Проекционные методы
Сущность проекционных методов заключается в формировании изображения в целом, его части или образующего элемента путем проецирования пучком лазерного излучения изображения маски на обрабатываемую поверхность с заданным масштабом уменьшения.
Схема микропроекционного метода представлена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Схема микропроекционного метода
Пучок излучения лазера 1 расширяется с помощью осветительной оптической системы 2 до размера маски-трафарета 3. уменьшенное изображение которого строится с помощью проекционного объектива 4 на поверхности обрабатываемого материала 5.
Методика расчета микропроекционной схемы следующая. В качестве исходных данных, как правило, задаются: dобр — размер поперечного сечения образца, dобрО — размер минимального элемента изображения на образце, dл — размер поперечного сечения пучка на выходной апертуре лазера, dмо — минимальный размер щели в маске (обычно задается нижняя граница dмо). Увеличение проекционной оптической системы определяется как
(2.1)
При этом минимальный масштаб проекции, соответствующий , можно определить из условия обеспечения требуемой плотности энергии на образце , при отсутствии разрушения маски:
(2-2)
где — пороговая плотность энергии разрушения маски.
Максимальный масштаб проекционной системы ограничен дифракционными явлениями на апертуре проекционной системы и на маске.
Рабочее увеличение проекционной системы βпр должно лежать в интервале . Полный размер маски составляет
Увеличение осветительной системы определяется как
(2.3)
При этом максимальное увеличение осветительной системы определяется условием обеспечения сохранности маски при известной плотности энергии на выходе лазера
Выбирая объектив и осветительную систему с известными фокусными расстояниями, находим значения , определяющие габаритные размеры системы, из формул:
(2.4)
(2.5)
В отдельных случаях могут быть использованы упрощенные варианты оптической схемы. Если , осветительная система может отсутствовать. Если не требуется уменьшение размеров маски и может отсутствовать проекционная схема. В последнем случае проекционный метод сводится к контактному.
Особенностью микропроекционного способа формирования изображения является то, что требования максимального поля обработки и высокой разрешающей способности находятся в противоречии: чем выше разрешающая способность изображения, тем меньше площадь одновременно облучаемой поверхности.
Основными достоинствами проекционных методов обработки материалов являются возможность получения изображения сложной конфигурации и высокая разрешающая способность. Недостатками проекционных методов, ограничивающими их применение, являются потери энергии на маске и жесткие требования к равномерности освещения всего поля маски.
При отсутствии проекционной системы для получения изображения маски она должна быть вплотную прижата к обрабатываемой поверхности, и проекционный метод переходит в контактный. Недостатками контактного метода являются быстрый износ трафарета и механические повреждения образца, а также дифракционные искажения изображения при неплотном прижатии и невысокая разрешающая способность (несколько микрон).