激光整形及波阵面控制用光学系统

摘要

本发明的一个实施方式所涉及的激光整形及波阵面控制用光学系统（1）具备：强度转换透镜（24），其将入射激光的强度分布转换并整形成所期望的强度分布；光调制元件（34），其调制来自于强度转换透镜（24）的射出激光且进行波阵面控制；聚光光学系统（36），其将来自于光调制元件（34）的输出激光聚光；及成像光学系统（30），其配置于光调制元件（34）与聚光光学系统（36）之间，在将来自于强度转换透镜（24）的射出激光的强度分布分布成所期望的强度分布的面（24x）与光调制元件（34）的调制面（34a）之间具有入射侧成像面，且在聚光光学系统（36）的瞳孔面（36a）具有射出侧成像面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，其将激光的强度分布整形成任意的强 度分布并且控制该激光的波阵面。

背景技术

一般而言，激光多数如高斯分布那样具有中央附近最强、朝周边 依次减弱的强度分布。然而，在激光加工等中，期望具有空间上强度 分布均匀的激光。关于此点，专利文献1中，作为将激光的强度分布 整形成空间上均匀的强度分布的激光整形用光学系统，公开有具备非 球面透镜型的均化器（homogenizer）的光学系统。该专利文献1所公 开的激光整形用光学系统，为了解决来自于均化器的射出激光对应于 传播距离而畸变的问题，在均化器正后方具备复制透镜系统（成像光 学系统）。

另外，在激光加工等中，期望可以进行微细加工。例如，在形成 光波导路等的改质层的情况下，期望聚光点尽量小。然而，若加工位 置变深，则因像差（波阵面畸变）而使聚光区域扩展，因而难以维持 良好的加工状态。关于此点，专利文献2及3中，作为修正激光的像 差的光学系统、即控制激光的波阵面的波阵面控制用光学系统，公开 有具备空间光调制器（Spatial Light Modulator：SLM）的光学系统。还 有，专利文献2中公开的波阵面控制用光学系统，为了使SLM中的波 阵面形状与聚光光学系统中的波阵面形状一致，在SLM与聚光光学系 统之间具备调整光学系统（成像光学系统）。

专利文献

专利文献1：日本特开2007-310368号公报

专利文献2：日本特开2009-034723号公报

专利文献3：日本特开2010-075997号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本申请发明人们尝试兼顾将激光的强度分布整形成空间上均匀的 强度分布、以及控制激光的波阵面的两者。然而，在专利文献1所公 开的激光整形用光学系统中，若在均化器与成像光学系统之间具备 SLM，则因为将成像光学系统的入射侧成像面设定于均化器的射出面， 因而产生SLM的输出像在聚光光学系统无法成像且无法充分地进行波 阵面控制（修正像差）的问题。

另一方面，在专利文献2所公开的波阵面控制用光学系统中，若 在SLM的前段具备均化器，则因为将成像光学系统的入射侧成像面设 定于SLM的调制面，因而产生均化器的输出像在聚光光学系统无法成 像且整形后的激光的强度分布发生畸变的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种激光整形及波阵面控制用光 学系统，其能够简单地兼顾将激光的强度分布整形成任意的强度分布、 以及控制激光的波阵面的两者。

解决问题的技术手段

本发明的激光整形及波阵面控制用光学系统具备：强度转换透镜， 其将入射激光的强度分布转换且整形成所期望的强度分布；光调制元 件，其调制来自于强度转换透镜的射出激光且进行波阵面控制；聚光 光学系统，其将来自于光调制元件的输出激光聚光；及成像光学系统， 其配置于光调制元件与聚光光学系统之间，在将来自强度转换透镜的 射出激光的强度分布分布成所期望的强度分布的面与光调制元件的调 制面之间具有入射侧成像面，在聚光光学系统具有射出侧成像面。

根据该激光整形及波阵面控制用光学系统，因为成像光学系统在 将来自强度转换透镜的射出激光的强度分布分布成所期望的强度分布 的面与光调制元件的调制面之间具有入射侧成像面，因而能够将由强 度转换透镜整形了的所期望的强度分布、及由光调制元件控制了的波 阵面一起传像至聚光光学系统。因此，能够简单地兼顾将激光的强度 分布整形成任意的强度分布以及控制激光的波阵面的两者。

在此，强度转换透镜是将入射激光的强度分布整形的透镜，同时 也使入射激光的波阵面（换言之，入射激光的相位）改变。该激光整 形及波阵面控制用光学系统，与仅由光调制元件进行波阵面控制的情 况相比，通过利用由该强度转换透镜产生的波阵面（像差）的变化， 从而能够提高波阵面控制分辨率。

将来自于上述的强度转换透镜的射出激光的强度分布分布成所期 望的强度分布的面，也可以位于光调制元件的调制面，上述的成像光 学系统也可以在光调制元件的调制面具有入射侧成像面。

通过该构成，能够更加严密地将由强度转换透镜整形了的所期望 的强度分布、及由光调制元件控制了的波阵面传像至聚光光学系统。

上述的激光整形及波阵面控制用光学系统，也可以进一步具备相 位修正透镜，其配置于将来自强度转换透镜的射出激光的强度分布分 布成所期望的强度分布的面，且使来自强度转换透镜的射出激光的相 位一致并将其修正成平面波。

即使是该构成，也能够将由强度转换透镜整形了的所期望的强度 分布、及由光调制元件控制了的波阵面一起传像至聚光光学系统。因 此，能够简单地兼顾将激光的强度分布整形成任意的强度分布、以及 控制激光的波阵面的两者。

在此，如上所述，在不具备相位修正透镜而仅具备强度转换透镜 的构成中，能够利用由强度转换透镜所产生的波阵面变化，对于像差 的修正来说是有效的。然而，在如多点加工材料的表面的情况那样不 需要像差的修正的情况下，进一步具备相位修正透镜的该构成是有效 的。在多点加工材料的表面时，若应用仅使用强度转换透镜的构成， 则在光调制元件，修正由强度转换透镜所产生的波阵面变化，并且有 必要控制用于形成多点的波阵面变化。因此，由光调制元件所实现的 波阵面控制量增加。

然而，根据进一步具备相位修正透镜的该构成，由相位修正透镜， 使来自于强度转换透镜的输出激光的相位一致并将其修正成平面波， 因此，在光调制元件，可以仅实现用于形成多点的波阵面变化。因此， 由光调制元件所实现的波阵面控制量不增加。

发明的效果

根据本发明，能够简单地兼顾将激光的强度分布整形成任意的强 度分布以及控制激光的波阵面的两者。

附图说明

图1是显示本发明的第1比较例所涉及的激光整形及波阵面控制 用光学系统的构成图。

图2是显示均化器中的入射激光的强度分布的一个例子及射出激 光的所期望的强度分布的一个例子的图。

图3是均化器中的非球面透镜间的光路特定的概略图。

图4是显示强度转换用非球面透镜的形状的一个例子的图。

图5是显示相位修正用非球面透镜的形状的一个例子的图。

图6是显示用于测量强度转换用非球面透镜的射出激光的强度分 布的测量系统的图。

图7是显示强度转换用非球面透镜的入射激光及射出激光的强度 分布的测量结果的图。

图8是显示本发明的第2比较例所涉及的激光整形及波阵面控制 用光学系统的构成图。

图9是强度转换用非球面透镜的射出激光的光路特定的概略图。

图10是显示聚光透镜的瞳孔面上的强度分布的测量结果的图。

图11是显示用于对透明介质内部的聚光特性进行摄像的摄像系统 的图。

图12是显示透明介质内部的聚光特性的摄像结果的图。

图13是显示本发明的第1实施方式所涉及的激光整形及波阵面控 制用光学系统的构成图。

图14是显示由强度转换用非球面透镜所产生的波阵面畸变的图。

图15是显示利用由强度转换用非球面透镜所产生的波阵面变化的 情况与未利用的情况的透明介质内部的聚光特性的图。

图16是显示本发明的第2实施方式所涉及的激光整形及波阵面控 制用光学系统的构成图。

符号的说明

1、1A、1X、1Y  激光整形及波阵面控制用光学系统

12  激光光源

14  空间滤波器

16  准直透镜

18、20、22  反射镜

24  强度转换用非球面透镜（强度转换透镜）

24x 将来自于强度转换透镜的射出激光的强度分布分布成所期 望的强度分布的面

25  相位修正用非球面透镜（相位修正透镜）

26  均化器

28、30、30X  成像光学系统

32  棱镜

34  空间光调制器（SLM：光调制元件）

34a 调制面

36  聚光透镜（聚光光学系统）

36a 瞳孔面

41  成像透镜系统

42  光束轮廓分析仪

50  透明材料

51  透镜

52  CCD摄像机

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明本发明的优选的实施方式。还有， 在各附图中，对相同或相当的部份附加相同的符号。

在说明本发明的实施方式之前，说明本发明的比较例。首先，在 第1比较例中，设计了如下方式：具备将激光的强度分布整形的均化 器（homogenizer）、及进行激光的波阵面控制的空间光调制器（光调制 元件：以下称为SLM。），再有，具备2个成像光学系统，其用于将由 均化器所整形的强度分布、及由SLM所控制的波阵面一起传像至任意 的位置。

[第1比较例]

图1是显示本发明的第1比较例所涉及的激光整形及波阵面控制 用光学系统的构成图。该第1比较例的激光整形及波阵面控制用光学 系统1X具备：激光光源12；空间滤波器14；准直透镜16；反射镜18、 20、22；均化器26；成像光学系统28、30X；棱镜32；SLM34；及聚 光透镜（聚光光学系统）36。

激光光源12是例如Nd：YAG激光。空间滤波器14例如具备倍率 为10倍的物镜、及直径Φ=50μm的针孔。准直透镜16是例如平凸透 镜。如此，通过使自激光光源12射出的激光通过空间滤波器14及准 直透镜16，将强度分布整形成同心圆状的高斯分布（图2的Oi）。强 度分布整形后的激光，通过反射镜18转换90度方向，入射至均化器 26。

均化器26是用于将激光的强度分布整形成任意的形状的均化器。 均化器26具备一对非球面透镜24、25。均化器26中，入射侧的非球 面透镜24，作为将激光的强度分布整形成任意的形状的强度转换用非 球面透镜而发挥功能，射出侧的非球面透镜25，作为使整形后的激光 的相位一致并将其修正成平面波的相位修正用非球面透镜而发挥功 能。该均化器26中，通过一对非球面透镜24、25的非球面的形状设 计，从而可生成将入射激光Oi的强度分布整形成所期望的强度分布的 射出激光Oo。

以下，例示均化器26中的一对非球面透镜24、25的非球面的形 状设计的一个例子。例如，将所期望的强度分布设定成在激光加工装 置中所期望的空间上均匀的强度分布、即超高斯分布（图2的Oo）。 在此，有必要将所期望的强度分布设定成射出激光Oo的能量（所期望 的强度分布的面积）与入射激光Oi的能量（强度分布的面积）相等。 因此，例如，超高斯分布的设定可以如以下所述进行。

入射激光Oi的强度分布，如图2所示，是同心圆状的高斯分布（波 长1064nm、光束直径5.6mmat1/e²、ω=2.0mm）。因为高斯分布通过下 述（1）式表示，因而入射激光Oi的半径6mm的范围内的能量为下述 （2）式。

[数1]

$I_1\left(r\right)=\exp \{-{\left(\frac{r}{\omega }\right)}^2\}...\left(1\right)$

[数2]

$\underset{-6}{\overset{6}{\int }}{I}_1\left(r\right)\mathrm{dr}=1.76689...\left(2\right)$

在该情况下，因为高斯分布以半径0mm作为中心而旋转对称，因 而通过一维解析来设计非球面形状。

另一方面，射出激光Oo的所期望的强度分布，如图2所示，设定 成超高斯分布（次数N=8、ω=2.65mm）。因为超高斯分布通过下述（3） 式表示，因而如下述（4）式那样，为了使射出激光Oo的半径6mm的 范围内的能量等于入射激光Oi的能量，将射出激光Oo的强度均匀部 的值设定为E₀＝0.687。

[数3]

$I_2\left(r\right)=E_0\times \exp \{-{\left(\frac{r}{\omega }\right)}^{2N}\}...\left(3\right)$

[数4]

$\underset{-6}{\overset{6}{\int }}{I}_1\left(r\right)\mathrm{dr}=\underset{-6}{\overset{6}{\int }}{I}_2\left(r\right)\mathrm{dr}...\left(4\right)$

还有，若基于本方法，则整形后的射出激光的所期望的强度分布 不仅可以是规定的函数，也可以是任意的强度分布。

其后，如图3所示，以使强度转换用非球面透镜24中的入射激光 Oi的强度分布在相位修正用非球面透镜25中成为具有所期望的强度 分布的射出激光Oo的方式，求取作为自强度转换用非球面透镜24的 非球面24a向相位修正用非球面透镜25的非球面25a的光路的、非球 面透镜的半径方向的任意的坐标上的光路P1~P8。

其后，基于所求取的光路P1~P8，求取强度转换用非球面透镜24 的非球面24a的形状。具体而言，为了取得光路P1~P8，以强度转换用 非球面透镜24的中心作为基准而求取半径r1方向的各坐标上的非球面 24a的高低差。于是，如图4所示，求取强度转换用非球面透镜24的 非球面24a的形状。

另一方面，求取相位修正用非球面透镜25的非球面25a的形状， 以使光路P1~P8的激光的相位一致且成为平面波。具体而言，以相位 修正用非球面透镜25的中心作为基准而求取半径r2方向的各坐标上的 非球面25a的高低差。于是，如图5所示，求取相位修正用非球面透 镜25的非球面25a的形状。

还有，图4及图5是使用CaF₂（n=1.42）作为非球面透镜24、25 的材料，且将非球面24a的中心位置（坐标r₁=0的位置）与非球面25a 的中心位置（坐标r₂=0的位置）的间隔设计为L=165mm时的一个例 子。

回到图1，由均化器26整形成所期望的强度分布的激光Oo，通过 反射镜20转换90度方向，入射至成像光学系统28。

成像光学系统28具有一对透镜28a、28b，使入射侧成像面的激光 成像于射出侧成像面。成像光学系统28的入射侧成像面设定于均化器 26的射出面、即相位修正用非球面透镜25的射出面25b，射出侧成像 面设定于SLM34的调制面34a。还有，成像光学系统28也可以作为使 入射侧成像面的激光的光束直径适合于SLM34的调制面34a的大小的 放大光学系统或缩小光学系统而发挥功能。由此，可有效地利用SLM34 的调制面34a的像素区域。自成像光学系统28输出的激光入射至棱镜 32。

棱镜32使入射的激光转换方向，并入射至SLM34，并且使自 SLM34的激光转换方向，入射至成像光学系统30。

SLM34是例如LCOS-SLM（Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light  Modulator，硅基液晶空间光调制器），调制来自于棱镜32的激光的相 位并进行波阵面控制。例如，在通过由聚光透镜36所聚光的激光进行 透明介质内部的加工时，设定修正透明介质内部所产生的球面像差的 修正波阵面。

成像光学系统30X具有一对的透镜30Xa、30Xb，使入射侧成像面 的激光成像于射出侧成像面。成像光学系统30X的入射侧成像面设定 于SLM34的调制面34a，射出侧成像面设定于聚光透镜36的瞳孔面 36a。本方式中，在透镜30Xa、30Xb之间配置有反射镜22。还有，成 像光学系统30X也可以作为使入射侧成像面的激光的光束直径适合于 聚光透镜36的瞳孔面36a的瞳孔直径的放大光学系统或缩小光学系统 而发挥功能。由此，可将激光高效地导向聚光透镜36。

聚光透镜36将来自于成像光学系统30X的激光聚光于所期望的位 置、例如透明介质内部的加工位置。

根据该第1比较例的激光整形及波阵面控制用光学系统1X，可严 密地将由均化器26整形了的强度分布通过成像光学系统28、30X而传 像至聚光透镜36的瞳孔面36a，可严密地将由SLM34所控制的波阵面 通过成像光学系统30X而传像至聚光透镜36的瞳孔面36a。因此，可 兼顾将激光的强度分布整形成任意的强度分布以及控制激光的波阵面 的两者。

在此，将来自于均化器26中的强度转换用非球面透镜24的射出 激光的空间模式（强度分布），如图6所示，经由成像透镜系统41并 通过光束轮廓分析仪（beam profiler）42进行测量。另外，通过成像透 镜系统41及光束轮廓分析仪42，测量向强度转换用非球面透镜24的 入射激光的空间模式（强度分布）。这些测量结果如图7所示。

图7（a）是向强度转换用非球面透镜24的入射激光的空间模式（强 度分布）的测量结果，图7（b）~（f）是将来自于强度转换用非球面 透镜24的射出激光分别传播50mm~170mm后的空间模式（强度分布） 的测量结果。由此确认了，根据强度转换用非球面透镜24，在传播了 作为透镜间隔设计值的L=165mm左右后，可将激光的强度分布大致按 照设计整形成空间上均匀的强度分布、即超高斯分布。

另外，确认了虽然偏离于透镜间隔设计值L=165mm，但强度分布 未急剧地变化。该结果显示即使不使由强度转换用非球面透镜24取得 所期望的强度分布的位置与成像光学系统的入射侧成像面严密地一 致，也可将由强度转换用非球面透镜24所整形的强度分布通过成像光 学系统而传像至任意的位置。

于是，在第2比较例中，设计了不具备第1比较例的均化器中的 相位修正用非球面透镜的方式。

[第2比较例]

图8是显示本发明的第2比较例所涉及的激光整形及波阵面控制 用光学系统的构成图。该第2比较例的激光整形及波阵面控制用光学 系统1Y，在激光整形及波阵面控制用光学系统1X中，在仅具备强度 转换用非球面透镜24来代替均化器26的构成上，与第1比较例不同。 第2比较例的激光整形及波阵面控制用光学系统1Y的其它构成与第1 比较例的激光整形及波阵面控制用光学系统1相同。

强度转换用非球面透镜24，如上所述，用于将激光的强度分布整 形成任意的形状，通过非球面24a的形状设计，可生成将入射激光Oi 的强度分布整形成所期望的强度分布的射出激光Oo。

例如，如图9所示，以使强度转换用非球面透镜24的入射激光 Oi的强度分布（如上所述，高斯分布）在所期望的面24x成为具备所 期望的强度分布（如上所述，超高斯分布）的射出激光Oo的方式，求 取作为自强度转换用非球面透镜24的非球面24a向所期望的面24x的 光路的、非球面透镜的半径方向的任意的坐标上的光路P1~P8。

其后，如上所述，基于所求取的光路P1~P8，求取强度转换用非 球面透镜24的非球面24a的形状。具体而言，为了可以取得光路P1~P8， 以强度转换用非球面透镜24的中心作为基准而求取半径r1方向的各坐 标上的非球面24a的高低差。于是，如图4所示，求取强度转换用非 球面透镜24的非球面24a的形状。还有，图4是将非球面24a的中心 位置（坐标r₁=0的位置）与所期望的面24x的间隔设计为L=165mm 时的一个例子。

回到图8，成像光学系统28的入射侧成像面，设定于将来自于强 度转换用非球面透镜24的射出激光的强度分布分布成所期望的强度分 布的面24x。

根据该第2比较例的激光整形及波阵面控制用光学系统1Y，可将 作为由强度转换用非球面透镜24整形的强度分布的在所期望的面24x 上的强度分布，通过成像光学系统28、30X而严密地传像至聚光透镜 36的瞳孔面36a，可将由SLM34所控制的波阵面通过成像光学系统30X 而严密地传像至聚光透镜36的瞳孔面36a。因此，可兼顾将激光的强 度分布整形成任意的强度分布以及控制激光的波阵面的两者。

在此，在第2比较例的激光整形及波阵面控制用光学系统1Y中， 将聚光透镜36的瞳孔面36a上的空间模式（强度分布）经由成像透镜 系统41并使用光束轮廓分析仪42测量。该测量结果如图10所示。据 此，如上所述，确认了可将作为由强度转换用非球面透镜24整形的强 度分布的在所期望的面24x上的强度分布，通过成像光学系统28、30X 而传像至聚光透镜36的瞳孔面36a。

另外，如图11所示，在第2比较例的激光整形及波阵面控制用光 学系统1Y中，在聚光透镜36的聚光部配置透明材料50，将透明材料 50内部的聚光特性自侧面经由透镜51而由CCD摄像机52摄像。图 12是通过由SLM34所进行的波阵面控制修正了球面像差时的摄像结 果，据此，确认了即使在将由1块非球面透镜24整形的强度分布进行 传像的情况下，波阵面控制也可有效地发挥功能。

在此，如上所述，由强度转换用非球面透镜24所整形的强度分布， 虽然偏离于设计值，但不会急剧地变化。另外，由SLM34所控制的波 阵面，根据用途也没有必要严密地进行传像。

因此，本申请发明人们设计了可简单地兼顾将激光的强度分布整 形成任意的强度分布以及控制激光的波阵面的两者的激光整形及波阵 面控制用光学系统。

[第1实施方式]

图13是显示本发明的第1实施方式所涉及的激光整形及波阵面控 制用光学系统的构成图。该第1实施方式的激光整形及波阵面控制用 光学系统1，在激光整形及波阵面控制用光学系统1Y中，在具备一个 成像光学系统30来代替2个成像光学系统28、30X的构成上，与第2 比较例不同。第1实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1的 其它构成，与第2变形例的激光整形及波阵面控制用光学系统1Y相同。

成像光学系统30具有一对透镜30a、30b，使入射侧成像面的激光 成像于射出侧成像面。成像光学系统30的射出侧成像面与成像光学系 统30X相同，设定于聚光透镜36的瞳孔面36a。此外，成像光学系统 30在如下方面与成像光学系统30X不同：在将来自于强度转换用非球 面透镜24的射出激光的强度分布分布成所期望的强度分布的所期望的 面24x与SLM34的调制面34a之间设定有入射侧成像面。即使是本实 施方式，在透镜30a、30b之间也配置有反射镜22。还有，成像光学系 统30也可作为使入射侧成像面的激光的光束直径适合于聚光透镜36 的瞳孔面36a的瞳孔直径的放大光学系统或缩小光学系统而发挥功能。 由此，如上所述，可将激光高效地导向聚光透镜36。

根据该第1实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1，因为 成像光学系统30在将来自于强度转换用非球面透镜24的射出激光的 强度分布分布成所期望的强度分布的所期望的面24x与SLM34的调制 面34a之间具有入射侧成像面，因而可将由强度转换用非球面透镜24 所整形的所期望的强度分布、及通过SLM34所控制的波阵面，一起传 像至聚光透镜36的瞳孔面36a。因此，可简单地兼顾将激光的强度分 布整形成任意的强度分布以及控制激光的波阵面的两者。

另外，根据第1实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1， 可通过使激光的强度分布均匀化来提高聚光透镜36的有效的NA，如 以下所详细说明的那样，若利用强度转换时所产生的波阵面变化，则 可修正球面像差。

在此，强度转换用非球面透镜24将入射激光的强度分布整形，但 同时也使入射激光的波阵面（换言之，入射激光的相位）产生变化。 第1实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1中，通过利用由 该强度转换用非球面透镜24所产生的波阵面的变化，与仅由SLM34 进行波阵面控制的情况相比，可提高波阵面控制分辨率。以下，验证 该作用效果。

图14是显示通过强度转换用非球面透镜所产生的波阵面畸变的 图。曲线A是通过强度转换用非球面透镜24所产生的波阵面畸变，曲 线B是为了修正使用NA=0.8、焦点距离f＝4mm的物镜，且使激光聚 光于合成石英中的深度1.5mm的位置时所产生的球面像差而需要的修 正波阵面。如此，因为两者的波阵面类似，因而通过由强度转换用非 球面透镜所产生的波阵面变化，可修正球面像差。

由此，在SLM34中，可以仅以由强度转换用非球面透镜24所产 生的波阵面与为了修正球面像差而需要的修正波阵面不一致的量进行 波阵面修正。其结果，与仅由SLM34修正球面像差的情况相比，可显 著地提高波阵面控制分辨率。

其次，对利用由强度转换用非球面透镜24所产生的波阵面变化时 的透明材料内部的聚光特性进行观测。图15（a）是显示第1比较例、 即将由强度转换用非球面透镜24所产生波阵面变化通过相位修正用非 球面透镜25修正了的情况下的透明材料内部的聚光特性图，图15（b） 是显示第2比较例、即利用由强度转换用非球面透镜24所产生的波阵 面变化时的透明材料内部的聚光特性的图。图15（a）及（b）中，为 了使由强度转换用非球面透镜所进行的球面像差修正效果明确，不进 行由SLM34进行的波阵面修正。在本观测中，与图11相同，在聚光 透镜36的聚光部配置透明材料50，自侧面经由透镜51并由CCD摄像 机52对透明材料50内部的聚光特性进行摄像。由此，确认了通过单 独使用强度转换用非球面透镜，可改善由球面像差所造成的聚光部的 畸变。

[第2实施方式]

图16是显示本发明的第2实施方式所涉及的激光整形及波阵面控 制用光学系统的构成图。该第2实施方式的激光整形及波阵面控制用 光学系统1A，在激光整形及波阵面控制用光学系统1中，在具备均化 器26来代替强度转换用非球面透镜24的构成上，与第1实施方式不 同。即，第2实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1A，在激 光整形及波阵面控制用光学系统1中进一步具备相位修正用非球面透 镜25的构成上，与第1实施方式不同。第2实施方式的激光整形及波 阵面控制用光学系统1A的其它构成，与第1实施方式的激光整形及波 阵面控制用光学系统1相同。

相位修正用非球面透镜25，如上所述，使通过强度转换用非球面 透镜24所整形的激光的相位一致并修正成平面波，配置于将来自于强 度转换用非球面透镜24的射出激光的强度分布分布成所期望的强度分 布的所期望的面24x。

即使是该第2实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1A， 也与第1实施方式的激光整形及波阵面控制用光学系统1相同，可将 通过强度转换用非球面透镜24所整形的所期望的强度分布、及通过 SLM34所控制的波阵面一起传像至聚光透镜36的瞳孔面36a。因此， 可简单地兼顾将激光的强度分布整形成任意的强度分布以及控制激光 的波阵面的两者。

因此，如上所述，在不具备相位修正用非球面透镜25而仅具备强 度转换用非球面透镜24的第1实施方式中，可利用由强度转换用非球 面透镜24所产生的波阵面变化，对于球面像差的修正而言是有效的。 然而，在如多点加工材料的表面的情况那样不需要修正球面像差的情 况下，进一步具备相位修正用非球面透镜25的第2实施方式是有效的。 在多点加工材料的表面时，若应用仅使用强度转换用非球面透镜24的 第1实施方式，在SLM34中，修正由强度转换用非球面透镜24所产 生的波阵面变化，并且有必要控制用于形成多点的波阵面变化。因此， 由SLM34所实现的波阵面控制量增加。

然而，根据进一步具备相位修正用非球面透镜25的第2实施方式， 因为通过相位修正用非球面透镜25，使来自于强度转换用非球面透镜 24的射出激光的相位一致并将其修正成平面波，因而在SLM34中，可 以仅实现用于形成多点的波阵面变化。因此，由SLM34所实现的波阵 面控制量不增加。

还有，本发明并不限定于上述的本实施方式，可以进行各种的变 更。例如，因为能够由SLM控制的波阵面（相位调制量）有限，因此， 在相位调制量大的情况下，SLM的分辨率不足而难以充分地实现所期 望的波阵面。在该情况下，在本实施方式中，在SLM34中，也可以以 2π或2π的偶数倍反复显示。

另外，在第1实施方式中，将来自于强度转换用非球面透镜24的 射出激光的强度分布分布成所期望的强度分布的所期望的面24x，也可 以设计于SLM34的调制面34a。在该情况下，通过将成像光学系统30 的入射侧成像面设定于SLM34的调制面34a，从而可将通过强度转换 用非球面透镜24整形的SLM34上的强度分布、及通过SLM34所控制 的波阵面，一起严密地传像至聚光透镜36的瞳孔面36a上。

另外，在第1实施方式中，强度转换用非球面透镜24也可以具备 作为由比较例中的成像光学系统28所形成的放大光学系统的功能。即， 强度转换用非球面透镜24也可以具备使激光的光束直径以适合于 SLM34的调制面34a的大小的方式放大的功能。由此，可有效地利用 在SLM34的调制面34a的像素区域。

另外，在第1实施方式中，因为在强度转换用非球面透镜24的设 计之后，存在可单独由强度转换用非球面透镜24实现对所期望的球面 像差修正来说必要的光束直径（波阵面）的状况。另一方面，在单独 由强度转换用非球面透镜24而难以实现对所期望的球面像差修正来说 有必要的光束直径（波阵面）时，有必要使强度转换用非球面透镜24 的入射激光的光束直径与射出激光（强度转换后的激光）的光束直径 为适当的值。为此，在强度转换用非球面透镜24的前段，可以配置放 大光学系统或缩小光学系统。

另一方面，在第1实施方式中，在将来自于强度转换用非球面透 镜24的射出激光通过SLM34积极地进行波阵面控制时，通过使被调 制光与SLM34的调制面34a的大小合适，从而可有效地利用SLM34 的像素区域。为此，在强度转换用非球面透镜24的前段，可以配置放 大光学系统或缩小光学系统。

产业上的可利用性

可适用于简单地兼顾将激光的强度分布整形成任意的强度分布以 及控制激光的波阵面的两者的用途中。