一种激光线光源的光束整形系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种激光线光源的光束整形系统。


背景技术：

2.近年来，随着电子产业的不断发展，各种新型的电子器件如垂直结构led、柔性电子器件、3d硅通孔垂直互连器件被相继提出并逐渐开始或已经商业化。在这类电子器件的制备流程中，都会涉及到器件与衬底的剥离，剥离效果对电子器件的质量保证至关重要。随着激光技术的不断发展，各种参数可调谐的激光器相继出现并以其独特的多种优势被广泛应用于军事国防、日常生活和工业生产。其中激光剥离技术是一种通过激光能量使器件与衬底快速分离的方法,相比于传统的机械剥离和化学剥离等方式,激光剥离具有非接触、损伤小、大面积和高效率等多种优势被用于工业化生产。为了提高剥离效率，通常会用沿长轴方向能量均匀分布的线光斑作为激光剥离的光源，线光斑的质量会直接影响激光剥离过程，最终影响电子器件的生产效率和性能。
3.目前，纳秒准分子激光是一种比较常用的激光剥离光源，通过设计特殊的谐振腔结构，很容易在准分子激光器中实现能量均匀分布的平顶光输出，但随着器件的厚度越来越薄，准分子激光在剥离过程中的热损伤开始成为了影响器件性能的主要因素之一，最简单的解决办法就是使用脉宽更短的超短脉冲激光作为光源。然而，超短脉冲激光的输出通常为圆高斯分布，通过简单的柱透镜光束整形系统对高斯光束整形获得的线光源能量分布不均匀，得到的线光斑的长轴方向上的能量分布在空间上为中间强两边弱，这会严重影响激光剥离的效果，导致器件和基板间不能实现有效地剥离。


技术实现要素：

4.针对上述技术中存在的问题，本实用新型提出了一种激光线光源的光束整形系统，本实用新型主要是针对超短脉冲激光器输出的高斯光斑设计了一套由扩/缩束准直系统、线光源产生系统、平行准直系统和聚焦系统组成的线光源整形系统，由鲍威尔棱镜替代柱透镜实现线光源输出，可以将高斯光斑整形为沿长轴方向能量均匀分布的线光斑，能量分布的不均匀性小于10％。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种激光线光源的光束整形系统，包括激光器，还包括扩/缩束准直系统，线光源产生系统，平行准直系统和聚焦系统：所述扩/缩束准直系统将激光器输出的高斯光束进行整形，用于改变高斯光束的直径和优化光束的发散角，所述线光源产生系统将经扩/缩束准直系统整形后的光束再次进行整形，用于得到在纵向上以固定角度发散、能量均匀分布的线光源，所述平行准直系统将经线光源产生系统整形后的光束再次进行整形，用于得到在纵向上平行传输、能量均匀分布的线光源，所述聚焦系统将经平行准直系统整形后的光束进行横向聚焦，用于得到在纵向上平行传输、能量均匀分布，横向上会聚的线光源。
7.进一步的，所述激光器为超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器用于输出高斯光
束。
8.进一步的，所述激光器产生的高斯光垂直入射通过扩/缩束准直系统并沿光轴传输。
9.进一步的，线光源产生系统得到纵向上固定角度发散的发散角为1
°
到90
°
。
10.进一步的，所述扩/缩束准直系统包括一对共焦放置的凸透镜或共焦放置的一个凹透镜和一个凸透镜。
11.进一步的，所述线光源产生系统包括一个沿横向放置的鲍威尔棱镜。
12.进一步的，所述平行准直系统包括一个或多个沿横向放置的柱透镜。
13.进一步的，所述聚焦系统包括一个或多个沿纵向放置的柱透镜和/或非球面透镜的组合。若采用多个柱透镜或非球面透镜，可以减小单个柱透镜在准直过程中产生的像差，获得更好的聚焦效果或其它效果，例如：(1)用多个柱透镜组合或者非球面透镜聚焦(如鲍威尔棱镜)可以减小像差，使聚焦得到的线光源更窄，从而得到能量密度更高的线光源；(2)鲍威尔棱镜和柱透镜组合还可以得到能量均匀分布的更宽的线光源(矩形甚至正方形光斑)。
14.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：
15.本实用新型针对超短脉冲激光器输出的高斯光斑设计了一套由鲍威尔棱镜替代柱透镜实现线光源输出的光束整形系统，可以极大的优化线光斑能量分布的不均匀性，将高斯光斑整形为沿长轴方向能量均匀分布的线光斑，能量分布的不均匀性小于10％。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例1线光源整形光路示意图，以光束传播的横截面为参考面，规定上下为竖直方向，左右为水平方向，图1中上图为光路在竖直方向上的侧视图，下图为光路在水平方向上的侧视图；
17.图2为本实用新型实施例1得到的线光源图片及相应的光强分布。
具体实施方式
18.下面通过结合附图1
‑
2以及具体实施方式例对本实用新型进行详细描述。本实用新型的范围并不受限于该具体实施方式。
19.下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
20.需要说明的是，在本实用新型中，扩/缩束准直系统改变高斯光束的直径是将激光器输出的光束直径变大/小从而与鲍威尔棱镜设计时的入射光斑大小匹配，以laserlineoptics售卖的两种鲍威尔棱镜为例，入射光斑的直径只能为6mm或8.9mm，光斑大小的不匹配会使得鲍威尔棱镜产生的线光源能量分布不均匀。扩/缩束准直系统优化光束发散角是指减小光束的发散角，使光束在短距离内(几米)近似为平行传输，从而获得更好的整形效果。
21.本实用新型采用的各个透镜或者棱镜的焦距可以有多种组合可以选择，位置摆放
会受到焦距的约束。具体设计遵循以下原则：(1)透镜1和透镜2共焦放置，并满足f2/f1＝w
p
/w0，式中f1和f2分别为透镜1和透镜2的焦距，焦距的具体值可任意选择，w0为激光器输出的光束半径，w
p
为鲍威尔棱镜3设计时的入射光斑半径；(2)鲍威尔棱镜3和柱透镜4共焦放置，鲍威尔棱镜3的发散角可以任意选择，柱透镜4的焦距可以任意选择，但不同的组合会改变线光源的长度。
22.具体的，关于扩束准直系统包括一对共焦放置的凸透镜或共焦放置的一个凹透镜和一个凸透镜的选择作以下说明，两个透镜的焦距需要根据出射光束的直径和鲍威尔棱镜设计时的光束直径选择，通常有多种焦距组合可以选择，两个透镜为共焦放置，。假设激光器输出的光束直径为2mm，鲍威尔棱镜设计时的入射光斑直径为6mm，则需要放大倍数为3的扩束系统，以市面上可以直接买到的光学元件为例，可以直接选择购买放大倍数为3的扩束镜，也可以选择焦距为10mm的凸/凹透镜和焦距为30mm的凸透镜，间隔40mm/20mm放置。此外，焦距为25mm和75mm的透镜组合，焦距为50mm和150mm的透镜组合都能实现相同的效果。
23.实施例1
24.一种激光线光源的光束整形系统，包括激光器，还包括扩/缩束准直系统，线光源产生系统，平行准直系统和聚焦系统：扩/缩束准直系统将激光器输出的高斯光束进行整形，用于改变高斯光束的直径和优化光束的发散角，线光源产生系统将经扩/缩束准直系统整形后的光束再次进行整形，用于得到在纵向上以固定角度发散、能量均匀分布的线光源，平行准直系统将经线光源产生系统整形后的光束再次进行整形，用于得到在纵向上平行传输、能量均匀分布的线光源，聚焦系统将经平行准直系统整形后的光束进行横向聚焦，用于得到在纵向上平行传输、能量均匀分布，横向上会聚的线光源。具体的，扩/缩束准直系统，线光源产生系统，平行准直系统和聚焦系统的构建包括以下步骤：
25.一、扩/缩束准直系统
26.首先，在光轴上放置一个焦距为125mm的紫外熔融石英平凸透镜1(凸面朝前，即朝向激光器设置，理论上正反放置的焦距是一样的，但凸面朝前放置像差更小)，在距离透镜1约175mm的位置沿光轴放置一个焦距为50mm的紫外熔融石英平凸透镜2(凸面朝前)，将激光器产生的波长为355nm、直径为2mm、沿光轴传输的高斯光束依次垂直入射并通过透镜1和透镜2，得到直径为0.8mm的平行出射光束1。
27.二、线光源产生系统
28.在光轴上距离透镜2约50mm的位置沿水平方向放置一个入射光斑直径为0.8mm、发散角(全角)为15
°
的紫外熔融石英鲍威尔棱镜3(曲面朝前)，将出射光束1垂直入射并通过鲍威尔棱镜3，得到竖直方向上发散角(全角)为15
°
，水平方向上宽度为0.8mm的线光束2。
29.三、平行准直系统
30.在光轴上距离鲍威尔棱镜3约50mm的位置沿水平方向放置一个焦距为50mm的紫外熔融石英平凸柱透镜4(凸面朝前)，将出射光束2垂直入射并通过柱透镜4，得到竖直方向上长度约为13mm、水平方向上宽度为0.8mm的平行出射线光束3。
31.四、聚焦系统
32.在光轴上距离柱透镜4约50mm的位置沿竖直方向放置一个焦距为50mm的紫外熔融石英平凸柱透镜5(凸面朝前)，将出射光束3垂直入射并通过柱透镜5，在距离透镜5约50mm的位置即可得到竖直方向上长度约为13mm、水平方向上聚焦的线光源。
33.上述所说的朝前，均指的是朝向激光器设置，即激光从曲面入射，从平面出射。
34.图2为本实用新型实施例1得到的线光源图片及相应的光强分布，图2上图为ccd拍到的线光源图片，可以清晰地观察到整形后得到的长约13mm，宽约～100nm的线光源，通过对该图的光强进行纵向积分并做归一化处理，可以得到图2下图中所示的线光源能量分布曲线，结果表明线光源在不同位置的能量强度均在90％以上，沿长轴方向能量分布的不均匀性小于10％。
35.上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。
36.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。