＝29.5mm，为了拼接方便，单次扫描区域应设计为正方形，边长为20mm。采用振镜40扫描加平台移动的方法，可实现整块晶圆的退火。
42.上述的一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置，通过依序连接的激光器10、光学组件、振镜40以及平凸透镜50，利用平凸透镜50替换场镜，平凸透镜50可输出在焦平面上小区域内的理想的平顶光斑，以解决传统场镜应用导致的平顶光分布畸变，偏离本来设计的整形效果的问题。
43.在一实施例中，还提供了一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置的工作方法，包括：
44.激光器10发出激光光束；
45.光学组件对激光光束进行调制处理；
46.平凸透镜50将光学组件输出的调制后的激光光束进行聚焦；
47.振镜40利用所述平顶光斑对加工面进行扫描。在焦面上得到平顶光斑。
48.另外，上述的光学组件对激光光束进行调制处理，包括：
49.利用扩束器20对激光器10发出的激光光束进行扩束至doe30要求的入射光束大小；
50.利用doe30将扩束器20输入的光束进行调制后，输入至振镜40进行处理。
51.需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述一种基于平凸透镜的平顶光整形激光扫描装置的工作方法的具体实现过程，可以参考前述装置实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
52.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。