专利名称：用于操作气体激光器系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作使用气体激光器、特别是使用CO2激光器对基片进行加工的激光器系统的方法，其中在充气的激光谐振器中，对该激光谐振器应用高频电压，以便在相应的工作阶段(duty phase)期间产生预定的泵浦功率，并且在该激光谐振器中通过Q调制器产生具有预定重复频率的脉冲激光束，该激光束通过偏转单元相应地偏转到加工位置，在工作阶段期间在该加工位置产生预定数量的脉冲，然后在转移阶段(jump phase)时通过该偏转单元将其偏转到下一加工位置，其中在每个从一个加工位置到下一加工位置的转移阶段期间切断激光束，并且激光束不向外输出脉冲。
背景技术：
已知多种这样的加工基片的方法。例如，DE10145184A1描述了一种用于在电路基片中进行激光钻孔的方法，其中优选地使用CO2激光器。当使用CO2激光器对电路板进行钻孔时，每个孔需要特定数量的激光脉冲，这取决于应用。这种脉冲序列也称作脉冲串(burst)。一致并且可再生的孔品质要求脉冲序列中脉冲幅度的变化以及绝对脉冲幅度从一个脉冲序列到下一个脉冲序列是相同的。发射具有特定脉冲频率的脉冲的时间与不发射脉冲的时间的脉冲占空因数也称作占空因数。该占空因数必须不超过特征值，因为在可用激光器的高脉冲功率时，否则气体不再能被冷却，因此降低效率。
WO02/082596A2描述了一种用于这种应用的CO2激光源，其中谐振器具有冷却设备。对于每个脉冲序列期间谐振器中的能量比，可以调整冷却，使得谐振器中的温度或能量比保持在相同水平，并且因此该脉冲序列中的脉冲也具有相同的尺寸。然而，应当注意，在脉冲序列中具有太多脉冲时，脉冲幅度降低。
然而，出现了这样的问题，如果在钻孔程序中，孔彼此之间的间隔不同，这就意味着在脉冲序列之间还存在不同长度的转移阶段，在该脉冲序列期间，激光器相应地切断不同持续时间。因此，在高功率范围中，一个脉冲序列与下一脉冲序列的脉冲的效率以及水平不同，这是由于激光谐振器中气体的冷却时间具有不同的长短。因此，这会影响孔品质的再生性。
虽然可以通过相应的附加等待时间来补偿一个孔与下一孔的不相等的运动时间的负面影响，以及因此而保证脉冲序列之间的一致的持续时间间隔，但是其结果是，总是必须假设在脉冲序列之间具有最大可能间隔。这样，总而言之，钻孔过程将变得非常慢，并且生产量降低。
发明内容
因此，本发明的目的是改进在开始处所提到的类型的方法，使得即使在加工位置具有不同间隔，并且激光束相应地具有不同的切断时间的情况下，也可以在所有加工位置具有一致的加工品质，而无任何附加时间损失。
根据本发明，该目的通过在转移阶段期间内间歇地对激光谐振器施加高频泵浦电压而实现，使得谐振器中的能量水平与工作阶段期间保持近似相同的幅度。
通过根据本发明所限定的在激光谐振器激活高频电压，脉冲序列和脉冲间隔之间的脉冲占空因数或占空因数在激光器切断时也保持大约相同，使得气体的冷却也以限定的方式被控制，因此谐振器中的能量水平在间隔期间也保持相同。这样，在重新接通激光器时，可以立即输出与前面的脉冲序列相同幅度的脉冲。
可以以不同的方案实现转移阶段期间使用高频泵浦电压激活谐振器。例如，可以在这些转移阶段期间持续地调制高频电压。然而，也可以在转移阶段的开始和/或结束时完全切断或完全接通RF功率长达限定的切断时间，并且只在剩余时间期间施加具有预定脉冲占空因数的被调制电压。
而且，可以将本发明的方法扩展，即不仅在加工特定加工区域时在转移阶段期间，而且在更长的间隔期间，例如在从一个加工区域变到下一加工区域时，或者在系统的备用操作状态期间，继续谐振器处高频电压的调制。
为了得到根据本发明的调制的必要脉冲占空因数，需要考虑不同的标准、特别是特定激光谐振器的特性。优选地，通过实验得到该脉冲占空因数，例如通过在高频电压的不同脉冲/间隔比的情况下，使用切断的激光器钻测试孔，并且检查它们的孔品质。然而，也可以通过输出激光器的测试脉冲以及测量脉冲幅度而得到谐振器中的主要能量水平。在该过程期间，可以通过光电二极管等测量脉冲幅度。
下面，通过参照附图的实施例来更详细地解释本发明，其中附图1表示应用本发明方法的气体激光器系统的示意图，附图2表示在激光谐振器中用于产生激光脉冲的有效信号，附图3表示传统方法中具有在工作阶段和转移阶段中用于激光谐振器的激活脉冲的时序图，附图4、5和6以三种不同的变体表示在根据本发明的方法中具有用于激光谐振器的激活脉冲的相应时序图。
具体实施例方式
附图1表示用于本发明方法的激光器系统。在此，设置谐振器1，该谐振器包括填充有气体混合物、优选地填充有CO2的腔，通过电极系统2将高频电压RF施加到谐振器。而且，谐振器1通过冷却系统3冷却，该冷却系统包括相应的冷却剂接口。通过光电调制器装置形式的Q调制器4-通过相应的脉冲激活装置5向其提供高频电压，借助于同样仅示意性表示的反射镜装置6，将脉冲通过窗口7发射到谐振器1中，并且在那里通过另一反射镜装置8引导。小空间上反射镜的适当排列增大了活动谐振器的有效长度。由此，产生激光脉冲LP，该激光脉冲通过输出窗口9偏转出谐振器，以及通过具有可移动反射镜装置的偏转单元10偏转至工件11上，以便在那里在相应的工作位置上加工该工件，例如钻孔。工件11被设置在可调整的工作台12上，因此可以相应地将工件的特定加工区域移动到激光束的范围中。工作台12以及偏转单元10由定位系统13控制，该定位系统被中央控制器14控制。该中央控制器14还协调谐振器上的高频电压RF以及产生脉冲通过Q调制器4或其激活装置5。根据附图1所示的系统是已知的，并且其基本元件已经在WO 02/082596A2中描述。
附图2表示在传统的操作模式中根据附图1所示的系统的脉冲图。为了启动脉冲序列，控制设备14在时间tb1将高频电压RF施加到谐振器，谐振器在这个施加电压期间处于激发态。然后，如果控制装置5将触发脉冲TP施加到Q调制器4，则谐振器输出激光脉冲LP的相应序列。
附图3表示在电路板上以不同间隔钻孔时的相应脉冲序列(在附图3至6中，所有信号被表示为例如低有效，当然，也可以表示为高有效)。在所示的例子中，各个工作阶段APH1、APH2以及APH3用于钻孔，而在工作阶段之间，转移阶段SPH1和SPH2分别实现从第一孔到第二孔的光束偏转的转移等。从附图3可以看到，转移阶段具有不同的长度，这是因为要钻的孔的间隔大小不同。实际上，间隔例如可以在200μm至50mm的范围内，其中转移大约需要200μs到300ms。从附图3中可进一步看到，在转移阶段SPH1和SPH2期间，不仅激光束自身被切断(通过缺少触发脉冲)，而且谐振器上的高频电压RF也被切断。因此，对应于不同长度的转移阶段，得到谐振器中不同的冷却以及不同的能量水平降低。
附图4表示根据本发明的操作模式的第一例子。在此，在转移阶段中，如以前在传统方法中的那样，通过Q调制器对激光器的触发去激励。然而，在整个转移阶段中，以预定的t1对t2的占空因数，间歇性地施加RF(高频)功率，使得转移阶段SPH与工作阶段APH(“RF功率OFF”与“RF功率ON”)的总比率被平衡。由此，补偿了比工作阶段APH大的电压阶段SPH，并且实现了平衡的能量水平。
附图5表示一个略修改的实施例，工作阶段APH1到APH3与位于其间的转移阶段SPH1和SPH2与前面的例子具有相同的长度。在这个例子中，在转移阶段开始时形成RF功率的间歇性调制。然而，谐振器的激发被持续地切断或接通长度为t3的预定间隔时间PZ，直到下一工作阶段的开始。
如图6所示，在另一种方案中，转移阶段SPH1或SPH2可以分别以长度为t3或者不同长度的特定间隔时间PZ开始，然后将间歇的RF功率施加到谐振器上直到下一工作阶段开始。同样可以将附图5和6的方案组合，也就是在转移阶段的开始和结束时分别插入间隔时间，在其之间将间歇的RF功率施加到谐振器，使得在任何情况下，在下一工作阶段开始时，谐振器中的温度或能量水平对应于先前工作阶段中的比率。激光脉冲序列LPF1、LPF2和LPF3以及由此得到的工作阶段APH1、APH2和APH3也可以具有不同的长度。
权利要求
1.一种用于操作用于以气体激光器、特别是以CO2激光器加工基片的气体激光器系统的方法，其中在充气的激光谐振器(1)中，将高频电压(RF)施加到所述充气的激光谐振器(1)上，以便在相应的工作阶段(APH)期间产生预定的泵浦功率，并且在所述充气的激光谐振器(1)中借助于Q调制器(4)产生具有预定重复频率的脉冲激光束(LP)，所述脉冲激光束(LP)被偏转单元(10)相应地偏转到加工位置，在那里在工作阶段(APH1、APH2、APH3)期间输出预定数量的脉冲(LPF1、LPF2、LPF3)，然后在转移阶段(SPH1、SPH2)中通过所述偏转单元(10)将所述预定数量的脉冲偏转到下一加工位置，其中在从一个加工位置到下一加工位置的转移阶段期间，所述激光束(LP)被切断并且不向外输出脉冲，其特征在于，在所述转移阶段(SPH1、SPH2)期间，所述高频泵浦能量(RF)被间歇地施加到所述激光谐振器(1)，使得所述谐振器中的能量水平保持在与所述工作阶段(APH1、APH2、APH3)期间近似相同的幅度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光束的整个转移阶段(SPH1、SPH2)期间，以预定的脉冲/间隔比(t1，t2)调制所述高频泵浦能量(RF)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在工作阶段(APH1、APH2、APH3)之后，在一段特定时间间隔内分别以预定的脉冲/间隔比(t1，t2)调制所述高频泵浦电压(RF)，然后在一段预定间隔时间(PZ)内切断或以限定方式接通所述高频泵浦电压(RF)，直到下一工作阶段(APH2、APH3)开始。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在工作阶段(APH1、APH2、APH3)之后，首先将所述高频泵浦电压(RF)切断一段预定间隔时间(PZ)，然后再以特定的脉冲/间隔比(t1，t2)调制所述高频泵浦电压(RF)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高频泵浦电压(RF)在转移阶段(SPH1、SPH2)的开始以及结束时被切断或接通一段特定间隔时间(PZ)，并且在剩余的转移阶段期间被以预定的脉冲/间隔比调制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述激光器系统的备用操作模式期间，也间歇性地施加所述高频泵浦电压(RF)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了为所述间歇的高频泵浦功率调整脉冲/间隔比(t2/t1)，通过钻测试孔并随后检查孔的品质而确定所述谐振器(1)中的能量水平。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了为所述间歇的高频泵浦功率调整脉冲/间隔比(t2/t1)，通过输出测试脉冲以及通过测量脉冲幅度而确定所述谐振器(1)中的能量水平。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，借助于光电二极管测量所述脉冲幅度。
全文摘要
在气体激光器系统的操作期间，特别是通过使用CO2激光器，在工作阶段(APH1、APH2、APH3)中将相应的预定脉冲序列(LPF1、LPF2、LPF3)偏转到基片的特定加工点，然后在转移阶段(SPH1、SPH2)中将激光器偏转调整到下一操作点。为了避免由于加工点之间不均匀的间隔以及相应不相等长度的转移阶段所造成的激光谐振器的不同冷却，以及激光器所钻的孔的不同孔品质，在转移阶段(SPH1、SPH2)期间也将高频泵浦能量(RF)间歇地施加到激光谐振器，使得谐振器中的能量水平被保持与工作阶段(APH1、APH2、APH3)期间近似相同的幅度。
文档编号H01S3/09GK1845811SQ200480024678
公开日2006年10月11日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年9月30日
发明者亚历山大·希尔托, 汉斯·J·梅尔, 彼得拉·米青内克 申请人:日立比亚机械股份有限公司