DieErfindung betrifft ein Verfahren zur reproduzierbaren Positionierungeines Zielobjektes in das Wirkvolumen einer ersten Laserstrahlung,insbesondere einer gepulsten Laserstrahlung, die nach einer Umlenkoptik,die hoch reflektierend ist fürdie Wellenlängeder ersten Laserstrahlung und durchlässig für wenigstens eine zweite Laserstrahlung,mittels einer Fokussieroptik in das Wirkvolumen fokussierbar ist. DieErfindung betrifft weiterhin ein System mit denselben Merkmalen,insbesondere zur Durchführung desVerfahrens.TheThe invention relates to a method for reproducible positioninga target object into the effective volume of a first laser radiation,in particular a pulsed laser radiation, which after a deflection optics,which is highly reflective forthe wavelengththe first laser radiation and transmissive for at least a second laser radiation,can be focused by means of a focusing optics in the effective volume. TheInvention further relates to a system having the same features,in particular for carrying out theProcess.
DerErfindung liegt zugrunde, dass es im Stand der Technik bekannt ist,mit Laserpulsen, insbesondere hochintensiven Laserpulsen mit Leistungenvon Terawatt (1012 Watt) oder mehr, Zielobjekte, diesogenannten Targets, zu beleuchten und so physikalisch gewünschte Prozessehervorzurufen, die maßgeblichvon der erreichten Lichtintensitätim Fokus abhängen.The invention is based on the fact that it is known in the art with laser pulses, in particular high-intensity laser pulses with powers of terawatts (1012 watts) or more, to illuminate target objects, the so-called targets, and thus to produce physically desired processes, which are largely dependent on depend on the achieved light intensity in the focus.
Soist es bekannt, dass beispielsweise ab Lichtintensitäten von1018 Watt pro Quadratzentimeter die ablaufendenProzesse stark nichtlinear werden, was zu einer Vielzahl neuartigerphysikalischer Effekte führt.Beispiele sind die Beschleunigung von Elektronen auf mehrere 100Millionen Elektronenvolt und die Beschleunigung von Protonen aufmehrere 10 Millionen Elektronenvolt auf einer Beschleunigungsstreckevon nur wenigen Mikrometern. Ebenso können zum Teil sehr stark gerichteteTeilchenstrahlen mit diesen Eigenschaften in extrem kurzer Zeit beispielsweiseweniger als 10 Pikosekunden (10–12 Sekunden)erzeugt werden, die z. B. fürmedizinische Anwendungen, wie in der Strahlentherapie von Krebs oderder Produktion kurzlebiger Radiopharmazeutika, von Interesse sind.Thus, it is known that, for example, from light intensities of 1018 watts per square centimeter, the running processes are highly nonlinear, resulting in a variety of novel physical effects. Examples are the acceleration of electrons to several 100 million electron volts and the acceleration of protons to several 10 million electron volts on an acceleration distance of only a few microns. Likewise, in some cases very strongly directed particle beams with these properties can be generated in an extremely short time, for example less than 10 picoseconds (10-12 seconds), e.g. B. for medical applications, such as in the radiation therapy of cancer or the production of short-lived radiopharmaceuticals, are of interest.
Eslassen sich ebenso weiterhin mit Hilfe von Lasern ultrakurze kohärente Röntgenpulseerzeugen, die neben einer Anwendung in der Medizin beispielsweiseauch in der Mikrochipproduktion, d. h. für lithografische Verfahren,von extrem großemInteresse sind.ItIt is also possible to use ultrashort coherent X-ray pulses with the aid of lasersgenerate, in addition to an application in medicine, for examplealso in microchip production, d. H. for lithographic processes,of extremely largeInterest are.
Ganzwesentlich fürdie vorbeschriebenen oder auch andere gewünschte Effekte ist eine genaueFokussierung des Laserstrahls bzw. des Laserpulses auf das Zielobjektbzw. das Target. Hierbei wird üblicherweisedie Bündelungdes Strahls mit Spiegeloptiken von möglichst kurzer Brennweite statt mitLinsen vorgenommen, um die Intensität im Brennfleck auf dem Materialdes Zielobjektes, das zur Produktion von Teilchen oder Röntgenstrahlungverwendet werden soll, zu maximieren, sowie eine Verlängerungder Pulsdauer durch dispersive Effekte beim Durchgang durch dasoptische Material zu vermeiden.Allessential forthe above-described or other desired effects is an accurate oneFocusing the laser beam or the laser pulse on the target objector the target. This is usuallythe bundlingthe beam with mirror optics of the shortest possible focal length instead ofLenses made to the intensity in the focal spot on the materialof the target object, which is used to produce particles or X-raysshould be used to maximize, as well as an extensionthe pulse duration by dispersive effects when passing through theto avoid optical material.
Prinzipiellwird aufgrund der sehr starken Fokussierung der Bereich höchster Intensität nur ineinem sehr kleinen Wirkvolumen erreicht, so dass für eine maximaleEffizienz der Abstand zwischen der Fokussieroptik und der Oberfläche desZielobjektes höchstgenau, üblicherweisebis auf wenige Mikrometer genau eingestellt werden muss.in principleis due to the very strong focus of the highest intensity area only inreached a very small effective volume, allowing for a maximumEfficiency of the distance between the focusing optics and the surface of theTarget object highestexactly, usuallymust be adjusted to a few microns accurate.
Diesist umso problematischer, da eingesetzte Fokussieroptiken bei diesenhochintensiven Pulsen durch Fokussierspiegel gebildet sein können, insbesondereparabolische Fokussierspiegel, die sehr hohe Massen von mehreren10 Kilo aufweisen können,wohingegen die Zielobjekte in der Regel nur wenige Mikrometer große Anordnungenbilden, die beispielsweise aus Metall- oder Kunststofffolien bestehen.Thisis all the more problematic, since used focusing optics in thesehigh-intensity pulses can be formed by focusing mirror, in particularparabolic focusing mirrors that have very high masses of several10 kilos,whereas the targets are typically only a few microns in sizeform, which consist for example of metal or plastic films.
Problematischist es dabei, dass eine Fehleinstellung des Abstandes zwischen diesenObjekten sich quadratisch in einem Verlust an Lichtintensität auswirkt.Problematicis it there that a misadjustment of the distance between theseObjects squared in a loss of light intensity.
Umdiesem Problem vorzubeugen, ist es im Stand der Technik bekannt,dass permanente Leuchten des Verstärkermediums eines genutztenLasers, die sogenannte verstärktespontane Emission oder englisch Amplified Spontaneous Emission,ASE, auf der Oberflächeeines Zielobjektes zu fokussieren und mit Hilfe lichtstarker Teleskopezu beobachten. Es erfolgt sodann eine Anpassung des Abstandes zwischender Fokussieroptik, also insbesondere eines parabolischen Hohlspiegelsund dem Zielobjekt bis dass der Experimentator den Eindruck gewonnen hat,eine optimale Position angefahren zu haben. Dieses Verfahren wirdfür jedeneinzelnen Laserpuls durchgeführt,der zur Erzeugung der vorgenannten Teilchen oder Röntgenstrahlengenutzt werden soll.AroundTo prevent this problem, it is known in the art,that permanent lights of the amplifier medium of a usedLasers, the so-called reinforcedspontaneous emission or English Amplified Spontaneous Emission,ASE, on the surfacefocus on a target object and with the help of powerful telescopesto observe. There then takes place an adjustment of the distance betweenthe focusing optics, ie in particular a parabolic concave mirrorand the target object until the experimenter has gained the impressionto have approached an optimal position. This procedure willfor eachsingle laser pulse,for generating the aforementioned particles or X-raysshould be used.
Ersichtlichist es, dass das vorgenannte Verfahren höchst langwierig und ungenauist, da es auf den persönlichenEindruck des Experimentators abstellt und darüber hinaus nicht zerstörungsfreiabläuft,da bereits auf empfindlichen Zielobjekten die fokussierte spontaneEmission des nicht gütegeschaltetenLasermediums eine derart hohe Intensität erreichen kann, dass einempfindliches Zielobjekt, insbesondere Kunststoffe o. ä., selbstdurch diese Strahlung bereits in Mitleidenschaft gezogen oder garzerstörtwird. FürProduktionsanwendungen mit hoher Ausbeute ist daher dieses bekannteVerfahren ungeeignet.apparentIt is that the above procedure is extremely tedious and inaccurateis because it is personalImpression of the experimenter turns off and beyond that non-destructiveexpiressince already on sensitive targets the focused spontaneousEmission of the non-Q-switchedLasermediums can reach such a high intensity that asensitive target object, especially plastics o. Ä., Evenalready affected by this radiation or evendestroyedbecomes. ForHigh yield production applications are therefore knownProcedure unsuitable.
Aufgabeder Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten gattungsgemäßen Artsowie ein System bereitzustellen, mit dem eine reproduzierbare Positionierungeines Zielobjektes erzielt werden kann, insbesondere um hohe Ausbeutenoder Wiederholraten und insbesondere eine Schuss zu Schuss-Reproduzierbarkeitzu erreichen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahrenund eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Fokussierung desLaserstrahls auf ein Zielobjekt schnell, genau, quantifizierbarund darüberhinaus auch in weiterer Abgrenzung zum bekannten Stand der Technikzerstörungsfreibzw. ohne Einflussnahme auf das Zielobjekt durchführbar ist.The object of the invention is to provide a method of the aforementioned generic type and a system with which a reproducible positioning of a target object can be achieved, in particular to achieve high yields or repetition rates and in particular a shot to shot reproducibility. It is white terhin object of the invention to provide a method and an apparatus with which the focusing of the laser beam on a target object quickly, accurately, quantifiable and beyond even in further delimitation from the prior art nondestructive or without influencing the target object is feasible.
DieAufgabe wird gemäß der Erfindungdadurch gelöst,dass an die gewünschtePosition eines zu positionierenden Zielobjektes im Wirkvolumen der ersten,insbesondere gepulsten Laserstrahlung das Abbild eines Maskenelementesdurch die Umlenkoptik hindurch, insbesondere mit einer zweiten Laserstrahlung,projiziert wird und der Grad der Defokussierung des Abbildes desMaskenelementes auf dem zu positionierenden Zielobjekt bestimmt,insbesondere minimiert wird.TheTask is according to the inventionsolved bythat to the desiredPosition of a target object to be positioned in the effective volume of the first,in particular pulsed laser radiation, the image of a mask elementthrough the deflection optics, in particular with a second laser radiation,is projected and the degree of defocusing the image of theMask element determined on the target object to be positioned,is minimized in particular.
WesentlicherKerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass an diejenigeStelle innerhalb des Wirkvolumens eines fokussierten Laserstrahles, diefür dasdurchzuführendeExperiment als optimal empfunden wird, das Abbild eines Maskenelementes projiziertwird, so dass bei einem in der Fokusumgebung des Laserstrahles positioniertenZielobjekt dieses Zielobjekt als Projektionsfläche für das Abbild dient und somitanhand der Schärfebzw. dem Grad der Defokussierung des Abbildes des Maskenelementesauf dem Zielobjekt bestimmbar ist, ob das Zielobjekt an der optimalenStelle im Wirkvolumen positioniert ist oder ob es noch einer Verschiebung desZielobjektes bzw. einer Änderungdes Abstandes zwischen Fokussieroptik und Zielobjekt bedarf, um dieseoptimale Position einzustellen.essentialThe core idea of the invention is to be seen in that to thatPosition within the effective volume of a focused laser beam, thefor theto be performedExperiment is considered optimal, projecting the image of a mask elementis positioned so that at one in the focus environment of the laser beamTarget object of this target object serves as a projection surface for the image and thusbased on the sharpnessor the degree of defocusing of the image of the mask elementon the target object can be determined whether the target object at the optimalPosition is positioned in the effective volume or whether there is still a shift in theTarget object or a changethe distance between the focusing optics and the target object requires thisto set the optimum position.
Sokann ein Zielobjekt zunächst(grob) innerhalb des Wirkvolumens positioniert und dann in seinerPosition optimiert werden, was aufgrund der Bestimmung des Gradesder Defokussierung und der üblicherweisesehr kurzen Brennweiten der Fokussieroptiken in hochgenauem Maße erfolgenkann. Hierbei kann es vorgesehen sein, das Abbild des Maskenobjektesdurch eine entsprechende Beobachtungsoptik zu beobachten, um soden Grad der Defokussierung festzustellen, was sowohl manuell alsauch besonders bevorzugt automatisiert vorgenommen werden kann.Socan be a target object first(roughly) positioned within the effective volume and then in hisPosition can be optimized, due to the determination of the degreethe defocusing and the usualvery short focal lengths of the focusing optics are carried out to a highly accurate extentcan. It may be provided, the image of the mask objectto observe by an appropriate observation optics, sodetermine the degree of defocusing, both manually asAlso particularly preferred can be made automated.
Esist dabei ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens,dass die Projektion des Abbildes des Maskenelementes auf das Zielobjekt, welcheswährendder Justage als Projektionsfläche dient,durch die Umlenkoptik hindurch vorgenommen wird, die einen einfallendenLaserstrahl bzw. Laserpuls auf die vorgenannte Fokussieroptik richtet.So bleibt durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. mit einemerfindungsgemäßen Systemdie Justage des Strahlenganges zur Fokussierung der ersten, insbesonderegepulsten Laserstrahlung vollständig unangetastet,so dass sich demnach kein weiterer Einfluss durch die Durchführung deserfindungsgemäßen Verfahrensim Experimentaufbau bemerkbar macht.Itis a particular advantage of the method according to the invention,that the projection of the image of the mask element on the target object, whichwhilethe adjustment serves as a projection surface,is made through the deflection optics, the incident anLaser beam or laser pulse directed to the aforementioned focusing optics.Thus, by the method according to the invention or with ainventive systemthe adjustment of the beam path for focusing the first, in particularpulsed laser radiation completely untouched,Thus, no further influence by the implementation of theinventive methodmakes noticeable in the experiment setup.
Umdie Projektion durch die Umlenkoptik hindurch stattfinden zu lassen,ist es dabei wie eingangs erwähntvorgesehen, dass diese Umlenkoptik für die im Experiment verwendeteerste, insbesondere gepulste Laserstrahlung hoch reflektierend ist,hingegen durchlässigfür einezweite Wellenlänge,die für dieAbbildung des Maskenelementes verwendet wird, insbesondere für eine zweiteLaserstrahlung mit einer abweichenden Laserwellenlänge.Aroundto let the projection through the deflection optics take placeit is as mentioned aboveprovided that this deflection optics for those used in the experimentfirst, in particular pulsed laser radiation is highly reflective,however permeablefor onesecond wavelength,the for theIllustration of the mask element is used, especially for a secondLaser radiation with a different laser wavelength.
Dementsprechendkönnenfür solcheUmlenkoptiken beispielsweise dichroitische Spiegel eingesetzt werden,die entsprechende dielektrische Beschichtungen aufweisen. Weiterhinsind bei heutigen Hochleistungslasern, die in der Regel Strahlungim infraroten Wellenlängenbereichemittieren, die eingesetzten Spiegel hoch reflektierend für dieseWellenlänge,hingegen in der Regel transitiv für den sichtbaren Wellenlängenbereich,so dass hier das vorgeschlagene Verfahren bzw. System keine Anpassung bzw. Änderungschon bestehender Optiken erfordert.Accordinglycanfor suchDeflection optics are used for example dichroic mirrors,having the corresponding dielectric coatings. Fartherare in today's high power lasers, which are usually radiationin the infrared wavelength rangeemit, the mirror used highly reflective for thisWavelength,however, usually transitive for the visible wavelength range,so that here the proposed method or system no adjustment or changealready existing optics required.
Beidem vorgenannten Verfahren bzw. System kann es somit vorgesehensein, dass zur Vermeidung eines jeglichen Eingriffs in den Strahlengang derzu fokussierenden ersten Laserstrahlung die Fokussieroptik für die ersteLaserstrahlung einen Teil der Abbildungsoptik für das Maskenelement bildet. Dieskann beispielsweise derart erfolgen, dass die Abbildungsoptik für das Maskenelementdurch zwei fokussierende Optiken erfolgt, wobei eine der Optikenfür dieAbbildung im Strahlengang vor der Umlenkoptik der ersten, insbesonderegepulsten Laserstrahlung angeordnet ist und die zweite fokussierendeOptik durch die Fokussieroptik der ersten Laserstrahlung gebildetwird, so dass in diesem Sinne die Abbildungsoptik für die Maskenelementabbildungum die Umlenkoptik im Strahlengang der ersten, insbesondere gepulstenLaserstrahlung herum angeordnet ist.atThe above-mentioned method or system can thus be providedbe that to avoid any interference with the beam path of theto be focused first laser radiation, the focusing optics for the firstLaser radiation forms part of the imaging optics for the mask element. ThisFor example, can be made such that the imaging optics for the mask elementis done by two focusing optics, with one of the opticsfor theIllustration in the beam path in front of the deflection optics of the first, in particularpulsed laser radiation is arranged and the second focusingOptics formed by the focusing optics of the first laser radiationis, so in this sense, the imaging optics for the mask element mappingto the deflection optics in the beam path of the first, in particular pulsedLaser radiation is arranged around.
Ineiner weiteren Ausführungder Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das auf dem zu positionierendenZielobjekt, also der temporärenProjektionsflächeerzeugte Abbild des Maskenelementes wiederum abgebildet wird, nämlich hierentgegen der ursprünglichenAbbildungsrichtung durch die Umlenkoptik hindurch in eine zweiteBildebene, so dass es erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, beidieser Ausführungden Grad der Defokussierung nicht direkt auf dem Zielobjekt, sondernin der zweiten Bildebene zu bestimmen und insbesondere zu minimieren.So kann insbesondere durch die weitere Abbildung auch eine Vergrößerung desauf dem Zielobjekt befindlichen Abbildes des Maskenelementes vorgenommen werden,um so noch eine weitere vereinfachte Justierung zu erzielen. Auchkann hierdurch eine Automatisierung des Verfahrens erleichtert werden,da die Möglichkeitbesteht, in der zweiten Bildebene einen Detektor, insbesondere eineKamera zu positionieren und so eine apparativ gestützte Untersuchungdes Grades der Defokussierung zu ermöglichen.In a further embodiment of the invention, it may be provided that the image of the mask element generated on the target object to be positioned, ie the temporary projection surface, is again imaged, namely here opposite the original imaging direction through the deflection optics into a second image plane, so that it is according to the invention may be provided, in this embodiment, not to determine the degree of defocusing directly on the target object, but in the second image plane and in particular to minimize. Thus, in particular by the further mapping, an enlargement of the image of the mask element located on the target object can be made so as to achieve yet another simplified adjustment. This also makes it easier to automate the method since it is possible to position a detector, in particular a camera, in the second image plane and thus to enable an apparatus-supported examination of the degree of defocusing.
Daauch bei dieser zweiten Abbildung diese Abbildung wiederum, jedochhier in rückwärtiger Richtungdurch die Umlenkoptik fürdie erste Laserstrahlung erfolgt, bleibt auch für diese Abbildungsmaßnahme derStrahlengang der ersten Laserstrahlung vollständig unangetastet. Auch hierwird in bevorzugter Weise die Fokussieroptik für die erste Laserstrahlungals Teil der Abbildungsoptik fürdiese zweite Abbildung eingesetzt, insbesondere als eine von zweifokussierenden Optiken.Thereagain with this second figure, however, this figurehere in the backward directionthrough the deflection optics forthe first laser radiation takes place, remains for this imaging measure theBeam path of the first laser radiation completely untouched. Here toois preferably the focusing optics for the first laser radiationas part of the imaging optics forused this second figure, especially as one of twofocusing optics.
Erfindungsgemäß kann esdabei vorgesehen sein, zur Beurteilung des Grades der Defokussierung,den Kontrast der Abbildung entweder auf dem als Projektionsfläche dienendenZielobjekt oder bevorzugterweise in der zweiten Bildebene und somit anhanddes Detektorsignals, insbesondere anhand eines Kamerabildes zu beurteilen.According to the invention it canbe provided to assess the degree of defocusing,the contrast of the image either on the serving as a projection surfaceTarget object or preferably in the second image plane and thus basedof the detector signal, in particular on the basis of a camera image.
Sowird erst dann, wenn der Kontrast maximiert wurde, das Zielobjektseine optimale Position im Wirkvolumen, insbesondere Fokus des erstenLaserstrahles erreicht haben. Hierfür kann es vorgesehen sein,dass aus dem Detektorsignal, insbesondere somit aus dem Kamerabildeine Kontrastfunktion gebildet und ausgewertet wird, insbesondereanhand des Gradienten der Kontrastfunktion. So kann bei einer Verschiebungdes Zielobjektes und einer somit erfolgenden Fokussierung oder Defokussierungje nach Verschiebungsrichtung ein eindeutiges Maximum im Betragdes Gradient festgestellt werden, wobei es beispielsweise vorgesehensein kann, das Zielobjekt dort zu positionieren, wo exakt das Maximumerreicht wird.Sowill only become the target when the contrast is maximizedits optimal position in the effective volume, in particular focus of the firstLaser beam have reached. It may be provided for this purposethat from the detector signal, in particular thus from the camera imagea contrast function is formed and evaluated, in particularbased on the gradient of the contrast function. So can a shiftof the target object and thus focusing or defocusingdepending on the direction of displacement a clear maximum in the amountof the gradient, for examplemay be to position the target object where exactly the maximumis reached.
Anhanddieser Überlegungbesteht somit die Möglichkeit,ein elektronisches Regelsystem aufzubauen, welches die vorgenanntenDetektorsignale und insbesondere gebildeten Gradienten auswertet undsomit eine automatische Positionierungsvorrichtung zur Änderungdes Abstandes zwischen Fokussierobjekt und Zielobjekt ansteuert.So kann beispielsweise automatisch auch durch einen Iterationsprozessdie optimale Position des Zielobjektes im Wirkvolumen gefunden werden,insbesondere unter Berücksichtigungder Modulationstransferfunktion des gesamten Abbildungssystems.Basedthis considerationThere is thus the possibilityto build an electronic control system, which the aforementionedEvaluates detector signals and in particular formed gradients andthus an automatic positioning device for modificationof the distance between the focusing object and the target object.For example, an iteration process can also automatically take placethe optimal position of the target object can be found in the effective volume,especially consideringthe modulation transfer function of the entire imaging system.
Für die Realisierungder ersten Abbildung des Maskenelementes auf dem Zielobjekt undsomit auch fürdie gegebenenfalls eingesetzte zweite Abbildung in einer zweitenBildebene kann es vorgesehen sein, das Maskenelement mit einer zweitenLaserstrahlung zu beleuchten und dabei das Durchlicht des Maskenelementesmittels eines Strahlteilers umzulenken und so die Maske durch dieUmlenkoptik der ersten Laserstrahlung hindurch an die gewünschte Positionim Wirkvolumen abzubilden, wobei wie eingangs erwähnt, dieAbbildungsoptik aus zwei fokussierenden Optiken und hier insbesondereder Fokussierungsoptik der ersten Laserstrahlung als eine dieserbeiden Optiken auszubilden.For the realizationthe first image of the mask element on the target object andthus also forthe optionally used second figure in a secondImage level may be provided, the mask element with a secondTo illuminate laser radiation while the transmitted light of the mask elementto divert by means of a beam splitter and so the mask through theDeflection optics of the first laser radiation through to the desired positionImagine the effective volume, as mentioned above, theImaging optics from two focusing optics and here in particularthe focusing optics of the first laser radiation as one of theseto train both optics.
Durchdie Verwendung eines Strahlteilers zur Umlenkung des die Maske durchleuchtenden Lichteskann dabei bewirkt werden, dass bei der gegebenenfalls erfindungsgemäß vorgesehenenzweiten Abbildung in die zweite Bildebene diese weitere Abbildungin Transmission durch diesen Strahlteiler erfolgen kann. So wirderreicht, dass die Abbildung in die zweite Bildebene nicht auf dieMaske selbst zurückerfolgt,sondern die zweite Bildebene von der Objektebene des Maskenelementesgetrennt wird.Bythe use of a beam splitter for deflecting the light passing through the maskcan thereby be effected that in the optionally provided according to the inventionsecond figure in the second image plane this more illustrationin transmission can be done by this beam splitter. So willensures that the image in the second image plane is not on theMask itself back,but the second image plane of the object plane of the mask elementis disconnected.
Hierbeiwird es als besonders vorteilhaft empfunden, wenn das Maskenelementmittels kollimierter Laserstrahlung, gegebenenfalls nach einer vorherigenAufweitung durch ein Teleskop, beleuchtet wird, da so die Möglichkeitbesteht, eine afokale Abbildung des Maskenelementes auf dem Zielobjekt zuerzielen, d. h., es wird vermieden, dass der zur Beleuchtung desMaskenelements verwendete Laserstrahl ebenfalls auf das Target fokussiertwird, so dass hierdurch die aus dem Stand der Technik bekanntenProbleme eine Beeinflussung oder Zerstörung des Zielobjektes durchfokussierte Justagestrahlung vollständig vermieden wird.in this connectionit is felt to be particularly advantageous if the mask elementby means of collimated laser radiation, possibly after a previous oneWidening through a telescope is illuminated, as is the possibilityThere is an afocal mapping of the mask element on the target objectachieve, d. h., it is avoided that to illuminate theMasking element used laser beam also focused on the targetis, so that thereby known from the prior artProblems influencing or destroying the target objectfocused adjustment radiation is completely avoided.
Sokann es demnach in bevorzugter Ausführung für die Durchführung desVerfahrens und Realisierung des Systems vorgesehen sein, dass diebeiden fokussierenden Optiken der Abbildungsoptik mit dem Maskenelementund der Abbildung des Maskenelementes im Wirkvolumen eine 4F-Optik-Konfigurationausbildet, insbesondere bei der das Maskenelement und das Bild desMaskenelementes im Wirkvolumen sich in zueinander konjugierten Ebenen befinden.SoAccordingly, it may be in a preferred embodiment for the implementation ofProcedure and realization of the system be provided that thetwo focusing optics of the imaging optics with the mask elementand imaging the mask element in the effective volume into a 4F optic configurationforms, especially in the mask element and the image ofMask element in the effective volume are in mutually conjugate planes.
Ingleicher Weise kann es somit auch vorgesehen sein, dass die beidenfokussierenden Optiken der Abbildungsoptik zusammen mit der Abbildung desMaskenelementes im Wirkvolumen und der Abbildung des Maskenbildsin der zweiten Bildebene, somit also mit dem Detektor, der in derzweiten Bildebene angeordnet sein kann, eine 4F-Optikkonfigurationausbildet, insbesondere in der das Bild des Maskenobjektes im Wirkvolumenund der Detektor sich in zu einander konjugierten Ebenen befinden.InSimilarly, it can thus be provided that the twofocusing optics of the imaging optics together with the imaging of theMask element in the effective volume and the image of the mask imagein the second image plane, thus with the detector in thesecond image plane can be arranged, a 4F optical configurationforms, in particular in the image of the mask object in the effective volumeand the detector are in planes conjugate to each other.
Wieeingangs erwähnt,kann gerade durch die Realisierung der 4F-Optikkonfiguration für gegebenenfalls beide Abbildungen,zumindest jedoch für dieerste Abbildung des Maskenelementes auf dem Zielobjekt, im Wirkvolumeneine afokale Abbildung durch das so gebildete telezentrische Abbildungssystemerreicht werden, bei der der zweite Laserstrahl sowohl an der Stelleder Maske als auch an der Stelle des Abbildes des Maskenelementesauf dem Zielobjekt aufgeweitet ist, also nicht fokussiert ist undsomit jegliche Zerstörungs-oder Beeinflussungsrisiken eliminiert sind.As mentioned above, just by the realization of the 4F optical configuration for gege if appropriate both images, but at least for the first image of the mask element on the target object, an afocal image in the effective volume are achieved by the telecentric imaging system thus formed, wherein the second laser beam both at the location of the mask and at the location of the image of the mask element on the target object is expanded, so is not focused and thus any destruction or interference risks are eliminated.
Für das erfindungsgemäße Verfahrenbzw. System ist es dabei weiterhin von Vorteil, dass eine Positionierungdes Maskenbildes im Wirkvolumen an eine gewünschte Position, also insbesonderedie optimale Position des Fokus der ersten Laserstrahlung durcheine Verschiebung der Maske erzielt werden kann, wodurch sich dieObjektebene der Maske im Abbildungssystem ändert und somit auch die Bildebeneim Wirkvolumen verschoben wird.For the inventive methodor system, it is further advantageous that a positioningthe mask image in the effective volume to a desired position, ie in particularthe optimal position of the focus of the first laser radiationa shift of the mask can be achieved, causing theObject level of the mask in the imaging system changes and thus the image planeis shifted in the effective volume.
Beieiner weiteren Abbildung in die genannte zweite Bildebene, in derein Detektor angeordnet sein kann, kann es sodann ergänzend vorgesehensein, dass in gleicher Weise mit der Verschiebung der Maske auchder Detektorabstand geändertwerden kann, was, da das Abbildungssystem für beide Abbildungen identischsein kann, mit demselben Verschiebeweg erfolgt. Dies kann beispielsweisedurch eine automatische Kopplung von zwei Verschiebeeinheiten sowohldes Maskenelementes als auch des Detektors erfolgen.atanother image in said second image plane, in thea detector can be arranged, it can then be provided in additionbe that same with the displacement of the mask as wellthe detector distance changedwhat can be, as the imaging system for both pictures is identicalcan be done with the same displacement. This can be, for exampleby an automatic coupling of two displacement units boththe mask element as well as the detector done.
Für eine Grundjustageeines eventuellen Detektors, wie beispielsweise einer Kamera inder zweiten Bildebene, kann es dabei ergänzend vorgesehen sein, hinterdem eingangs genannten Strahlteiler innerhalb der beiden Abbildungssystemeund dem Strahlengang vor der Umlenkoptik für den ersten Laserstrahl eineAutokorrelationsoptik anzuordnen, mit der das Maskenbild direktin die zweite Bildebene abbildbar ist, so dass durch eine solcheKorrelationsoptik zunächstder optimale Abstand des Detektors zum Strahlteiler und somit dieoptimale Position in der zweiten Bildebene einjustiert werden kann.Auch dies kann erfindungsgemäß vollautomatischerfolgen.For a basic adjustmenta possible detector, such as a camera inthe second image plane, it can be provided in addition, behindthe aforementioned beam splitter within the two imaging systemsand the beam path in front of the deflection optics for the first laser beam aArrange autocorrelation optics, with the mask image directlyis reproducible in the second image plane, so that by such aCorrelation optics firstthe optimal distance of the detector to the beam splitter and thus theoptimal position in the second image plane can be adjusted.Again, this can be fully automatic according to the inventionrespectively.
Dasvorgenannte Verfahren bzw. das in gleicher Weise genutzte Systemkann hier somit erfindungsgemäß besondersvorteilhaft eingesetzt werden zur Positionierung eines Zielobjektes,wie beispielsweise Metall- oder Kunststofffolien im Fokus einesLaserpulses, beispielsweise eines Piko-(10–12) oderFemto-(10–15)sekunden Laserpulses hoher Energie, der im Fokusbereich mehr als1018 Watt pro Quadratzentimeter erzielenkann.The aforementioned method or the system used in the same way can therefore be used particularly advantageously according to the invention for positioning a target object, such as metal or plastic foils in the focus of a laser pulse, for example a pico (10-12 ) or femto (10). 15 ) seconds high-energy laser pulse, which can achieve more than 1018 watts per square centimeter in the focus area.
Dadas Verfahren und das System bezüglich desStrahlenganges, der fürdie Umlenkung und Fokussierung des Laserpulses vorgesehen ist, vollständig nichtinvasiv ist, ergeben sich keinerlei geänderte Experimentbedingungenund ein System zur Durchführungdes Verfahrens kann somit vollständigextern ohne Beeinflussung des Experimentes an dieses angekoppeltwerden.Therethe method and the system regarding theBeam path, the forthe deflection and focusing of the laser pulse is provided, not completelyinvasive, there are no changed experimental conditionsand a system for implementationof the method can thus be completeexternally coupled to this without influencing the experimentbecome.
Esergeben sich insbesondere automatisch und insbesondere objektiveMöglichkeitenzur Beurteilung einer optimalen Justageposition des Zielobjektesim Wirkvolumen. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, dass derFokus bei einem hochintensiven Laserpuls gegebenenfalls außerhalbder geometrischen Fokallängedes eingesetzten fokussierenden Hohlspiegels, z. B. aufgrund sichbemerkbar machender nicht linearer Eigenschaften angeordnet ist,da das Maskenabbild an jeder gewünschtenPosition auch abweichend vom geometrischen Fokus eingestellt werdenkann.Itarise in particular automatically and in particular objectiveoptionsfor assessing an optimal adjustment position of the target objectin the effective volume. It can also be considered that theFocus on a high-intensity laser pulse, possibly outsidethe geometric focal lengthused the focusing concave mirror, z. B. due tonotable non-linear properties,because the mask image at each desiredPosition can also be set differently from the geometric focuscan.
Sokann insbesondere nach einmaligen Auffinden der optimalen Positioneines Zielobjektes (Target) innerhalb des Wirkvolumens das Maskenabbild inexakt diese optimale Position gelegt werden und als Justagehilfefür zukünftige Positionierungenvon Zielobjekten, insbesondere im Rahmen eines automatisierten Verfahrens,herangezogen werden.Soespecially after finding the optimal position onceof a target object (target) within the effective volume, the mask image inexactly this optimal position can be placed and as an adjustment aidfor future positioningof target objects, in particular as part of an automated procedure,be used.
EinAusführungsbeispielder Erfindung ist in der nachfolgenden Figur erläutert.OneembodimentThe invention is explained in the following figure.
Dieeinzige Figur zeigt bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrenseinen ersten Strahlengang
ImStrahlengang
Deutlichwird hier, dass durch das fokussierende Element
Umdiese Position P zu markieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,das Abbild eines Maskenelementes
Soist es hier vorgesehen, das Maskenelement
Hierist es vorgesehen, dass von dem Maskenelement
Hierdurchergibt sich durch den Strahlteiler
Beidieser zweiten Abbildung geht das von dem Zielobjekt rückgestreuteLicht des Maskenbildes durch den Strahlteiler
Deutlichwird hier, dass durch den Aufbau des Justagesystems keinerlei Eingriffin den Strahlengang des justierten Laserstrahls
Sokann ein erfindungsgemäßes Justagesystemauch nachträglichan einer bestehenden experimentellen Anordnung verwendet werden,ohne einen Eingriff in die Anordnung vornehmen zu müssen. Weiterhinkann es hier vorgesehen sein, eine Autokorrelationsoptik
Sokann durch diese Autokorrelationsoptik zunächst für die Durchführung deserfindungsgemäßen Verfahrenseine optimale Justage des Detektors in der Bildebene B vorgenommenwerden. Fehlerquellen durch Fehljustagen des Detektors innerhalb derBildebene B, die sich auf eine nicht zufrieden stellende Positionierungdes Zielobjektes auswirken würden,könnensomit vermieden werden, da somit zunächst sicher gestellt ist, dassdas Justagehilfssystem in sich optimal justiert ist.Socan by this autocorrelation optics first for the implementation of theinventive methodmade an optimal adjustment of the detector in the image plane B.become. Sources of error due to misalignment of the detector within theImage plane B, focusing on an unsatisfactory positioningof the target object,canThus, be avoided because it is first ensured thatthe adjustment aid system is optimally adjusted in itself.
Bezüglich sämtlicherAusführungenist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genanntentechnischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetztwerden können,sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischenMerkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlicheinzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellungeinsetzbar.Regarding allversionsIt should be noted that those mentioned in connection with an executiontechnical features not only used in the specific executioncan bebut also in the other versions. All disclosed technicalFeatures of this invention description are essential to the inventionbe classified and combined with each other or in isolationused.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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