产生用于材料处理的脉冲列的方法和系统的制作方法

专利名称：产生用于材料处理的脉冲列的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及激光处理。明确地说，本发明涉及以高脉沖重复频率产生 一列稳定的整形脉冲，并将激光束从单一激光源递送到多个处理头。
背景技术：
可使用各种激光对多种不同类型的工件实行激光处理以实现多种工艺。激 光可用于形成(例如)单层或多层工件中的孔和/或盲通路。半导体晶片处理 可包含各种类型的激光微机械处理，包含(例如)划线、切割、钻孔、移除半 导体连结(熔丝)、热退火，和/或修整飩性厚或薄膜组件。常规激光钻孔或划线技术包含(例如)使用波长在远红外范围内的C02 激光。然而，此类激光通常可需要高能量来烧蚀一些集成电路(IC)处理材料。此外，此类处理技术通常使用长脉冲，脉冲中的緩慢上升和下降定时长达 约50微秒。因此，长脉冲可允许过多热量扩散，从而导致受热影响区、重铸 氧化物层、过多碎片、碎屑和破裂。此外，脉冲化的C02激光通常倾向于具 有高量值的脉冲间能量不稳定性，这可能不利地影响处理质量的 一致性。常规C02钻孔或划线系统通常使用射频(RF)脉冲C02激光，其激发态 的典型弛豫时间在约50微秒与约100微秒之间。为了产生离散激光脉冲，通 常可接受的脉冲重复频率(PRF )约为弛豫时间的两倍的倒数。因此，C02激 光通常提供在约5千赫兹与约IO千赫兹之间的最大PRF。当需要增加的处理 量时，这些低PRF值可减小处理质量。举例来说，当划线系统增加其相对于 工件移动激光束的速度时，由于脉冲之间的分离而引起的沿切口的结构在低 PRF下变得显著。切口中的此类结构降低处理质量。发明内容本文揭示的实施例提供用于以高脉冲重复频率产生 一 列稳定的整形脉冲7并将激光束从单一激光源递送到多个处理头的系统和方法。
在一个实施例中， 一种用于以高速度产生稳定的激光脉沖列的激光处理系
统包含处理头，其经配置以用激光脉沖列照明材料的目标位置；激光源，其 经配置以产生连续波(CW)或准CW激光束。所述系统还包含光闸，其经配 置以从激光源接收CW或准CW激光束，接收控制信号，基于控制信号从CW 或准CW激光束产生激光脉冲列，并将激光脉冲列导向处理头。
在另一实施例中， 一种激光处理方法包含产生CW或准CW激光束； 瞬时切削CW或准CW激光束的部分以产生激光脉沖列；以及将激光脉沖列 导向材料的目标位置。
在另一实施例中， 一种系统包含用于产生CW或准CW激光束的构件、 用于从CW或准CW激光束产生激光脉沖列的构件，以及用于将激光脉冲列 导向材料的目标位置的构件。
在另一实施例中， 一种用于使用多个激光束处理材料的激光处理系统包 含第一处理头，其经配置以用第一激光脉沖列照明目标材料的第一位置；第 二处理头，其经配置以用第二激光脉冲列照明目标材料的第二位置；激光源， 其经配置以产生激光束；以及光闸，其经配置以从激光源接收激光束，将第一 激光脉冲列导向第一处理头，并将第二激光脉沖列导向第二处理头。
在另一实施例中， 一种激光处理方法包含将激光束提供到第一声光调制 器(AOM)，所述第一 AOM经配置以从激光束产生第一激光脉冲列和第二激 光脉冲列；以第一频率驱动所迷第一 AOM，所述第一频率经配置以沿第一光 学路径偏转第一激光脉沖列，以便照明目标材料的第一位置；以及以第二频率 驱动所述第一 AOM,所述第二频率经配置以沿第二光学路径偏转第二激光脉 沖列，以便照明目标材料的第二位置。
在另一实施例中， 一种激光处理系统包含用于产生激光束的构件、用于 从激光束产生第一激光脉沖列和第二激光脉沖列的构件，以及构件，其用于以 第一偏转角偏转第一激光脉冲列，以便用第一激光脉冲列照明目标材料上的第 一位置，且用于以第二偏转角偏转第二激光脉冲列，以便用第二激光脉冲列照 明目标材料上的第二位置。
从参看附图进行的以下对优选实施例的详细描述中将了解额外方面和优点。


图l和2示意说明用于驱动激光器以便以相对低脉沖重复率产生包含离散
脉冲的各别激光输出的各别RF信号的时序图。
图3、 4和5示意说明用于驱动激光器以便藉由增加的脉沖重复率产生各 别激光输出的RF信号的时序图。
图6示意说明根据一个实施例的由RF触发信号驱动的声光调制器(AOM ) 的输出激光脉冲列的时序图。
图7A和7B示意说明根据某些实施例的包含至少一个整形脉冲以优化激 光/材料热耦合的激光脉沖列的时间轮廓。
图8示意说明根据一个实施例的包含脉冲高度的变化的图7A所示的激光 脉冲列的时间轮廓。
图9示意说明根据一个实施例的包含瞬时脉冲宽度和脉冲重复率的变化 的图7A所示的激光脉冲列的时间轮廓。
图10A以图形说明使用常规连续波C02激光切入塑料材料的凹槽。
图10B以图形说明根据一实例实施例使用由用RF触发信号驱动的AOM 提供的高重复率的稳定激光脉沖列切入塑料材料的凹槽。
图11A和11B以图形说明根据某些实例实施例使用由用RF触发信号驱动 的AOM提供的高重复率的稳定激光脉冲列在印刷电路板中钻出的通路的横截 面。
图12示意说明相对于导向第一处理头的第一脉沖、导向第二处理头的第 二脉沖和导向射束收集器的所得激光束展示的由常规RF脉沖泵浦激光器产生 的瞬时激光束的时序图。
图13示意说明根据一个实施例相对于导向第一头、第二头、第三头和射 束收集器的波形展示的由RF脉冲泵浦激光器产生的瞬时激光束的时序图。
图14是根据一个实施例用于从单一 RF脉沖激光产生多个射束的实例系 统的框图。
图15示意说明根据一个实施例相对于导向第一头、第二头、第三头、第四头和射束收集器的波形展示的由CW激光器产生的瞬时CW激光束的时序 图。
图16是根据一个实施例用于从单一 CW或准CW激光器产生多个射束的 实例系统的框图。
图17是根据一个实施例用于使用较少AOM产生多个射束的实例系统的 框图。
图18是根据一个实施例由两个RF信号驱动的实例AOM的框图。 图19是根据一个实施例展示有图18中说明的AOM和RF电源的CW激 光器的框图。
具体实施例方式
本发明提供用于以高重复率产生稳定的激光脉沖列并整形激光脉沖列中 的脉冲的一者或一者以上的系统和方法。某些实施例还将多个激光束从单一脉 沖化连续波(CW)或准CW激光器递送到多个处理头以改进处理量。在一个 此类实施例中，单一光偏转器经配置以将多个激光束分配到多个处理头。
现参看图式，其中相同参考标号表示相同元件。出于清晰起见，参考标号 的第一位指示对应元件被首次使用的图式编号。在以下描述内容中，提供大量 特定细节以便彻底理解本发明的实施例。然而，所属领域的技术人员将了角年， 可在没有所述特定细节的一者或一者以上或者利用其它方法、组件或材料的情 况下实践本发明。此外，在一些情况下，未详细展示或描述众所周知的结构、 材料或操作以免混淆本发明的各方面。此外，在一个或一个以上实施例中，所 描述的特征、结构或特性可以任何适宜的方式组合。
A.稳定的脉沖列
如上文所论述，常规RF泵浦C02激光不产生高于某些PRF的离散激光 脉冲，且通常具有脉冲之间高度的能量不稳定性。因此，此类激光不能产生一 致的处理质量。此外，并非所有施加到目标材料的能量均经转换以用于热烧蚀 工艺中。施加到材料的能量与用于烧蚀的能量的剂量之间的差可作为热能而部 分保留在材料中。此过多热能可导致(例如)过多熔融、分层、受热影响区、 重铸氧化物层、过多碎片、碎屑和破裂。
10因此，根据本文揭示的某些实施例，产生时间上矩形激光脉冲的稳定脉沖 列以控制脉沖之间以及单一脉冲内的激光/材料交互作用。对一列脉沖之间以 及单一脉冲内部的脉沖能量和瞬时脉沖宽度的精细调节可通过使热烧蚀之不
利副作用最小化或减小而优化热烧蚀。因此，举例来说，可对于通路钻凿或划 线实现精细工艺控制。
在一个实施例中，例如声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)的光 闸或快速切换装置接收CW或准CW激光束并在非常高的PRF下产生稳定的 脉冲列。举例来说，在一个实施例中，在高达约1百万赫兹的PRF下产生一 列稳定的矩形激光脉沖。PRF可取决于例如快速切换装置(例如，AOM)的 上升/下降时间和/或激光束的大小等的因素。举例来说，较大激光束可需要相 对长的上升/下降时间。本文揭示的系统和方法产生的较高PRF提供可用于产 生目标材料中的平滑切口的稳定的矩形脉沖列。
在一个实施例中，选择性地调节激光束的RF激发的持续时间，以便调制 脉沖能量和/或瞬时脉沖宽度来实现最佳或增加的处理质量。此实施例允许精 细调节以便处理印刷电路板(PCB)工业中的材料，处理平板显示器工业中的 偏光膜，和/或处理其它工业(例如，汽车工业)的金属和金属/塑料。
如上文所论述，具有约50微秒与约100微秒之间的激发态的弛豫时间的 常规RF脉冲C02激光可在低于约10千赫兹的PRF下提供离散激光脉冲。 举例来说，图1和2示意说明用于驱动激光器以便以相对低脉冲重复率产生包 含离散脉冲的各别激光输出112、 212的各别RF信号110、 210的时序图。图 l和2所示的激光输出112、 212具有大约相同的脉冲重复率。然而，由于激 光的激发态的弛豫时间以及由图1所示的RF信号110 (具有相对宽的脉冲和 约50%的工作循环)与图2所示的RF信号210 (具有相对窄的脉冲和约25% 的工作循环)提供的RF激发的持续时间的差的缘故，激光输出112中的脉冲 具有与激光输出212中的脉冲的形状不同的形状。
然而，当激光在较高脉冲重复率下输出时，激光脉沖列开始包含增加的 CW分量。举例来说，图3、 4和5示意说明用于驱动激光器以便以增加的脉 冲重复率产生各别激光输出312、 412、 512的RF信号310、 410、 510的时序 图。图3所示的RP信号310的脉冲的瞬时宽度与图1所示的RF信号110的脉沖的瞬时宽度实质上相同。然而，图3所示的RF信号310具有比图1所示 的RF信号110的工作循环(约50% )高的工作循环(约66.6% )。图3所示的 激光输出312具有比图1所示的激光输出相应较高的脉沖重复率。然而，由于 激光的激发态的弛豫时间的缘故，图3所示的RF信号310的较高工作循环在 图3所示的激光输出312中的脉冲之间引入偏移或CW分量。
类似地，图4和5所示的RF信号410、 510中的脉冲的瞬时宽度与图2 所示的RF信号210中的脉冲的瞬时宽度实质上相同。然而，图4所示的RF 信号410具有比图2所示的RF信号的工作循环(约25%)高的工作循环(约 50%)。因此，图4所示的激光输出412具有比图2所示的激光输出相应较高 的脉沖重复率。然而，由于激光的激发态的弛豫时间的缘故，图4所示的RF 信号410的较高工作循环在图4所示的激光输出412中的脉冲之间引入偏移或 CW分量。因此，增加激光的脉冲重复率会减小激光提供稳定的离散脉沖的能 力。
随着工作循环继续增加(例如，如图5所示，其中RF信号510的工作循 环约为83.3%)，激光输出512接近CW激光器的激光输出。此激光输出512 在本文中可称为准CW激光输出512。根据一个实施例，为了以高PRF产生 稳定脉冲列，将准CW激光输出512(或CW激光输出)提供到AOM。由AOM 提供的脉冲列的稳定性随着激光输出接近CW激光器的激光输出而改进。
举例来说，图6示意说明根据一个实施例由RF触发信号614驱动的AOM 的输出激光脉冲列610、 612的时序图。在对应于激光脉沖列610的实例中， AOM接收由以40%工作循环驱动激光器而产生的包含〔\￥分量的激光東(未 图示)。如图6所示，此促使由AOM提供的激光脉沖列610包含脉冲高度的 明显的脉冲间变化。此激光脉沖列610可导致较差的切口质量。
在对应于〗敫光"永冲列612的实例中，AOM4妻收由以99%工作循环驱动激 光器而产生的准CW激光束(未图示)。激光脉冲列614非常稳定且在目标材 料中产生高质量切口。技术人员从本文的揭示内容将了解，取决于激光的激发 态的弛豫时间，可通过以其它工作循环驱动激光器而产生稳定的激光脉冲歹'j 614。举例来说，在一个实施例中，使用约80%与约100%之间的工作循环驱 动激光器。为了实现适宜的准CW激光束，RF源经配置以比激光的激发态的
12弛豫时间实质上更快地驱动激光器。
在一个实施例中，用于驱动AOM的RF触发信号614具有约100千赫兹 与约250千赫兹之间的范围内的频率。然而，RF触发信号614的频率可实质 上高于250千赫兹。举例来说，在另一实施例中，RF触发信号614具有高达 约l百万赫兹的频率。在某些实施例中，RF触发信号的频率是基于AOM的 上升/下降时间。
B. l永冲整形
除了产生稳定的激光脉冲列，或在其它实施例中，AOM(或另一快速切 换装置，例如EOM)整形激光脉沖列中的脉沖的一者或一者以上，以改进激 光处理质量。当暴露于激光束的材料经历加热或从固态到液态的相变时，材料 的吸收横截面可改变。通过调节激光束的一个或一个以上特性，可实现较有 效的激光/材料耦合。
举例来说，图7A和7B示意说明根据某些实施例包含至少一个整形脉沖 以提供激光/材料热耦合的激光脉冲列700的时间轮廓。出于说明性目的，将 激光脉沖列700展示为第一系列脉冲710和第二系列脉冲712。在这些实例实 施例中，AOM整形每一系列710、712中的最后一个脉冲714以增加耦合效率。 另夕卜，或在其它实施例中，AOM可整形每一系列710、 712中的一个或一个以 上其它脉沖。可选择每一系列710、 712中的脉沖的数目、每一系列710、 712 中的整形脉冲714的数目，和/或整形脉冲714的特定形状以控制施加到目标 材料的激光能量的剂量。
在一个实施例中，整形激光脉沖714的特定形状是基于施加到AOM的 RF触发信号614 (见图6)的形状。举例来说，RF产生器(未图示)可用于 产生RF触发信号614,以具有实质上类似于激光脉冲列700的所需时间轮廓 的时间轮廓。因此，举例来说，RF产生器可经配置以从矩形脉冲切换为三角 形脉冲，或将矩形脉沖与三角形脉冲组合，以产生图7A和7B所示的整形脉 冲714。
在实例实施例中，第一系列脉冲710可施加到处于第一目标位置(例如， 第一通路位置)的材料，且第二系列脉冲712可施加到处于第二目标位置(例 如，第二通路位置)的材料。当然，技术人员从本文的揭示内容将了解，激光
13脉冲列700不限于第一系列脉沖710和第二系列脉沖712。此外，技术人员从 本文的揭示内容将了解，第一系列脉沖710不需要包含与第二系列脉沖712 相同数目的脉冲，且任一系列710、 712可包含任何数目的脉沖。
除了整形至少一个激光脉沖714外，或在另一实施例中，可选^^性地改变 脉沖列700的CW分量。举例来说，图8示意说明根据一个实施例包含脉冲 高度的变化的图7A所示的激光脉冲列700的时间轮廓。在激光脉沖列700保 持在偏移值(如虚线81Q所说明)以上时的时间周期808期间，用加到目标材 料的总热状态的偏移激光能量(例如，激光能量不返回到脉沖之间的最小值) 恒定地照明目标材料。因此，图8所示的激光脉冲列700将比由图7A所示的 激光脉冲列700递送的热能更高剂量的热能递送到目标材料。如上文所论述， RF产生器可经配置以整形提供到AOM的RF触发信号614以选择性地提供所 需偏移。
另外，或在另一实施例中，可选择性地调节脉沖列700中的脉沖的工作循 环值。举例来说，图9示意说明根据一个实施例包含瞬时脉冲宽度和脉冲重复 率的变化的图7A所示的激光脉冲列700的时间轮廓。再次，可通过整形提供 到AOM的RF触发信号614来实现此类调节。举例来说，RF产生器可选择性 地控制RF触发信号610的RF量值和/或瞬时脉冲宽度，以在激光脉沖列610 中产生对应变化。
技术人员从本文的揭示内容将了解，激光脉冲列700不限于图7A、 7B、 8和9所示的脉冲形状和其它脉冲列修改。实际上，可将AOM用于选择性地 向激光脉冲列700提供多种不同形状和修改以便控制提供到目标材料的激光 能量的剂量。此外，所述修改的一者或一者以上(例如，脉冲形状、CW偏移、 瞬时脉沖宽度、脉冲高度和工作循环)可组合于单一脉沖列和/或单一系列脉 沖中。
C.使用高重复率之稳定的激光脉沖列的实例
形说明当使用常规CW C02激光和由AOM提供的稳定的脉冲列时实现的不同 处理质量。图10A以图形说明使用常规CW C02激光切入塑料材料的凹槽 1000。图10B以图形说明根据某些实施例使用如本文所揭示的由用RF触发信号驱动的AOM提供的高重复率的稳定激光脉冲列切入塑料材料的凹槽1001。 如图所示，由常规CWC02激光制成的凹槽1000具有比由稳定激光脉沖 列制成的凹槽1001更宽的切口区和更显著的热效应。举例来说，对于使用常 规CW C02激光制成的凹槽1000,隅角宽度1004经观察为约314.02微米， 顶部宽度1002经观察为约201.18微米，且侧部宽度1006经观察为约207.23 微米。对使用C02激光制成的凹槽1001的对应测量值包含约245.61微米的 隅角宽度1014、约159.23微米的顶部宽度1012和约172.48微米的侧部宽度 1016。另外，如与图IOA所示的熔融和碎片1008相比图IOB所示的较少熔融 和^4片1018所证明，通过^f吏用AOM减少了热效应。
借助另一实例，图IIA和11B以图形说明根据某些实施例使用由用RF 触发信号驱动的AOM提供的高重复率的稳定激光脉沖列在印刷电路板中钻出 的通路1102、 1112的对黄截面。在此实例中，图11A中的所切割材料为GX-3 且图11B中的所切割材料为GX-13，其是可从Ajinomoto公司购得的普遍使用 的电子封装材料。如图所示，尽管使用AOM与常规RF脉沖激光相比降低了 峰值脉冲功率，但本文揭示的用于在相对较高重复率下产生稳定的激光脉冲列 的系统和方法产生良好质量的通路。 D.从脉冲激光器产生多个射束
对于不具有足够的峰值功率的激光，分裂激光束并非将射束递送到多个射 束路径的优选方法。因此，在一个实施例中，通过将激光束从单一脉沖或CW C02激光器递送到多个处理头来改进加工处理量。传统上，脉沖列中的不同 脉冲或不同脉沖的单一部分被沿不同射束路径导向不同处理头。举例来说，图 12示意说明相对于导向第一处理头(头1)的第一脉沖1212、导向第二处理 头(头2)的第二脉冲1214和导向射束收集器的所得激光束1216展示的由常 规RF脉沖泵浦激光器产生的瞬时激光束1210的时序图。如图所示，从激光 束1210的第一脉沖1218瞬时"切削"下导向第一处理头的第一脉冲]212, 且从激光束1210的第二脉沖1220瞬时切削下导向第二处理头的第二脉冲 1214。
在一个实施例中，通过将从单一激光脉沖瞬时切削下的多个脉沖导向各别 处理头来增加脉冲重复率。举例来说，图13示意说明根据一个实施例相对于导向第一头(头1)、第二头(头2)、第三头(头3)和射束收集器的波形展
示的由RF脉沖泵浦激光器产生的瞬时激光束1310的时序图。激光束1310包 含第一脉冲1312和第二脉沖1314。
此实例中的AOM经配置以从激光束的第一脉沖1312瞬时切削下第一多 个脉沖1316、 1318、 1320,并将第一多个脉冲1316、 1318、 1320的每一者导 向各別处理头。AOM还经配置以从激光束的第二脉沖1314瞬时切削下第二多 个脉冲1322、 1324、 1326，并将第二多个脉冲1322、 1324、 1326的每一者导 向各别处理头。因此，使用来自第一脉沖1312和第二脉沖1314的每一者的较 多瞬时宽度。然而，提供到每一处理头的脉沖重复率受激光束1310的脉沖重 复率限制。如上文所论述，随着脉沖重复率增加(例如，5千赫兹以上)，脉 冲激光束通常变得不稳定且开始包含CW分量。因此，从脉沖激光瞬时切削 下激光束(如图13所示)可能不适于某些应用(例如，膜处理)。
图14是根据一个实施例用于从单一RF脉沖激光器1410产生多个射束的 实例系统1400的框图。图14所示的系统可用于(例如)产生图13所示的波 形。RF脉冲激光器1410产生通过串联布置的AOM 1412、 1414、 1416的激光 束。系统140(H吏用AOM 1412、 1414、 1416来产生瞬时脉沖内切削以便递送 图13所示的多个射束。换句话说，每一AOM1412、 1414、 1416沿各别路径 朝处理头偏转第一脉沖1312和第二脉沖1314的相应部分。由每一 AOM 1412、 1414、 1416提供的偏转角度由用于驱动AOM 1412、 1414、 1416的RF信号(例 如，图6所示的RF触发信号614)的频率确定。在某些实施例中，也可使用 EOM或AOM与EOM的组合。
E.从CW或准CW激光器产生多个射束
在另一实施例中，将CW或准CW激光器与射束分配/时间整形装置(例 如，AOM和/或EOM) —起使用以在多个处理头之间分配脉冲。本文揭示的 系统和方法允许比由常规方法进行的多个射束的递送更快地递送多个射束。在 某些实施例中，多机械加工系统中的射束分配/时间整形装置的数目也减少。 因此，加工处理量增加。
图15示意说明根据一个实施例相对于导向第一头(头1 )、第二头(头2)、 第三头(头3)、第四头(头4)和射束收集器的波形展示的由CW激光器产
16生的瞬时CW激光束1510的时序图。CW激光束1510为分时的且递送到不同 光学路径。在其它实施例中，准CW激光器也可用于产生激光束1510 (例如， 见图5)。
因为使用CW或准CW激光源，所以提供到每一路径的脉冲重复率由用 于产生各别波形的AOM和/或EOM的速度确定。如上文所论述，在一个实施 例中，AOM可以高达约l百万赫兹的速率切换。如果在四个处理头之间瞬时 抽取激光束1510，如(借助实例)图15所示，那么提供到每一处理头的波形 的脉冲重复率可高达AOM的切换率的约四分之一。
图16是根据一个实施例用于从单一CW或准CW激光器1610产生多个 射束的实例系统1600的框图。图16所示的系统1600可用于(例如)产生图 15所示的波形。CW或准CW激光器1610产生通过串联布置的AOM 1612、 1614、 1616、 1618的激光束。每一AOM 1612、 1614、 1616、 1618沿相应路 径朝处理头偏转激光束1510的相应瞬时部分。如上文所i仑述，由AOM 1612、 1614、 1616、 1618提供的偏转角度由用于驱动AOM612、 1614、 1616、 1618 的RF信号的频率确定。
图16所示的实例系统1600针对每一射束路径使用 一个AOM。在此实施 例中，激光束受每一 AOM的衍射效率影响。另外，所使用的AOM的数目增 加系统1600的成本。因此，在一个实施例中，单一 AOM经配置以沿多个射 束路径偏转激光束的各别部分。因此，可减少AOM的数目。
举例来说，图17是根据一个实施例用于使用较少AOM 1710、 1712产生 多个射束的实例系统1700的框图。每一AOM 1710、 1712由两个RF信号驱 动。如上文所i仑述，每一AOM710、 1712的偏转角与RF信号的频率成比例。 在此实例中，在第一频率(RF频率1)和第二频率(RF频率2)下驱动每一 AOM 1710、 1712。通过切换施加到AOM 1710、 1712的RF频率，每一 AOM 1710、 1712可将射束偏转到不同光学路径。总角偏差可由RF频率、波长和材 料特性确定。与图16所示的系统1600相比，图17所示的系统1700使用一半 数目的AOM将激光束提供到相同数目的头。另外，或在其它实施例中，每一 AOM 1710、 1712可经配置以提供不同的瞬时脉冲宽度、脉冲重复率和/或针 对其激光束的每一者的脉冲整形，如上文所论述。图18是根据一个实施例由两个RF信号驱动的实例AOM 1810的框图。 在此实例中，AOM 1810包括可从弗吉尼亚州，斯普林菲尔德(Virginia, Springfield)的易索门特(Isomet)公司购得的高功率声光调制器/偏转器。AOM 1810由RF电源1812驱动。在此实例中，RF电源1812包括也可从易索门特 公司购得的RF驱动器/》文大器RFA4060-2。
RF电源1812包含频率选择输入和调制输入。频率选择输入用于切换RF 输出频率。在一个实施例中，频率选4奪输入由RF电源1812在内部拉低。借 助实例，在频率选择输入处维持(assert)的低电平可选择约60百万赫兹，且 高电平可选4奪约40百万赫兹。调制输入控制两个RF输出(RF1和RF2 )以 同时提供数字或模拟调制。在此实例实施例中，RF电源1812中的放大器的 RF切换上升和下降时间约为200奈秒。每一频率下的最大RF输出由RF电源 1812中的功率调节电位计设定。
图19是4艮据一个实施例展示有图18中说明的AOM 180和RF电源1812 的CW激光器1910的框图。如图19所示，通过将输入切换到RF控制器，依 据选定频率RF1、 RF2以不同角度导向激光束。
第零次与第 一次之间的分离角为
"_顺
t/、股=-
V
高斯输入射束的光学上升时间约为
其中人=波长；&=中心频率(例如，40百万赫兹/60百万赫兹)；v=交 互作用材料的声速(例如，5.5毫米/微秒(Ge));且d^/e2射束直径。所属 领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的基本原理的情况下对上述实施例 的细节作出许多变化。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书确定。
权利要求
1.一种用于以高重复率产生稳定的激光脉冲列的激光处理系统，所述系统包括第一处理头，其经配置以用第一激光脉冲列照明材料的第一目标位置；激光源，其经配置以产生连续波(CW)或准CW激光束；以及第一光闸，其经配置以从所述激光源接收所述CW或准CW激光束；接收控制信号；基于所述控制信号从所述CW或准CW激光束产生所述第一激光脉冲列；以及将所述第一激光脉冲列导向所述第一处理头。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述激光源包括射频(RF)脉冲激 光，所述系统进一步包括RF源，所述RF源经配置以比所述RF脉沖激光的CW激光束。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述RF源进一步经配置以用具有 约80%与约100%之间的工作循环的RF信号驱动所述RF脉沖激光。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光闸包括声光调制器 (AOM),且所述控制信号包括第一RF触发信号，所述AOM经配置以通过基于所述第一 RF触发信号的瞬时脉冲宽度和脉冲重复率而选择所述CW或准 CW激光束的第一多个瞬时部分以导向所述第一处理头来产生所述第一激光 脉沖列。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述脉冲重复率在高达约1百万赫 兹的范围内。
6. 根据权利要求4所述的系统，其中所述AOM进一步经配置以基于所 述第一RF触发信号的脉冲形状来整形所述第一激光脉沖列的一个或一个以上 脉沖。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中所述整形包括改变所述第一激光脉冲列的特定脉沖的瞬时脉沖宽度。
8. 根据权利要求6所述的系统，其中所述整形包括在预定时间周期中将所述第一激光脉沖列的CW分量改变为高于阈值。
9. 根据权利要求6所述的系统，其中所述整形包括逸^r性地调节所述第 一激光脉沖列的工作循环。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光闸包括电光调制器。
11. 一种激光处理方法，其包括 产生连续波(CW)或准CW激光束；瞬时切削所述CW或准CW激光束的第一部分以产生第一激光脉冲列；以及将所述第一激光脉冲列导向材料的第一目标位置。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中产生所述CW或准CW激光束包 括比激光的激发态的弛豫时间实质上更快地驱动所述脉沖激光。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中驱动所述脉沖激光包括用具有约 80%与约100%之间的工作循环的射频信号驱动所述脉冲激光。
14. 根据权利要求1]所述的方法，其中瞬时切削所述CW或准CW激光 束的部分包括将所述CW或准CW激光束导向声光调制器(AOM);以及 用第一射频(RF)触发信号驱动所述AOM，所述第一RF触发信号包括 具有对应于所述第 一激光脉冲列的瞬时宽度和脉冲重复率的脉沖。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述脉沖重复率在高达约1百万 赫兹的范围内。
16. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包括通过整形所述第一 RF触 发信号中的一个或一个以上脉冲来整形所述第一激光脉冲列中的一个或一个 以上脉冲。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中整形包括改变所述第一激光脉冲 列的特定脉冲的瞬时脉沖宽度。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中整形包括在预定时间周期中将所 述第一激光脉冲列的CW分量改变为高于阈值。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中整形包括选择性地调节所述第一 激光脉冲列的工作循环。
20. —种系统，其包括用于产生CW或准CW激光束的构件；用于从所述CW或准CW激光束产生第 一激光脉沖列的构件；以及 用于将所述第 一激光脉沖列导向材料的第 一 目标位置的构件。
21. 根据权利要求20所述的系统，其进一步包括用于选择性地整形所述 第 一激光脉沖列中的 一个或一个以上脉冲的构件。
22. —种用于使用多个激光束处理材料的激光处理系统，所述系统包括 第一处理头，其经配置以用第一激光脉沖列照明目标材料的第一位置；第二处理头，其经配置以用第二激光脉沖列照明所述目标材料的第二位置；激光源，其经配置以产生激光束；以及 光闸，其经配置以从所述激光源接收所述激光束；将所述第 一 激光脉沖列导向所述第 一 处理头；以及将所述第二激光脉冲列导向所述第二处理头。
23. 根据权利要求22所述的系统，其中所述激光源包括连续波(C.W)或 准CW激光源。
24. 根据权利要求22所述的系统，其中所述光闸包括由第一射频(RF) 信号和第二RF信号控制的第一声光调制器(AOM)，所述第一AOM经配置 以基于所述第一RF信号的频率以第一角度偏转所述第一激光脉沖列，且基于 所述第二 RF信号的频率以第二角度偏转所述第二激光脉冲列。
25. 根据权利要求24所述的系统，其进一步包括第三处理头，其经配置以用第三激光脉沖列照明所述目标材料的第三位置；第四处理头，其经配置以用第四激光脉冲列照明所述目标材料的第四位 置；以及第二AOM,其经配置以从所述第一 AOM接收所述激光束，所述第一 AOM已从所述激光束移 除瞬时部分，以产生所述第一激光脉沖列和所述第二激光脉沖列； 将所述第三激光脉沖列导向所述第三处理头；以及 将所述第四激光脉沖列导向所述第四处理头。
26. —种激光处理方法，其包括将激光束提供到第一声光调制器(AOM),所述第一 AOM经配置以从所 述激光束产生第 一激光脉冲列和第二激光脉冲列；以第一频率驱动所述第一 AOM,所述第一频率经配置以沿第一光学路径 偏转所述第一激光脉冲列，以便照明目标材料的第一位置；以及以第二频率驱动所述第一 AOM,所述第二频率经配置以沿第二光学路径 偏转所述第二激光脉沖列，以便照明所述目标材料的第二位置。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中所述激光束包括连续波(CW)或 准CW激光束。
28. 根据权利要求26所述的方法，其进一步包括将所述激光束从所述第 ——一 AOM提供到第二 AOM,所述第一 AOM已从所述激光束移除瞬时部分以 产生所述第 一激光脉沖列和所述第二激光脉沖列。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述第二 AOM经配置以从自所述 第一 AOM接收的所述激光束产生第三激光脉沖列和第四激光脉沖列。
30. 根据权利要求29所述的方法，其进一步包括以第三频率驱动所述第 二 AOM，所述第三频率经配置以沿第三光学路径偏转所述第三激光脉沖列， 以便照明目标材料的第三位置。
31. 根据权利要求30所述的方法，其进一步包括以第四频率驱动所述第 二 AOM,所述第四频率经配置以沿第四光学路径偏转所述第四激光脉沖列， 以便照明所述目标材料的第四位置。
32. 根据权利要求26所述的方法，其中所述激光束包括多个激光脉冲。
33. 根据权利要求32所述的方法，其进一步包括驱动所述第一 AOM以便 将所述激光束的脉冲的至少一第一部分导向所述第一光学路径，且将所述脉沖 的至少一第二部分导向所述第二光学路径。
34. —种激光处理系统，其包括用于产生激光束的构件；用于从所述激光束产生第 一激光脉冲列和第二激光脉沖列的构件；以及构件，其用于以第一偏转角偏转所述第一激光脉沖列，以便用所述第一激 光脉沖列照明目标材料上的第 一位置，且用于以第二偏转角偏转所述第二激光 脉冲列，以便用所述第二激光脉沖列照明所述目标材料上的第二位置。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中所述激光束包括连续波(CW)或 准CW激光束。
36. 根据权利要求34所述的系统，其中所述激光束包括多个激光脉冲。
37. 根据权利要求36所述的系统，其进一步包括用于将所述激光束的脉 冲的至少 一第 一部分导向所述第 一光学路径且将所述脉沖的第二部分导向所 述第二光学路径的构件。
38. 根据权利要求34所述的系统，其进一步包括用于从所述激光束产生 第三激光脉冲列和第四激光脉冲列的构件。
全文摘要
本发明提供产生用于材料处理的激光脉冲列的系统和方法。在一个实施例中，从连续波(CW)或准CW激光束产生高重复率的稳定激光脉冲列。所述激光脉冲列中的一个或一个以上激光脉冲可经整形以控制递送到目标材料的能量。在另一实施例中，多个激光束从单一激光脉冲、CW激光束或准CW激光束分配到多个处理头。在一个此类实施例中，单一光偏转器在各别处理头之间分配多个激光束。
文档编号H01S3/10GK101617448SQ200780050430
公开日2009年12月30日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年1月26日
发明者大迫康, 松本久志 申请人:伊雷克托科学工业股份有限公司