CN101495903A - 降低双束雷射处理系统中相干串音的方法 - Google Patents

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Abstract

在一目标样品工作表面处形成具有受控稳定性的两道雷射处理射束的方法与系统包含沿着分离的第一射束路径与第二射束路径来传播且相互相干(coherent)的第一雷射射束与第二雷射射束(130、140)，它们被结合(170)以实施一光学特性调整。所述经结合的雷射射束被分离(190)成第三雷射射束与第四雷射射束(192、194)，它们沿着分离的射束路径传播并且包含个别的第三主射束分量与第四主射束分量(192l)，并且所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者产生一泄漏分量，所述泄漏分量与所述第三雷射射束与第四雷射射束中另一者的主射束分量(192m)以相互时间相干的方式来共同传播。经由声光调变(150、160)频率偏移或是经由在所述两道射束之中并入一光学路径长度差(404、504)便会降低所述泄漏分量及与所述泄漏分量共同传播的另一主射束分量之间的相互时间相干性的效应。

Description

降低双束雷射处理系统中相干串音的方法
技术领域
本发明一般是关于降低双束雷射处理系统中的串音的系统与方法，且更明确地说，本发明是关于降低此等系统中的相干(coherent)串音。
背景技术
使用衍生自单一雷射的经偏振射束来产生两道目标样品处理射束的双束雷射处理系统可能会因其中一道射束中的极大部份泄漏至另一道射束的传播路径中而受到相干串音的影响。当衍生自该单一雷射的上述两道射束经由光学串的一部份被刻意结合在一共同射束路径之中并且于后面被重新分离时，便会产生相干串音。因为上述两道射束的相干性质的关系，在重新分离阶段处，若其中一道射束泄漏至另一道射束的传播路径中的话便会导致相干串音，其实质上比上述射束相互不相干时所出现的串音更为严重。相干串音是在目标样品的工作表面处导致上述雷射射束中其中一者或两者的脉冲能量下降并且损及功率稳定性控制效果。
发明内容
本发明的双束雷射处理系统的实施例是施行降低两道雷射处理射束间的串音的技术，以便让它们在一目标样品的工作表面处具有受控的稳定性。上述系统各包含一雷射，用以射出一光束，所述光束被分为沿着分离的第一射束路径与第二射束路径传播且相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束。所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束被刻意结合在一光学组件串中的一共同射束路径部份之中，用以实施所述第一雷射射束与第二雷射射束所共同的光学特性调整。所述先前经过结合的第一雷射射束与第二雷射射束被分离成沿着个别的第三射束路径与第四射束路径来传播的第三雷射射束与第四雷射射束。所述第三雷射射束与第四雷射射束包含个别的第三主射束分量与第四主射束分量，并且所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者产生一泄漏分量，所述泄漏分量与所述第三雷射射束与第四雷射射束中另一者的主射束分量以相互时间相干的方式来共同传播。本发明的数个实施例是施行降低所述泄漏分量及与所述泄漏分量共同传播的所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互时间相干性的效应，以便传送与所述第三射束及第四射束对应的稳定的第一处理射束与第二处理射束至所述工作件。
本发明的两个实施例必须让所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束中其中一者通过一光学路径-长度调整器，用以通过在所述第一雷射射束与第二雷射射束之间引入一光学路径-长度差来降低所述第一雷射射束与第二雷射射束的相互相干性。所述光学路径-长度差是在所述第一雷射射束与第二雷射射束重新结合以前通过在它们其中一者的射束路径中插入一空气路径或是一光学玻璃组件而引入的。所述路径长度差系设为大于所述雷射的相干性长度，但却不会过长而在射束传播中导致不可接受的差异。
本发明的第三实施例必须让所述第一雷射射束与第二雷射射束通过个别的声光调变器。所述第一声光调变器与第二声光调变器中至少其中一者经过调整，用以对所述第一雷射射束与第二雷射射束提供一差异频率变化Δω，并且从而对所述泄漏分量提供一差异频率变化Δω，其是降低所述泄漏分量及所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互相干性对所述第一处理射束与第二处理射束之稳定性所造成的效应。
从下文本发明各较佳实施例的详细说明中，参考图式，便可明白本发明的额外观点与优点。
附图说明
图1为一双束雷射处理系统的一实施例的示意图；
图2为图1的双束雷射处理系统，图中显示出从其中一道主射束至另一道主射束的射束泄漏；
图3为发生在一声光调变器中的频率偏移的实施例的示意图；
图4为图1之类的双束雷射处理系统，不过，在第一射束通过一偏振射束分离棱镜与第二射束结合之前，其为该第一射束提供一具有给定长度的空气路径；
图5为图1之类的双束雷射处理系统，不过，在第一射束通过一偏振射束分离棱镜与第二射束结合之前，其是通过一玻璃组件来为该第一射束提供一具有给定长度的光学路径；
图6为针对一1343nm的脉冲雷射，使用Michelson干涉计所测得的相干性长度与条纹(或相干串音)强度的关系图，其中，Michelson干涉计系将一雷射分成两道光学路径并且再将它们重新结合成一共同路径；
图7A与7B为通过在一双束雷射系统中引进一路径-长度差可达成的串音下降关系图。
具体实施方式
参考图式便可充份了解本发明的实施例，其中，在所有图式中，相同的部件以相同的组件符号来表示。可轻易了解的是，在本文图式中作大体说明与图解的本发明的组件也可以各种不同的组态来排列及设计。因此，下文对本发明的设备、系统、以及方法的实施例所作的更详细说明的目的并非要限制本发明的范畴，而仅代表本发明的各实施例。
图1所示的为一双束处理系统100的一实施例的示意图，该系统创造两道雷射射束来处理位在一工作表面104处的目标样品或工作件102(例如一半导体晶圆、一微芯片或是类似的工作件)。由单一雷射110所射出的雷射射束106(较佳的，脉冲式雷射射束)入射在第一偏振射束分离棱镜(PBSC)120之上，从该第一偏振射束分离棱镜处传播一第一雷射射束130与一第二雷射射束140。名义上，上述射束130与140中其中一者被线性偏振而使其电场向量位于图1的平面之中(P-pol)，而上述射束130与140中另一者则被线性偏振而使其电场向量垂直于图1的平面(S-pol)。因此，射束130与140在名义上是彼此正交偏振的。
第一雷射射束130与第二雷射射束140由个别的声光调变器(AOM)150与160来调变，上述声光调变器充当可调整的光遮板，用以控制通过它们的光的强度。雷射射束130与140是从个别的旋转面镜162与164处反射偏离并且撞击一第二PBSC 170。PBSC 170是在一内部射束重迭位置174处重新结合雷射射束130与140，并且将它们当作一结合射束来传导，使其沿着一射束路径来传播而入射在可变式射束放大器(VBE)180之上。VBE 180是实施射束130与140两者共同的射束尺寸调整，而后便会将它们传导至一第三PBSC 190来进行分离。上述经过分离的射束系当作第三射束192与第四射束194，沿着分离的射束路径从第三PBSC 190处来传播。
第三射束192与第四射束194传播经过个别的功率测量/校正子系统196与198，上述功率测量/校正子系统的特征是它们的频率导通带并且是提供可用于进行样品处理的经测得的射束强度信息。经过测量的射束192与194从个别的面镜200与202处反射偏离而入射在一第四PBSC 210之上并且经由该第四PBSC 210而结合。第四PBSC 210的上述经结合的输出射束系传播通过一物镜218，该物镜系形成一第一处理射束220与一第二处理射束222，用以入射在一目标样品102的工作表面104之上。每一道射束192与194的最终位置、聚焦高度、以及尺寸是经过调整以便让它们的对应处理射束220与222在目标样品102的工作表面104上具有所希的特性。通常希望射束130与140具有相同的光学路径长度，以便实质上密切地匹配射束传播对工作表面104上每一道处理射束的光点尺寸与聚焦高度所造成的效应。不过，下面将会显示出，实质相同的光学路径长度却会提高相互串音相干性。
图2所示的为图1的双束处理系统100，图中在通过第三PBSC 190之后出现射束泄漏。当第三射束192中的一部份泄漏至第四射束194的路径之中时、第四射束194中的一部份泄漏至第三射束192的路径之中时、或者两者皆存在时，便会在PBSC 190处出现射束串音。图2显示出，第三射束192是由一主射束分量192m以及一泄漏自第四射束194的泄漏射束分量194l所组成，而第四射束194则是由一主射束分量194m以及一泄漏自第三射束192的泄漏射束分量192l所组成。发生泄漏的原因如下：偏振射束分离器效能的实际限制，射束130与140不完美的线性偏振作用，以及射束分离器偏振轴线及射束组合器偏振轴线不完美的对齐。在PBSC 190的下游处并无法在一给定的射束路径中来区分泄漏射束分量(194l或192l)与主射束分量(192或194)。因为在PBSC190下游的每一条射束路径中的泄漏射束分量在时间上是与该主射束分量相干，所以便会在上述主射束分量与泄漏射束分量之间出现相干性迭加作用。上述主射束分量与泄漏射束分量的此种相干性迭加作用是在总射束强度I中造成明显的变化。当第一射束130与第二射束140的路径长度相等时，上述主射束分量与泄漏射束分量的相互时间相干性最大。
图3所示的为发生在AOM 150与160任一者中的频率偏移的示意图。使用AOM 150与160的频率与相位偏移特性便可对系统100进行配置，以便让因相干串音(射束泄漏)所造成的射束强度变化的频率是被移到功率测量/校正子系统196与198的导通带中其中一者或两者以外的频率处并且达成雷射处理效应。
达到此类频率与相位移动中一或二者的数种AOM配置中的其中一者可能包含：(1)利用选配性的相位调整来进行准静态运作，于准静态运作中的相干串音位准变化非常地缓慢，其中可通过调整射束130与140的相对相位来最小化相干串音位准；(2)针对每一道射束使用一不同的AOM RF驱动频率来进行频率调变，其中，该相干串音(或泄漏)频率等于上述两个AOM RF频率之间的差值；以及(3)针对射束130与140使用不同的AOM绕射阶来进行频率调变。下文将进一步讨论每一种情况。
当强度为I1与I2的两道射束重迭时，所生成的总强度I除了包含(I1+I2)之简单总和之外，还会包含下面的相干性迭加项或干涉项：
Iac＝2E1.E2cos(Δωt+ψ)
其中，E1与E2是该射束的电场振幅向量，Δω是射束130与140的频率差，而ψ则是相位项，其是肇因于上述两道射束130与140之间的任何静态相位差、路径-长度差、并且还可能是肇因于上述射束的相干性特性。Δω项同时也是相干串音的频率。因为电场E1与E2的向量点积的关系，所以，仅有射束130与140共同的偏振分量才会造成串音项Iac。在某种程度上，并无法经由使用正交偏振来消除串音项Iac，通过刻意使用光的声光时间调变特性来将频率差Δω与相位ψ设为有利的数值，便可降低其对相干串音所造成的效应。相干项Iac可能代表总射束强度I中明显的泄漏项。举例来说，倘若I1所希的主信号强度且I2具有相同偏振的非所希的泄漏信号的话，那么便可将总强度写成：
I = I 1 ( 1 + I 2 / I 1 + 2 I 2 I 1 cos ( Δωt + ψ ) )
举例来说，倘若I2为I1的1％的话，那么该相干性迭加项Iac便可能会大到I1的20％。
已知的是，经由存在于一AOM之中的声场所绕射的频率为ωi的光束被移到一新的频率ωn，
ωn＝ωi+nωs1
其中，ωs1是该AOM声场频率；而n是一整数，其代表的是所使用的AOM的绕射阶(如图3中所示，n通常是+1或-1，不过也可能是+2、-2，并且甚至是更高阶)。该绕射阶取决于该射束与该AOM声场速度向量ωs的对齐作用。这些概念图解在图3中。一般来说，ωs1的大小等级为2π*(107至108)弧度/s。因为可针对AOM 150与160中每一者来独立控制绕射阶与声场频率，所以上面的频率差项Δω便会变成
Δω＝(ωi+nωs1)-(ωi+mωs2)＝nωs1-mωs2
其中，ωs1与ωs2是个别的AOM声场频率，而n与m则分别是射束130与140的绕射阶。
n、m、ωs1、以及ωs2的可能选择方式可归纳如下。第一种情况是n＝m且ωs1＝ωs2。于此情况中，Δω＝0，且该相干项Iac的振幅是简化成2E1.E2cos(ψ)，其可能会是静态或准静态，端视该相对相位ψ的时间行为而定。倘若射束130与140的的路径长度相等且不会大幅改变的话，那么ψ便会取决于上述AOM声场的相对相位，其是由上述RF相位驱动AOM 150与160来设定。通过控制被施加至AOM 150与160的相对RF相位，便可控制相干串音的位准，并且理想上可使其归零。举例来说，可使用一校正程序，其中会在开启射束140时来测量PBSC 190后面的射束192的路径强度，并且是与射束140关闭之后在PBSC 190后面的射束192的强度作比较。上述AOM RF信号的相对相位可于这些比较测量期间进行同步调整，直到介于射束140的开启状态与关闭状态之间的相位差被最小化为止(有效地设为ψ＝±π/2)。也可在射束交越位置174之前以上述射束路径中其中一者(举例来说，194)为基准来提高上述射束路径中另一者(举例来说，192)的光学路径-长度差用以调整相对相位，下文将参考图4至7来作讨论。
第二种情况是n＝m但是ωs1≠ωs2。通过在不同的频率处驱动上述AOM声场，便会在频率差处出现该串音项，前提是Δω＝ωs1-ωs2。据此，便可轻易地控制Δω并且将其设在从0Hz至106Hz以上范围中的任意值处。当一校正程序在一特定的时间窗口T中对射束能量进行均化时，这便会特别实用。倘若Δω＞＞1/T的话，那么因相干串音所造成的变化实际上便会被均化。
第三种情况是n≠m但是ωs1＝ωs2。通过对齐AOM 150与160以运作在不同的绕射阶处，便会在频率差处出现该串音项，前提是Δω＝(n-m)ωs1。举例来说，倘若n＝+1且m＝-1的话，那么Δω＝2ωs1。其优点是，当使用一RF振荡器来驱动AOM 150与160两者时便会产生非常高的串音频率，该串音频率是位在上述两道雷射处理射束的标称导通带的外面。举例来说，假如ωs1＝ωs2＝108弧度/s且n＝+1且m＝-1的话，那么便可得到Δω＝2×108弧度/s。因此，Δω是远高于使用上面第二种情况可取得的Δω的其它数值，从而使其更容易将该串音频率移到上述两道雷射处理射束的导通带频率的更外面处。
图4所示的为和图1的系统100雷同的双束处理系统400，不过，在第一射束130通过第二PBSC 170与第二射束140结合之前，其为该第一射束130提供一具有给定长度的空气路径404。图5所示的是和图1的系统100雷同的双束雷射处理系统500，不过，在第一射束130通过第二PBSC 170与第二射束140结合之前，其是通过一玻璃组件(光学折射器)504来为该第一射束130提供一具有给定长度的光学路径。
在图4或图5中，引进空气路径404或玻璃组件504的效应是在PBSC 170处重新结合射束130与140之前，提高射束130与140的射束路径之间的路径-长度差。该路径-长度差大于雷射110的相干性长度，但其长度却不足以在射束传播中造成不可接受的差异。因此，该路径-长度差可能是递增的并且仍具有其所希的效应。此附加效应是会降低射束对192m与194l以及射束对194m与192l中其中一对或两对之间的相互时间相干性，并且从而降低因上述射束对中每一对中的两个分量的相干性迭加所造成的串音。相干性长度(Lc)对应于50％条纹可见率的自干涉雷射射束的光学路径-长度差，其中，条纹可见率的定义为V＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，而Imax与Imin分别是最大条纹强度与最小条纹强度。
通过在射束130与140的其中一条射束路径中引入空气路径404便可引入该光学路径-长度差，如图4中所示；或者通过在射束130与140的其中一条射束路径中放至一折射式光学组件(例如厚度d且折射率n的一光学玻璃504器件)为可引入该光学路径-长度差。光学玻璃504系造成光学路径-长度变化(n-1)d，如图5中所示。
当具有相等时间频率(Δω＝0)且强度分别为I1与I2的两道射束重迭时，所生成的总强度I除了包含(I1+I2)的简单总和之外，还会包含下面的相干性迭加项或干涉项：
I ac＝2E1.E2cos(ψ(t))
其中，E1与E2是该射束的电场振幅向量，而ψ(t)则是相位项，其是肇因于射束130与140的路径-长度差以及相干性特性。最大串音的其中一项条件是两道射束130与140在相等的路径长度中从该雷射前进至射束重迭位置174。在此条件下，当因为机械振动效应与热效应的关系而发生小额光学路径-长度差变化时(其大小等级落在雷射110的波长处)，相位项ψ(t)便会随着时间而具有非常缓慢改变的函数关系。不过，为达到具有高度雷同的射束传播特征(例如光点尺寸、射束发散性、以及束腰位置)却可能会希望射束130与140在相等的路径长度中前进至射束重迭位置174。所以，当在射束130与140之间加入一路径-长度差时，可能必须限制该差异，以防止在光点尺寸、射束发散性、以及束腰位置中产生大幅背离。
因为电场E1与E2的向量点积的关系，所以，仅有射束130与140共同的偏振分量才会造成串音项Iac。在某种程度上，并无法经由使用正交偏振来消除串音项Iac，通过在射束重迭位置174上游处的其中一道射束130与140之中刻意隐近一光学路径-长度差便可降低其对相干串音所造成的效应。此空气路径是在射束130与140之间引进时间延迟，倘若该时间延迟大于该雷射源的相干性时间的话，其便会造成很低的相干串音。(实际上，当路径-长度提高至该雷射的相干性长度以外时，相干性迭加中的相位系数ψ(t)便会在0与2π之间非常快速且随机地变动，结果是，cos(ψ(t))项在功率测量/校正子系统196与198的导通带所决定的感兴趣时间周期中便会均化为零。)通过在射束130与140的其中一条射束路径之中增加或删除一空气路径404，或是插入一n＞1的透射光学材料504(例如玻璃)，便可达到提高光学路径-长度的目的。必要的延迟时间的大小等级约为1/Δv，其中，Δv是该雷射的频宽。延迟时间t和光学路径-长度差l的关系为l＝ct，其中，c＝光速。
图6所示的为针对一1343nm的脉冲雷射，使用Michelson干涉计所测得的相干性长度范例的关系图，其中，Michelson干涉计是将一雷射分成两道光学路径并且再将它们重新结合成一共同路径，其中，可使用一侦测器来测量总射束强度I。水平轴代表空气路径-长度变化，其单位为毫米；而垂直轴代表条纹(或相干串音)强度Iac，如图中的信号波封604所示者，其是针对一给定路径-长度差来直接测量雷射110的时间相干性。图6显示出在射束130与140实质上确实相干(也就是，具有相等的路径长度)处的相干串音最为密集(且同样地在处理射束192与194实质上确实相干处的相干串音最为密集)，且每产生+3.5mm的空气路径-长度差，信号波封604便会下降约10倍。通过引入此适中的路径长度差，系统400便可达到显著降低相干串音的目的。
图7A与7B所示的为通过在一双束雷射系统中引进一路径-长度差可达成的串音下降关系图。水平轴代表在测试出现在雷射处理射束中的相干串音期间所取得的取样的递增数量，其大小为每个点是10,000个取样。垂直轴代表在每个取样点处的所测得的脉冲不稳定性。图7A的关系图所示的是针对相等路径长度所测得的脉冲稳定性，上方的数据点对显示出，当射束130与140均处于它们的开启状态(有相干串音存在)中时，处理雷射射束192与194非常地不稳定；而下方的数据点对则显示出，当射束130与140中仅有其中一者处于其开启状态(不可能有相干串音)中时，处理雷射射束192与194的稳定性是较大。
图7B的关系图所示的为相同的数据，不过在其系统配置中是在射束130与140的其中一条射束路径中引进10mm的熔融硅砂玻璃(n＝1.46)而产生4.6mm的路径长度差，图中显示出相干串音已经大幅地降低。
虽然本文已经图解与说明过本发明的特定实施例与应用，不过应该了解的是，本发明并不受限于本文所揭示的刻板组态与组件。熟习本技术的人士便明白可对本文所揭示的本发明的方法与系统的排列、运作、以及细节进行各种修正、变更、以及变化，而不会脱离本发明的精神与范畴。

Claims (27)

1.一种在一目标样品的工作表面处形成具有受控稳定性的两道雷射处理射束的方法，其包括：
提供沿着分离的第一射束路径与第二射束路径传播且相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束；
在一光学组件串中的一共同射束路径部份之中刻意结合所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束，用以实施所述第一雷射射束与第二雷射射束所共同的光学特性调整；
将所述先前经过结合的第一雷射射束与第二雷射射束分离成沿着个别的第三射束路径与第四射束路径来传播的第三雷射射束与第四雷射射束，所述第三雷射射束与第四雷射射束包含个别的第三主射束分量与第四主射束分量，并且所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者产生一泄漏分量，所述泄漏分量与所述第三雷射射束与第四雷射射束中另一者的主射束分量以相互时间相干的方式来共同传播；以及
降低所述泄漏分量及与所述泄漏分量共同传播的所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互时间相干性的效应，以便传送与所述第三射束及第四射束对应的稳定的第一处理射束与第二处理射束至所述工作件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，降低所述相互时间相干性的效应包括在一共同射束路径部份之中刻意结合所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束之前先于它们分离的射束路径之中设定一光学路径-长度差，所述光学路径-长度差的数额是降低所述泄漏分量及与所述泄漏分量共同传播的所述第三射束分量与第四射束分量中另一者之间的相互时间相干性，并且从而是降低所述相互时间相干性对所述第一处理射束与第二处理射束的稳定性所造成的效应。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束具有一相干性长度，且其中，所述光学路径-长度差大于所述相干性长度。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述光学路径-长度差是通过递增改变所述分离的第一射束路径与第二射束路径其中一者之中的空气路径长度而达成。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述光学路径-长度差是通过在所述分离的第一射束路径与第二射束路径其中一者之中设置一厚度d且折射率n的折射式光学组件以便引进等于(n-1)d的光学路径-长度变化而达成。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学特性调整包括射束宽度放大。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述泄漏分量的特征为频率，并且进一步包括：
在降低所述泄漏分量及所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互时间相干性对所述第一处理射束与第二处理射束的稳定性所造成的效应的频率处，对所述相互相干的第一射束与第二射束中其中一者进行频率偏移，并且从而对所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者的泄漏分量进行频率偏移。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述泄漏分量对应于一相干串音频率Δω，其中，所述第一处理射束与第二处理射束运作在个别的第一标称导通带与第二标称导通带之中，且其中，被设置在所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束其中一者的射束路径之中的一调变装置实施所述频率偏移，所述调变装置的特征为具有用以在所述泄漏分量上提供一频率值的信号特性，以便让所述相干串音频率Δω位在所述第一标称导通带与第二标称导通带中一对应导通带的外面。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述调变装置包括一声光调变器。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述声光调变器是通过调整所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束之间的相位差来提供所述频率值。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束为脉冲式雷射射束。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述泄漏的特征为频率，且所述方法进一步包括：
在个别的第一频率与第二频率处对所述相互相干的第一射束与第二射束进行频率偏移并且从而对所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者的泄漏分量进行频率偏移，所述频率偏移是降低所述泄漏分量及所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互时间相干性对所述第一处理射束与第二处理射束的稳定性所造成的效应。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述泄漏分量对应于一相干串音频率Δω，其中，所述第一处理射束与第二处理射束系运作在个别的第一标称导通带与第二标称导通带之中，且其中，分别被设置在所述第一射束路径与第二射束路径之中的第一调变装置与第二调变装置实施所述频率偏移，所述第一调变装置与第二调变装置的特征为具有用以在所述泄漏分量上提供一频率值的信号特性，以便让所述相干串音频率Δω位在所述第一标称导通带与第二标称导通带的外面。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述调变装置包括第一声光调变器与第二声光调变器。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器分别通过在不同的频率处来驱动所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束以提供所述频率值。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器经由所述个别第一声光调变器与第二声光调变器不同的绕射阶来提供所述频率值。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器系相同的频率处驱动所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束。
18.一种双束雷射处理系统，其包括：
一雷射源，其射出一雷射射束；
一第一偏振分光棱镜(PBSC)，用以将所述雷射射束分成相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束；
第一光学调变器与第二光学调变器，用以让所述相互相干的个别第一雷射射束与第二雷射射束通过；
一光学路径-长度调整器，用以让所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束中其中一者通过，所述光学路径-长度调整器是通过在所述第一雷射射束与第二雷射射束之间引进一光学路径-长度差而降低所述第一雷射射束与第二雷射射束的相互相干性；
一第二PBSC，其重新结合所述第一雷射射束与第二雷射射束；
一光学特性调整器，用以让所述已重新结合的雷射射束通过；以及
一第三PBSC，用以将所述已重新结合的雷射射束分成用来处理一工作件的第三雷射射束与第四雷射射束。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述光学特性调整器包括一可变式射束放大器。
20.如权利要求18所述的系统，其中，光学路径-长度调整器包括一引进所述光学路径-长度差的空气路径。
21.如权利要求18所述的系统，其中，所述光学路径-长度调整器包括一折射式光学组件。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述光学折射器包括熔融硅砂玻璃。
23.如权利要求18所述的系统，其中，所述相互相干的第一雷射射束与第二雷射射束具有一相干性长度，且其中，所述光学路径-长度差大于所述相干性长度。
24.一种双束雷射处理系统，其包括：
一雷射源，其射出一雷射射束；
一第一偏振分光棱镜(PBSC)，用以将所述雷射射束分成第一雷射射束与第二雷射射束；
第一声光调变器与第二声光调变器，用以让所述个别第一雷射射束与第二雷射射束通过；
一第二PBSC，其重新结合所述第一雷射射束与第二雷射射束；
一光学特性调整器，用以让所述已重新结合的雷射射束通过；
一第三PBSC，用以将所述已重新结合的雷射射束分成用来处理一工作件的第三雷射射束与第四雷射射束，所述第三雷射射束与第四雷射射束包含第三主射束分量与第四主射束分量，并且所述第三雷射射束与第四雷射射束中其中一者产生一泄漏分量，所述泄漏分量是与所述第三雷射射束与第四雷射射束中另一者的主射束分量以相互时间相干的方式来共同传播；以及
其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器中至少其中一者被调整成用以对所述第一雷射射束与第二雷射射束提供一串音频率变化Δω，并且从而对所述泄漏分量提供一串音频率变化Δω，其是降低所述泄漏分量及所述第三主射束分量与第四主射束分量中另一者之间的相互相干性对所述第三处理射束与第四处理射束之稳定性所造成的效应。
25.如权利要求24所述的系统，其中，所述光学特性调整器包括一可变式射束放大器。
26.如权利要求24所述的系统，其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器中至少其中一者被调整成用以分别通过在不同的频率ωs1与ωs2处来驱动所述第一雷射射束与第二雷射射束以设定所述串音频率Δω，其中，Δω＝ωs1-ωs2。
27.如权利要求24所述的系统，其中，所述第一声光调变器与第二声光调变器中至少其中一者被调整成用以依照所述第一声光调变器的绕射阶n以及第二声光调变器的不同绕射阶m来设定所述串音频率Δω。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102773607A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 松下电器产业株式会社 激光焊接装置及激光焊接方法
CN109564857A (zh) * 2016-09-06 2019-04-02 极光先进雷射株式会社 激光装置和激光退火装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010010121A1 (en) * 2008-07-22 2010-01-28 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Method for reducing interference and crosstalk in double optical tweezers using a single laser source, and apparatus using the same
JP2010221291A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Universal Seikan Kk レーザー加工装置
DE102009037141B4 (de) * 2009-07-31 2013-01-03 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Optisches System zum Erzeugen eines Lichtstrahls zur Behandlung eines Substrats
US8378248B2 (en) * 2010-05-21 2013-02-19 General Electric Company System and method for heat treating a weld joint
JP5100914B2 (ja) * 2010-10-15 2012-12-19 三菱電機株式会社 レーザ加工機及び蛇腹装置
KR101120471B1 (ko) * 2011-08-05 2012-03-05 (주)지엘코어 다중 초점 방식의 펄스 레이저를 이용한 취성 재료 절단 장치
US9346122B1 (en) * 2013-01-08 2016-05-24 Universal Laser Systems, Inc. Multi-wavelength laser processing systems and associated methods of use and manufacture
US10239155B1 (en) * 2014-04-30 2019-03-26 The Boeing Company Multiple laser beam processing
JP6881438B2 (ja) * 2016-04-28 2021-06-02 ソニーグループ株式会社 再生装置および再生方法
PL3523083T3 (pl) * 2016-11-18 2024-02-05 Ipg Photonics Corporation System i sposób laserowej obróbki materiałów
JP7123652B2 (ja) * 2018-06-20 2022-08-23 株式会社ディスコ レーザー加工装置
CN113014219B (zh) * 2021-02-18 2021-10-22 深圳市海特联科科技有限公司 一种石英晶片的超快激光调频工艺

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4662750A (en) * 1984-03-14 1987-05-05 Barger Richard L Angle sensitive interferometer and control method and apparatus
US4786126A (en) * 1987-11-25 1988-11-22 Holotek, Ltd. Hologon scanner system
US5097351A (en) 1990-08-06 1992-03-17 Holotek, Ltd. Simultaneous multibeam scanning system
JP2747387B2 (ja) * 1991-10-04 1998-05-06 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
US5715337A (en) 1996-09-19 1998-02-03 The Mirco Optical Corporation Compact display system
US6694075B1 (en) 1998-07-01 2004-02-17 Corning Incorporated Apodization of optical filters with multiple exposures of photosensitive media
JP2000084682A (ja) 1998-09-09 2000-03-28 Hitachi Electronics Eng Co Ltd レーザテクスチャ装置
JP4748836B2 (ja) * 1999-08-13 2011-08-17 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置
JP3288670B2 (ja) * 2000-02-17 2002-06-04 科学技術振興事業団 試料の物理的性質の測定装置
US6680797B2 (en) 2001-06-21 2004-01-20 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Spatial light modulators for full cross-connections in optical networks
US6912054B2 (en) * 2001-08-28 2005-06-28 Zygo Corporation Interferometric stage system
JPWO2003049175A1 (ja) * 2001-12-07 2005-04-21 ソニー株式会社 光照射装置及びレーザアニール装置
EP1483615A1 (de) * 2002-03-01 2004-12-08 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH & Co.KG Modulationsvorrichtung
US7327465B2 (en) * 2003-06-19 2008-02-05 Zygo Corporation Compensation for effects of beam misalignments in interferometer metrology systems
JP4338536B2 (ja) 2004-01-23 2009-10-07 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102773607A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 松下电器产业株式会社 激光焊接装置及激光焊接方法
CN102773607B (zh) * 2011-05-10 2014-12-31 松下电器产业株式会社 激光焊接装置
CN109564857A (zh) * 2016-09-06 2019-04-02 极光先进雷射株式会社 激光装置和激光退火装置
CN109564857B (zh) * 2016-09-06 2023-05-16 极光先进雷射株式会社 激光装置和激光退火装置

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