2. 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: d_обр — размер поперечного сече­ния образца, d_обрО — размер минимального элемента изображения на об­разце, d_л — размер поперечного сечения пучка на выходной апертуре лазе­ра, d_мо — минимальный размер щели в маске (обычно задается нижняя граница d_мо). 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 β_пр 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).