图1 高斯光束整形为均匀光束图2 微透镜阵列匀光原理当前主流的匀光方案是采用微透镜阵列进行匀 光，其匀光的基本原理是：将一个完整的激光波前
在空间上分成许多微小的部分，每一部分被相应的
小透镜聚焦在焦平面上，光斑进行重叠，从而实现
在特定区域将光匀化，对激光束精确整形。如图2
图3 强相干光源下的干涉、衍射效应
采用传统的微透镜阵列匀光方案，在匀光过程中干
涉严重影响光束的均匀性，所以在光学系统中需要
消除干涉。
上海市发展和改革委员会（XA4300089-2017-604）先进封装光刻机产业化课题。
徐建旭，上海微电子装备（集团）有限公司，研究方向：光束整形。
1.2 消相干分析
针对干涉产生的不同原因，可以采用不同的方法消相干。常用的方法有三种：
1）方法一、光学系统中不引入产生干涉的因素，如非球面匀光整形，如图5[1]。此种方法适合光束质量较好（ M2约为1）的情况下，匀光质量好，缺点是实际输入必须与设计输入严格匹配才能得到较好的匀光效果。
（2）方法二、采用快速旋转散射片，改变时间分布，实现消干涉。如图6[2]。因旋转散射片的速度限制，此方法不适用于脉冲持续时间较短的超短脉冲光源。
3）方法三、采用光程差大于相干长度消干涉。如图7[2]，图8原理是：能够产生干涉现象的最大光程差称为相干长度，当光程差大于相干长度时，在同一个区域，不同级次的明暗条纹互相叠加，从而分辨不出条纹，也就没有干涉现象了。 2 相干长度测试
光束的时间相干性，通常是用相干长度来描述的。相干长度在实验上，可以通过迈克尔逊干涉仪来测量。干涉条纹的可见度可定义为式（1），相干长度是干涉条纹的可见度减为0.707时对应的光程差，一般认为条纹可见度下降到0.707时，两光束就不再相干，若条纹可见度维持在0.707以上，即认为两光束完全相干[3]。两束光的相干区域随着光程差的改变而周期性出现，相干长度也随着光程差的改变呈周期。如图9为双纵模激光器相干特性曲线，图 多纵模激光器相干特性曲线。
＝(Imax－Imin)/(Imax+Imin) （
从图中可知多模激光器通过改变光程差比较容易实现消相干，单模激光器通过改变光程差很难实现实现消相干。根据图11原理图搭建激光器相干长度测试装置，一个反射镜1放置在一个电动平移台上，用于调整光程差。先到对比度为1的位置，再前后移动平移台，到干涉条纹周期性出现的位置，进而测试
图4 干涉原理图
图7 啁啾微透镜消相干
图9 双纵模激光器相干特性曲线图5 非球面匀光整形
图6 快速旋转散射片消相干
图8 不同长度石英台阶消相干
图10 多纵模激光器相干特性曲线
出激光的相干长度。
采用此实验装置，分别测试了两种激光器的相干长度。激光器1为单模激光，激光器的M2<1.2，相干性较强，测试结果如图12。激光器2为多模激光，激光器的M2：13.1，相干性较弱，测试结果如图13。测试结果可见，两束光的相干区域随着光程差的改变而周期性出现，相干长度也随着光程差的改变呈周期性，与参考文献中的模拟分析结果相符，3 消相干光学整形设计
针对激光器2，原来的整形设计方案中，采用微透镜阵列匀光，如图14，因为激光器的强相干，光束整形结果未达预期，如图15。
测试了激光器2的相干长度后，把原来微透镜阵列的方案，更换为不同长度的柱面镜阵列方案，如干涉的目的。
匀光系统5是由几个不同尺寸的柱面镜排列组成，这些柱面镜组成一个阵列，光束经过这些柱面4 结语
针对以激光器为光源的光束整形中遇到的相干性的问题，本文从原理上分析干涉的原因，根据光图13 多模激光相干长度测试结果
图12 单模激光相干长度测试结果
图11 激光相干长度测试原理与实验装置图14 整形设计方案1
图15 整形设计方案1的实际整形效果
图16 整形设计方案2
图17 柱面镜组5
图18 整形设计方案2的实际整形效果
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