准分子激光器在紫外波段发出的高脉冲能量和高平均功率的光束具有极好的稳定性，因此在诸多工业和科学研究领域的应用范围不断扩大。然而，大多数准分子激光器产生的矩形光束必须通过光学系统再整形方能满足激光加工的需要。由于准分子激光器输出光束的形状和强度分布不能用简单的光学系统进行变换，为此德国Lambda Physik公司开发了一种准分子激光束再整形用光学系统以满足各种应用的要求，如平板显示器制造中的硅退火和用光掩模写入的微细加工等。
 1   光束强度均匀和整形用光学系统
    改变准分子激光器输出光束的光学系统主要由一个典型扩束器和一个光束强度均匀器组成。扩束器不但能使光束的尺寸与光束强度均匀器相匹配，而且能使光束与传输光学系统相匹配。强度均匀器产生一束强度均匀分布的光束以确保在整个照明区实现工件的均匀加工。
准分子激光器发出的原始光束是一束准矩形光束，典型光束截面尺寸为8mm×20mm，在短轴处呈近高斯分布，在长轴处呈帽顶状（超高斯）分布，后者是指光束强度截面分布曲线从中心外平稳扩展接近边缘为零。将原始光束变为均匀强度分布的光束主要由一个柱面透镜均匀器完成,该光学系统由若干个分立的柱面小透镜组成。
    一个由多个柱面小透镜组成的n元件阵列将入射光束分成n部分，然后通过第2小透镜阵列和一个单再成像透镜对每部分输入光扩束并改变整个输出光束的强度分布。输出光束的强度是由所有分立部分的光强平均值组成。分立小透镜阵列沿X轴和Y轴方向排列，这是因为不同轴有不同的强度分布和尺寸。
   这种简单的方法使系统的尺寸、性价比有了很大的灵活性。增加阵列的透镜数量会增加分离的子光束，从而提高光束的最后均匀性，但阵列透镜数量增加会使均匀器的成本和尺寸增加。在典型的应用中，均匀器的每个轴要使用11或12个小透镜，沿X轴和Y轴的输出能量的均匀性为3%~5%。透镜阵列的透镜数量视需求而定，如在喷墨嘴钻孔或硅结晶等应用中，需采用18个小透镜组成的阵列才可使均匀性提高到1.5%。
一旦产生均匀的激光束，下一步就是根据加工要求实现光束的整形。
 2   精细光束线的应用
    平板显示器硅材料退火（308nm）是高功率准分子激光器最重要的应用领域之一。为在平板显示器上制作有源器件，首先要用蒸气沉积法在玻璃基底上沉积一薄层非晶硅，然后将其变成多晶硅以产生高分辨率平板显示器所要求的电光特性。几年前，这种相变还必需在600℃的高温炉中实现，且需要使用昂贵的耐高温玻璃。现在，所有平板硅退火都是用准分子激光器和200℃低温炉相结合的方法完成，且可使用廉价的平板玻璃。
   在平板显示应用中，最关键的要求是整个平板的均匀辐照度和快速通过量，通过长而细且高度均匀的光束线扫描平板显示器平板可达到这种要求。具体过程为：使平板上每一局部区域均受到能量密度为400mJ/cm2的20个连续脉冲能量的作用，进而使硅膜部分熔化。实际上，投射的准分子激光束的长度设置为平板宽度的一半，通过支承台使激光束扫描一半平板，然后横向移动支承台，使激光束扫描另一半平板。
   利用一种细激光束传输系统可以传输高功率密度能量，成功地实现退火，使大面积平板得到快速处理。一个特殊的细光束传输系统产生的线分布尺寸为370mm×0.4mm，因此仅用2次扫描即可处理740mm宽的平板显示器的平板(见图2)。光束扫描线长度达465mm是完全可能的。这种技术现已进入生产应用阶段。
   为了产生最佳的长宽比，两轴的控制方法截然不同。长轴尺寸仅限定于光束均匀器中，其中包括1个370mm通光口径的光束柱面输出透镜；而在另一个轴中，采用2个关键步骤即可产生良好聚焦的0.4mm光束宽度。首先，用于那个轴的光束均匀器能产生2mm宽的输出光束，其中包括1个场镜和1个狭缝掩模。如果有特殊应用要求，可用狭缝削去窄轴上光束分布的边缘光以确保光束边缘锐化。通过投影镜头使均匀光束成像，该投影光学系统采用柱面双合透镜使短轴减少到0.4mm。采用这种方法，不用任何掩模即可实现均匀的光束强度分布（见图3）。
3   光掩模应用
   大多数应用都要求准分子激光器能把缩小的光掩模图像投影到基底上以实现精密小孔阵列的钻孔、复杂的打标及形成MEMS结构，这些应用要求掩模具有高分辨成像能力以产生具有所有特征的锐边缘。
   这类应用中的最新应用是薄膜晶体管（thin film transistor-TFT)显示器加工中的顺序横向固化（SLS）处理，最新应用的实例为Blackberry个人数字辅助计算器（PDAS）的最新高分辨彩色屏。按照普通的平板显示器的加工方法，加工这种显示器要使用308nm波长的激光对玻璃基底上的硅层进行退火处理，但是SLS加工使用掩模便能产生精细图形，甚至间隙刻线，最终实现非晶硅和多晶硅交替刻线图形（见图4）。这些刻线仅有几微米宽并具有很清晰的边缘，投影掩模图像的空间分辨率为2?滋m。
   用于这一目的的光束传输和整形系统必须能够校正两轴以满足光掩模的要求。光束整形系统通过采用分立柱面透镜扩束器和光束均匀器实现了这一目的。下一步是使投影镜头产生一光掩模的缩微图像，如在硅/玻璃平板上产生缩小到1/5的图像，然后对整个平板表面进行处理。
某些投影镜头的设计在此不再赘述。如上所述，这类镜头必须能传输衍射极限的特征结构图像，并具有很高的光强（1J/cm2)，这样便可使每个区域仅用2个脉冲就能使整个硅层熔化，并可在57s内完成对370mm×470mm平板的处理。
   必须精心地选择投影镜头的数值孔径（NA）值以平衡若干匹配因数。高数值孔径能提高空间分辨率，但也增加了镜头的复杂性和成本，而减小数值孔径则能使镜头简化，并产生一个具有工作距离远的镜头，光束能从外面投影到真空室中。特殊情况下，数值孔径（NA）在0.1~0.13范围内能够达到最好的平衡结果。
 4   各种光束转输系统
   用准分子激光束实现最佳加工效果要求掩模尺寸、脉冲能量和每个基底局域的脉冲数与所处理区域的形状相匹配。但在某些情况下，这些量是未知的，因为准分子激光器应用范围很广，从玻璃打标到聚酰亚胺钻孔和陶瓷加工，一些正在开发的新应用需要变化光束参数方能开拓有效的加工方法，在这些情况下，调节光束的形状、尺寸和聚焦是非常有用的。
   Lambda Physik公司生产的Varcolas光束传输系统能够实现参数的调节，方法之一是用可移动且可互换的组件实现可调节的性能，此外最重要的是利用导轨上安装的光学组件，光学系统的移动能有效地改变缩倍镜头的功率而不需更换透镜。在类似的情况下，可以调节工作距离以满足不同应用的特殊物理限制，还可以调节光束均匀器中X轴和Y轴小透镜阵列的相对间隙，甚至改变光束形状。
应用于特殊加工的准分子激光器的输出光束要求有专用的光束整形和调焦光学系统。高精度的光学和光电机械设计能够在应用成本、包装和性能限制范围内实现所要求的光束变换，因此可以全面开发紫外激光的加工能力。