CN101981768A - 使用可程序化的脉冲形状的激光微加工 - Google Patents

使用可程序化的脉冲形状的激光微加工 Download PDF

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Abstract

一种激光脉冲成形技术产生了经剪裁激光脉冲频谱输出(64、66)。该等激光脉冲可以被程序化，以具有所希的脉冲宽度与脉冲形状(例如：次奈秒至10奈秒-20奈秒的脉冲宽度，而具有1奈秒至数奈秒的前缘上升时间)。较佳实施例是以一或更多个电光调变器(250、254)来执行，用以接收驱动讯号，而选择地改变入射脉冲激光放射的数量(106、112、114)，以形成经剪裁脉冲输出。触发来自该脉冲激光放射的该驱动讯号，以抑制与连接处理系统的其它级有关的扰动，且实质上去除与脉冲激光放射建立时间有关的扰动。

Description

使用可程序化的脉冲形状的激光微加工
背景技术
许多激光微加工过程需要各种形状的激光脉冲。例如，不同材料的多层激光处理要求激光功率、脉冲重复率、脉冲宽度、光点尺寸、以及脉冲形状的相当大的可调整范围，以达成所希的质量与产量的一或两者。以传统式Q切换激光，所有参数、特别是脉冲宽度与脉冲形状，仅可以在有限范围上调整。传统的激光通常限制具有可调整的脉冲宽度与脉冲形状的选择。作为另一个例子，在内存芯片或其它集成电路(IC)芯片上电性传导连接的处理要求具有相当短的前缘上升时间(例如：1奈秒-2奈秒上升时间)的脉冲，以达成所希的品质与良率。以现有的固态激光，此前缘上升时间随着脉冲宽度而改变。此5奈秒-10奈秒宽激光脉冲的传统较长前缘上升时间会导致：在连接处理期间、特别是当此覆盖钝化层太厚或跨一晶圆或在一群组晶圆中宽广范围上变化时，此覆盖钝化层材料过度去除(“过度坑洞陷入”)。
对于某些印刷电路板(PCB)的通孔钻孔，脉冲宽度关键地影响产量与通孔尺寸。某些此等钻孔应用要求次奈秒或甚至微微(pico)秒的脉冲宽度的激光脉冲。此使用具有数奈秒至数十奈秒脉冲宽度的传统激光脉冲的一些激光连接过程，在所覆盖的较厚钝化层中倾向于过度坑洞陷入，且因此造成IC可靠度问题。使用具有特殊形状与快速前缘的激光脉冲(例如经剪裁脉冲)为用于控制连接处理的一种技术。此成形的激光脉冲可以通过将二极管植入于光纤激光与放大器(MOPA)而产生。然而，以光纤激光建构作为功率放大器的MOPA结构是非常复杂且昂贵。此外，光纤放大器会受到相当低的强度损害临界，还会降低激光可靠度且限制可供使用的激光脉冲强度。
在另一方面，传统主动式Q切换固态激光可以提供具有高脉冲能量的奈秒期间脉冲，但其仅提供传统激光脉动形状(即，典型地高斯形状)，其所具有前缘上升时间接近于激光脉冲宽度本身。
虽然有许多技术用于产生具有在1奈秒或更短范围中的非常短的上升时间的激光脉冲，此等技术例如为：被动式Q切换或模式锁定技术，然而其脉冲宽度是接近于短的上升时间。更重要的是，脉冲形状对于此种激光脉冲通常为固定。
揭示摘要
经剪裁脉冲对于激光处理应用是有用的，例如：激光印刷电路板(PCB)通孔钻孔，以达成对PCB铜垫的较佳产量与较少损害；以及激光连接处理，以减少在所覆盖钝化层中产生过度坑洞陷入的危险。此等较佳实施例是以一或更多个电光调变器实施，其接受驱动讯号而选择性地改变入射脉冲激光放射的数量，以形成经剪裁脉冲输出。触发来自脉冲激光放射的驱动讯号抑制了与连接处理系统的其它级有关的扰动(jitter)，以及实质上去除与脉冲激光放射建立时间有关的扰动。
经剪裁脉冲可以被功率调整，用于谐波产生较短波长。此激光成形技术提供广泛机会来处理不同材料，以符合质量要求并提供经济节省且可靠的替代解决方案，而以所使用光纤激光提供高的激光功率。
图式的简单说明
图1为在产生经剪裁激光脉冲输出中操作为激光脉冲切割装置的电光调变器的简化方块图。
图2显示在行(a)、(b)、(c)、(d)、以及(e)中通过图1的激光脉冲切割装置所产生五个可能激光脉冲形状形成的示例。
图3A为使用“快速多状态”(FMS)的电光调变器与脉冲谐波激光源的激光系统的简化方块图。
图3B显示以较佳脉冲谐波激光源所执行的图3A的激光系统。
图4A为使用FMS电光调变器与基本脉冲激光源的激光系统的简化方块图，此两者与二极管泵放大器和谐波转换调变器配合，以产生经剪裁脉冲输出。
图4B-1为类似于图4A激光系统型式的激光系统的简化方块图，其不同处为直接耦合FMS电光调变器的输出而不会放大至谐波转换调变器中以产生经剪裁脉冲输出。
图4B-2与图4B-3说明三个不同对的示波器迹线，其显示图4B-1的激光系统的脉冲激光源、FMS电光调变器、以及谐波转换模块的激光输出脉冲波形。
图4C为激光系统的简化方块图，其使用Q切换激光与谐波转换调变器，此两者配合以形成且对FMS电光调变器施加频率转换激光输出，用于直接产生经剪裁脉冲输出。
图4D为使用主振荡器功率放大器(MOPA)的激光系统的简化方块图，其通过电光调变器执行以产生基本经剪裁脉冲输出，用于随后的放大与谐波转换以形成放大的经剪裁脉冲输出。
图5A为激光系统的简化方块图，其使用MOFPA与FMS电光调变器，此两者与谐波转换调变器配合，以产生经剪裁脉冲输出。
图5B为类似于图5A激光系统型式的激光系统的简化方块图，不同处为FMS电光调变器与谐波转换调变器交换位置，以产生谐波激光脉冲的直接成形，而该谐波激光脉冲是由MOFPA与谐波转换调变器所产生。
图6显示激光系统的光学组件的详细方块图，其以脉冲谐波激光源与一或两个FMS电光调变器实施，以产生所希形状的激光脉冲输出。
图7显示作为第一实施例的电光调变器驱动电路，其提供驱动控制输出讯号至两个电光调变器，此两个调变器响应以产生输出传输的多个状态以及经剪裁脉冲输出。
图8显示所产生讯号波形的计时序列，以及由图7的驱动电路所驱动电光调变器的输出传输的所产生状态。
图9显示作为第二实施例的电光调变器驱动电路，其提供驱动控制输出讯号至图6系统的电光调变器中的一个，此调变器响应以产生输出传输的多个状态以及经剪裁脉冲输出。
图10显示所产生讯号波形的计时序列以及由图9的驱动电路所驱动电光调变器的输出传输的所产生状态。
图11显示作为第三实施例的电光调变器驱动电路，其提供驱动控制输出讯号至图6系统的电光调变器中的一个，此调变器响应以产生输出传输的多个状态以及经剪裁脉冲输出。
图12显示所产生讯号波形的计时序列以及由图11的驱动电路所驱动电光调变器的输出传输的所产生状态。
最佳实施例的详细说明
图1显示在以下说明的数个激光脉冲切割系统实施例中所执行的电光调变器10，以产生经剪裁激光脉冲输出。电光调变器10包括电光晶体12单元，其设置在光线偏极化装置(偏极化器)14与16之间，且接收由脉冲激光源20所发射的激光脉冲18的光线。电光晶体单元12具有电极22，对其施加驱动器电路24的驱动输出讯号，以造成入射激光脉冲18的成形。激光源20可以为任何脉冲激光，其所发射激光脉冲的脉冲宽度在数奈秒至100奈秒的范围中。电光晶体单元12可以由KDP、KD*P、ADP、AD*P、RTP、RTA、BBO、LiNbO3、或其它电光材料制成。合适的电光晶体单元12的例为：由在美国俄亥俄州Highland Heights的Cleveland Crystals有限公司所制成的LightGate 4BBOPockels单元。LightGate 4单元可以100千赫兹操作，且其几何形状在355奈米将驱动电压最小化至大约1.3千伏特的四分之一波长的延迟。LightGate 4单元仅具有4pf电容，以提供小于2奈秒的上升与下降光学响应时间的可能性。此合适的驱动器电路24的例为：高电压快速切换时间的Pockels单元驱动器，其可以由在德国Murnau的Bergmann Messegeraete Entwicklung，KG获得供应。
此以BBO为主的电光调变器10操作为四分之一波长的旋转器，以响应施加于BBO型式的电光单元12的电极22的四分之一波长的驱动电压。如同所显示，此脉冲激光光线18通过偏极化器14，以成为p-偏极化(p-pol)。激光光线18通过BBO型式的电光晶体单元12一次。当并未施加驱动电压至BBO型式的电光晶体单元12的电极22时，激光脉冲保持在p-pol状态中，且通过偏极化器16。当以激光波长将四分之一波长的驱动电压施加至BBO型式的电光晶体单元12的电极22时，此光线偏极化方向旋转90度且成为s偏极化(s-pol)。当此施加至BBO型式的电光晶体单元12的电极22的驱动电压是在0与四分之一波长的电压之间时，此由偏极化器16透射的偏极化激光光线18的部份可以大约表示为：
T＝sin2〔(π/2)(V/V1/2)〕，
其中T为由偏极化器16所透射的激光光线，V为施加至电光晶体单元12的电极22的电压，以及V1/2为半波电压。
根据以上式子，电光调变器10的可控制的透射T提供激光脉冲成形功能。理论上，此电光晶体单元12与偏极化器14与16的光线透射可以为大约0％-100％。图2显示可能激光脉冲形状的五个例子。图2显示作为行(a)脉冲成形的一例，其中透射从0％改变至100％而具有小于2奈秒的上升时间使得激光脉冲抵达其尖峰，以及因此提供快的激光脉冲上升前缘。熟习此技术人士了解，在此技术中认知为双通组态的替代配置中，可以使用四分之一波长的电压，以达成所希位准的偏极化旋转，但此所设计获得的改善效率的代价为较大的光学对准复杂度。
此上升与下降时间是与以下因素有关：电光晶体单元的电压与电容、驱动电路晶体管的切换时间、重复率、以及整个电功率消耗。此电光晶体单元的较低电压与电容造成快的响应时间；因此，对于电光晶体单元适当材料的选择为重要。熟习此技术人士了解，此BBO与RTP显示用于在电光调变器中执行的有用的材料特征。Koechner在Springer-Verlag所出版的Solid-State LaserEngineering中说明：对于纵向电光晶体单元(其中电场是平行于晶体光轴施加并且是在与入射光线相同方向中施加)来说，相位差δ是与在晶体长度I中所施加电压有关，而给定为：
δ＝(2π/λ)n0 3r63VZ
VZ＝EZI
为了获得半波延迟，Pockels单元产生相位差异δ＝π。在此情形中，对于此入射于Pockels单元上的线性偏极化光线来说，此输出光线亦为线性偏极化，但其具有旋转90度的偏极化平面。通过将此技术中所熟知的偏极化光学装置并入，此Pockels单元可以作用为电压控制光学调变器。Koechner将取决于此种装置的光学透射T表示为：
T＝sin2〔(π/2)(V/V1/2)〕
而将半波电压给定为
V1/2＝λ/2n0 3r63
对于横向电光晶体单元，其中电场垂直于光线方向而施加，此半波电压给定为：
V1/2＝λd/2n0 3r63I
此种型式的电光晶体单元具有有用的属性，使半波电压取决于晶体厚度对长度的比，且通过适当选择此等参数，可以设计此电光晶体单元在施加较低电压处操作，该施加电压低于施加至纵向电光晶体单元的电压，以达成所给定的相差。
熟习此技术人士了解，在以上式中此项r63代表用于KDP族群磷化物的电光系数。此RTP晶体为此族群中的重要成员，且为受偏好的电光晶体材料，以用于所说明与1064奈米激光输入一起使用的较佳实施例。此BBO晶体较佳是与355奈米激光输入一起使用。
对于1064奈米激光输入，RTP晶体具有低电压需求(对于π或半波长的延迟与3.5毫米孔径为大约1.6千伏特)，且可以10百万赫兹的重复率操作。当此平均功率通常大于10瓦、或因为透明度限制而并不适用于紫外线(UV)应用时，此RTP晶体并无法良好地实施。对于后者的应用，如同以上说明，BBO受到偏好。在实际上，因为高电压需求(在半波延迟大约6千伏特)，难以在100千赫兹以1064奈米激光驱动BBO。因此，对于1064奈米激光，RTP电光晶体单元为目前受到偏好的选择，且对于355奈米激光，BBO电光晶体单元受到偏好(对于在半波延迟的LightGate 4BBO Pockels单元为大约1.3千伏特)。其它电光材料例如：KDP、RTA、以及ADP，由于压电(PE)共振，而在高重复率与脉冲调变具有使用上的主要限制。较快的上升与下降时间会导致较高的频率成份，因此，会有较大机会的此等频率成份中的一者会落入主要共振频率中。此对于快速上升时间剪裁脉冲是特别合宜，此脉冲所包含许多频率成份是在基本重复率上许多的频率中延伸。
为了产生经剪裁脉冲形状，所说明的较佳实施例是设计成避免PE共振的“快速多状态”(FMS)电光调变器实施。对于1064奈米激光输出，此通过使用不会产生重大PE共振的RTP晶体材料所制的电光单元与短电性脉冲而达成。奈秒等级的脉冲长度导致相当低的PE共振。例如：一RTP电光晶体单元对于5％的负载循环脉冲可以达成10百万赫兹的重复率。
获得快速上升与下降时间的另一个关切问题为电光调变驱动器的设计。对于电光晶体单元并无实际限制，以避免其产生次奈秒或微微(pico)秒的切换时间；因此，快速切换时间主要取决于此电性驱动器。熟习此技术人士了解，有两种主要型式的电性切换器：崩溃式晶体管与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。此等晶体管是在非常有限电压范围中操作，以达成最快的切换时间。可以使用7至10晶体管的堆栈而在1.6千伏特范围中操作。崩溃式晶体管可以达成2奈秒的切换时间，但其重复率受到限制而小于10千赫兹。对于较高的重复率，MOSFET目前受到偏好，这是因为通常MOSFET具有1奈秒的响应时间与最大1千伏特的操作电压。可以使用至少2至3个MOSFET的堆栈而在1.6千伏特范围中操作。
因此，MOSFET的选择与电路设计，与达成FMS脉冲调变密切地有关。特别是，此驱动器电路功率消耗为所关切问题，因为其与尖峰操作电压的平方成正比。例如，比较在1.6千伏特操作的RTP电光单元所需功率消耗，在大约6千伏特操作的BBO电光单元所需功率消耗大约大于14倍之多，以便以所给定重复率达成可比较的相位移。熟习此技术人士了解，降低操作电压可以降低功率消耗。因此可以减少MOSFET的数目，其经由孔径尺寸与所产生驱动电压的合理选择而再提供FMS脉冲调变的较佳性能表现。在此横向电光调变器的一较佳实施例中，此RTP与BBO电光晶体单元孔径的减少至大约2毫米，在1064奈米对于各RTP与BBO电光晶体单元而言可以产生在半波延迟电压中相对应降低至大约800伏特与4千伏特。
一个FMS电光调变器可以有多个可程序化调变步骤，其中，各步骤具有：较佳少于大约4奈秒的上升时间、与较佳少于大约4奈秒的下降时间，且更较佳为，其中，各步骤具有：较佳少于大约2奈秒的上升时间、与较佳少于大约2奈秒的下降时间。此等所揭示实施例的操作优点为：提供经剪裁脉冲形状可以被程序化以具有多于一个振幅值。另一个此种操作优点为：提供具有离散振幅与时间期间成份的可程序化经剪裁脉冲形状的能力。此种能力特别有用于产生经剪裁脉冲输出，其具有在图2(a)中所显示型式的脉冲形状。此脉冲形状具有相对于最大第一振幅的总下降时间，其实质上长于最大第一振幅的上升时间。
图3A显示使用FMS电光调变器10与脉冲谐波激光源34的激光系统30的较佳实施例的简化方块图。激光系统30可以从实质上高斯、矩形、或梯形脉冲形状的谐波激光脉冲输入，产生经剪裁谐波输出脉冲形状。可以有利地使用此种经剪裁谐波脉冲形状输出，以分离在包括DRAM、SRAM、以及闪存的半导体内存装置的宽广数组中的电性传导连接结构；在挠性电路例如铜/聚酰胺层材料中、以及在集成电路(IC)封装中产生激光钻孔微通孔；达成半导体的激光处理或微机械加工，例如：半导体集成电路、硅晶圆、以及太阳能电池的激光划线或切割；以及达成金属、介电质、聚合物材料、以及塑料的激光微加工。
图3B显示在图3A的激光系统30中所使用脉冲谐波激光源34的较佳实施。脉冲谐波激光源34可以为一种：在1064奈米操作的二极管泵Q切换Nd:YVO4主振荡器36，而其输出(概要表示为λ1、P1(t))在此亦在1064奈米操作的二极管泵Nd:YVO4放大器38中放大。此经放大1064奈米输出(概要表示为λ1、P2(t))随后在一超空腔谐波模块40中被频率转换至355奈米，其输出概要表示表示为λ2、P3(t)。此超空腔谐波模块40包括：一选择性的第一聚焦透镜；一型式I的非关键相匹配LBO切口，其用于从1064奈米至532奈米的转换；一选择性的第二聚焦透镜；以及一型式II的加总频率产生LBO晶体切口，其用于从1064奈米加532奈米至355奈米的谐波转换。此典范组态包括：操控光学装置、与双色光线分解组件，其组态与执行方法为熟习此技术人士熟知，此脉冲谐波激光源34的输出(概要表示为λ2、P3(t))耦接至FMS电光调变器10中，而以355奈米的第三谐波波长来产生经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P4(t))。
熟习此技术人士了解，此FMS电光调变器10可以在谐波波长有效率地操作，这是因为对于相同偏极化改变，此对第二谐波所施加电压为二分之一，对第三谐波所施加电压为三分之一。此效应允许对于在基本波长操作的类似系统来说，可以有益地降低上升与下降时间，这是因为此驱动电压的上升时间受到速率缓慢的限制，且可以在较低的驱动电压达成较短波长的调变。
图4A显示此使用FMS电光调变器10与基本脉冲激光源54的激光系统50较佳实施例的简化方块图，此两者与谐波调变器56配合，通过成形激光脉冲的非线性转换，以产生所想要的输出。此脉冲激光源54以第一中央波长或基本波长操作，而将实质上高斯、矩形、或梯形脉冲形状输出(其概要表示为λ1、P1(t))传送至FMS电光调变器10。此FMS电光调变器10被程序化，以修正此输入脉冲形状成第一经剪裁脉冲形状输出(其概要表示为λ1、P2(t))，其适合用于随后由二极管泵Nd:YVO4放大器58放大，且随后转换成谐波输出。为了产生谐波输出，将此由在1064奈米操作的二极管泵功率放大器58所产生的经放大基本波长经剪裁脉冲形状输出(其概要表示为λ1、P3(t))传送至谐波转换模块56。此谐波转换模块56以355奈米的第二中央波长或谐波波长，将此经放大基本波长经剪裁脉冲形状输出转换成谐波经剪裁脉冲形状输出(其概要表示为λ2、P4(t))。如同于图4A中所示，由于谐波转换过程的特征，此λ1、P3(t)至λ2、P4(t)的转换强烈取决于脉冲形状振幅的时间依赖性，如同熟习此技术人士所熟知。熟习此技术人士了解，此第二、第四、以及第五谐波可以通过光学组件与谐波晶体的替代配置而产生。谐波转换过程是在V.G.Dmitriev等人所著「Handbook of Nonlinear Optical Crystals」第138-141页中说明。在一替代实施例中，此二极管泵功率放大器58可以由：二极管泵大模式面积光纤功率放大器、或二极管泵光子晶体光纤功率放大器所取代。
图4B-1显示作为第一替代实施例的激光系统50’，其中，此FMS电光调变器10的第一经剪裁基本输出未经放大而直接耦接至谐波转换模块56中。此时间依赖效应的说明在V.G.Dmitriev等人所著「Handbook of Nonlinear OpticalCrystals」第1-55页叙述。本案申请人特别提及图2.13，其说明谐波脉冲形状产生对于输入脉冲形状时间振幅分布的依赖性。图4B-2与4B-3说明不同对的三个示波器屏幕迹线重叠，以显示图4B-1的脉冲激光源54、FMS电光调变器10、以及谐波转换模块56的各激光输出脉冲波形62、64、以及66。
图4B-2说明经剪裁深紫外线(UV)(266奈米)输出脉冲波形66与脉冲绿光(532奈米)激光输出波形62的时间关系。图4B-3说明深紫外线(UV)(266奈米)输出脉冲波形66与经剪裁绿光(532奈米)输出脉冲波形64的时间关系。图4B-3显示此从波形66的相当平坦中间部份66i所测量尖峰振幅66p的高度明显地大于此从波形64的相当平坦中间部份64i所测量尖峰振幅64p的高度。此尖峰振幅66p与尖峰振幅64p的间的重大差异来自于由谐波转换模块56所实施的非线性谐波转换过程，其中，P3(t)与
Figure BPA00001231294900091
成比例。此对于经剪裁输出脉冲波形66的尖峰振幅66p上的非线性谐波转换效应的预先补偿可以导致：提供给电光调变器10的电极22的驱动器电路24的驱动输出讯号的合理计时序列。此驱动讯号序列产生调变器10的输出传输的多个状态，以形成一种形状的经剪裁绿光输出脉冲波形64，其预先补偿非线性效应，以产生所想要形状的经剪裁深紫外线(UV)输出脉冲波形66。
图4C显示作为第二替代实施例的激光系统50”，其中，脉冲激光源54为在1064奈米操作的二极管泵Q切换Nd:YVO4激光54，其输出(概要表示为λ1、P1(t))然后提供给超空腔谐波转换模块56，并且然后以355奈米的谐波波长转换成谐波非剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P2(t))。然后，将此谐波非剪裁脉冲形状输出耦接至FMS电光调变器10中，然后，以355奈米的谐波波长产生谐波经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P3(t))。
图4D显示作为第三替代实施例的激光系统50”’，其中，基本脉冲激光源54的输出(概要表示为λ1、P1(t))，此激光源为在1064奈米操作的二极管泵Q切换Nd:YVO4激光，耦接至FMS电光调变器10中，以产生第一基本经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ1、P2(t))。此第一基本经剪裁脉冲形状输出然后在一个二极管泵光纤或固态放大器58中放大，以产生经放大基本剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ1、P3(t))。此二极管泵固态放大器58的较佳实施例为二极管泵Nd:YVO4放大器。以替代方式，此二极管泵功率放大器58可以由二极管泵大模式面积光纤功率放大器或二极管泵光子晶体光纤功率放大器取代。此经剪裁脉冲形状输出λ1、P3(t)随后在光纤或二极管泵固态功率放大器68中放大，以产生第二经放大剪裁脉冲形状输出(表示为λ1、P4(t))，其然后提供给超空腔谐波转换模块56，并且然后以355奈米的谐波波长转换成谐波经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P5(t))。
图5A显示激光系统70的较佳实施例的简化方块图、其使用FMS电光调变器10与脉冲激光源，此系统包括：具有可程序化脉冲宽度的主振荡器光纤功率放大器(MOFPA)72。此可程序化脉冲宽度MOFPA72产生典型梯形脉冲形状的输出。
MOFPA 72包括：一脉冲种子源74与一光纤功率放大器76。此种子源74为脉冲激光源，例如：Q切换固态激光或脉冲半导体激光。此由种子源激光所输出的激光(概要表示为λ1、P1(t))被传送至光纤功率放大器76，其产生MOFPA输出(概要表示为λ1、P2(t))。此MOFPA输出较佳为窄频谱带宽(＜1.0奈米)、且以极佳空间模式质量(M2＜1.2)良好偏极化(＞100∶1)。光纤功率放大器76较佳为一个二极管泵稀土掺杂光纤放大器，且此在此二极管泵稀土掺杂光纤放大器中的增益光纤较佳为多覆盖大模式面积光纤。在另一较佳实施例中，此增益光纤为大模式面积光子晶体光纤，其可以为杆状大模式面积光子晶体光纤。
MOFPA输出被耦接至FMS电光调变器10中，其被程序化以修改输入脉冲形状为第一经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ1、P3(t))，其适用于随后转换成谐波输出。此FMS电光调变器10的输出被提供给超空腔谐波模块78，并且在其中以355奈米的谐波波长而频率转换成谐波经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P4(t))。此谐波经剪裁脉冲形状MOFPA输出的脉冲重复频率较佳大于大约50千赫兹，且更较佳大于大约150千赫兹。
图5B显示作为一替代实施例的激光系统70’，其中，脉冲激光源72可以为MOFPA，而如同以上说明以1064奈米操作，其输出(概要表示为λ1、P1(t))提供给超空腔谐波模块78，并且以355奈米的谐波波长转换成谐波未剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P2(t))。将此谐波未剪裁脉冲形状输出耦接至FMS电光调变器10中，而以355奈米的谐波波长，产生谐波经剪裁脉冲形状输出(概要表示为λ2、P3(t))。
图6显示激光系统100的光学组件的详细方块图、其以脉冲谐波激光源与一或两个FMS电光调变器实施，以产生所想要形状的激光脉冲输出。参考图6，此激光系统100包括一较佳为超空腔UV DPSS激光型式的脉冲谐波激光源102，其发射355奈米的脉冲激光输出光线104。此输出光线104的激光脉冲106的一者显示为激光源102的输出。合适的激光源102为TristarTM 2000UV激光，其为在美国加州Irvine的Newport Corporation的Spectra-Physics部门所制造，且以100千赫兹的重复率与18奈秒脉冲宽度发射355奈米的大约1瓦功率。激光光线104入射于高度反射镜108上，其将几乎所有入射激光光线能量导引至第二高度反射镜110，且将入射激光光线能量的泄露数量提供给一光学侦测器112，以产生侦测器输出讯号114。一种合适的光学侦测器112为Hamamatsu的S3279光二极管，其由在日本Hamamatsu市的HamamatsuPhotonics KK所制造。将侦测器输出讯号114传送至电光调变器驱动电路的各三个实施例，如同以下进一步说明者。
此由镜110所反射的激光光线104经由一手动操作可调整衰减器120与第一光线扩散器122而传送，光线由高度反射光线操控镜124与126反射，且击中此作用为电性控制衰减器的声光调变器(AOM)128的输入。离开AOM 128的激光光线104经由第二光线扩散器130而传送。
在激光系统100的第一执行方式中，激光光线104从第二光线扩散器130传送，且在由反射器134与136反射后，入射于光学地串联的电光调变器150与152上，其输出以各偏极化器154与156光学地有关。合适的电光调变器150与152为以上所说明的LightGate 4BBO Pockels单元。电光调变器150与152从电光调变器驱动电路210(图7)接收驱动控制输出讯号，以产生经剪裁脉冲输出，其经由光线扩散器158且然后经由可变焦距(zoom)光线扩散器160而传送，以提供可程序化激光光线光点，用于传送至系统光学组件。
在激光系统100的第二与第三执行方式中，电光调变器152与其有关的偏极化器156并不存在，且激光光线104经由电光调变器150与其有关的偏极化器154传送至变焦(zoom)光线扩散器160。电光调变器150从电光调变器驱动电路310(图9)接收驱动控制输出讯号，用于第二执行方式，且从电光调变器驱动电路410(图11)接收驱动控制输出讯号，用于第三执行方式。以下电光调变器驱动电路210、310、以及410的三个实施例的说明使得：激光系统100的三个执行方式能够详细呈现经剪裁激光脉冲时间轮廓的综合。
图7显示作为第一实施例的电光调变器驱动电路210，其提供驱动控制输出讯号给电光调变器150与152，此等调变器响应以产生输出传输的多个状态，以及因此经剪裁脉冲输出显现了经剪裁脉冲时间轮廓。驱动电路210接收以下作为输入：光学侦测器112的侦测器输出讯号114以及来自控制计算机216的控制指令输出212。控制指令输出212包括由控制计算机216所设定的触发临界，用于与侦测器输出讯号114的改变值相比较。产生此触发临界对于侦测器输出讯号114的比较，以响应于脉冲激光放射的发生，其为驱动电路210操作的基础。侦测器输出讯号114使输出传输多个状态的产生与脉冲激光放射的产生以及控制指令输出为同步，以导致脉冲激光放射的输出传输多个状态产生的排序。此种同步抑制扰动的导入，此扰动是由下列的效应所产生：激光脉冲能量的中间能量建立、以及形成此经剪裁脉冲输出的输出传输的多个状态产生中激光脉冲放射讯号的讯号扰动。
以下参考图7与图8说明驱动电路210的组件与操作，图8显示所产生讯号波形的计时序列、以及因此电光调变器150与152输出传输的所产生状态。将侦测器输出讯号114提供给各第一电压比较器232与第二电压比较器234的讯号输入。控制指令输出212包括一较低触发临界讯号236与一较高触发临界讯号238，此两者被提供给数字至模拟转换器(DAC)240与242的各输入。将DAC 240的较低临界电压输出244提供给第一比较器232的电压临界输入；以及将DAC 242的较高临界电压输出246提供给第二比较器234的电压临界输入。
图7与8显示此等各在比较器232的输出与比较器234的输出所出现的Trigger1讯号与Trigger2讯号。图8显示，为了清楚目的，将激光脉冲106的说明与DAC的输出244与246的临界电压并列。将比较器232的Trigger1输出提供给第一EO驱动器250的Start输入以及可程序化延迟线252的讯号输入。延迟线252的Stop1输出代表Trigger1输出的时间位移版本，而提供至第一EO驱动器250的Stop输入。类似地，将比较器234的Trigger2输出提供给第二EO驱动器254的Start输入以及可程序化延迟线256的讯号输入。延迟线256的Stop2输出代表Trigger2输出的时间位移版本，而提供至第二EO驱动器254的Stop输入。
图7与8显示此等各在延迟线252的输出与延迟线256的输出所出现的Stop1讯号与Stop2讯号。图8(上部迹线)显示Delay1作为Trigger1与Stop1讯号的前缘间的时间延迟，以及Delay2作为讯号Trigger2与Stop2的前缘间的时间延迟。Delay1与Delay2的数量是通过以下而建立：提供给各此等可程序化延迟线252与256的延迟预设输入的控制指令输出212上所传送的延迟默认值。在Delay1开始时，Trigger1讯号的前缘在此第一EO驱动器250的输出产生一Driver1延迟讯号转换至一电压，对此电压至电光调变器150通过以下方式而响应：从此脉冲激光放射的较低输出传输状态而切换至较高输出传输状态。图8(下部迹线)显示在脉冲激光放射上的效应，此由第一EO驱动器250所产生较低至较高输出传输的转换而产生。此Driver1(上部迹线)与Slice1(下部迹线)的第一前缘间的箭头显示此效应。在Delay1期间与在Delay2的开始时，此Trigger2讯号的前缘在此在第二EO驱动器254的输出产生一Driver2延迟讯号转换至一电压，对此电压此电光调变器152通过以下方式而响应：从此脉冲激光放射的较高输出传输状态而切换至、中间输出传输状态，此中间输出传输状态是在较高与较低输出传输状态之间。图8(下部迹线)显示：在脉冲激光放射上的效应，此由第二EO驱动器254所产生较高至中间输出传输的转换而产生。此Driver2(上部迹线)与Slice2(下部迹线)的第一后缘间的箭头显示此效应。
Delay1在Stop1讯号的前缘上结束，此为由延迟线252所产生延迟的结果。此Delay1的结束产生一Driver1延迟讯号转换至一电压，对于此电压至电光调变器150通过以下方式而响应：从较高输出传输状态而切换至较低输出传输状态。图8(下部迹线)显示通过此第一EO驱动器250在脉冲激光放射上从较高转换至较低输出传输的效应。此Stop1(上部迹线)与Slice2(下部迹线)的第二后缘间的箭头显示此效应。
最后，Delay2在Stop2讯号的前缘上结束，此为由延迟线256所产生延迟的结果。此Delay2的结束产生一Driver2延迟讯号而转换至一电压，对于此电压至电光调变器152通过以下方式而响应：从中间输出传输状态切换至较高输出传输状态。此电光调变器152回复至较高输出传输状态的计时并不重要，只要此转换是在Stop1讯号前缘之后以及下一个激光脉冲放射抵达电光调变器150之前发生即可。在实际上，只要此电光调变器150的较低输出传输状态可能大于零，则此转换会在激光脉冲放射完成之后发生。
图9与11显示，作为第二与第三实施例，各此等电光调变器驱动电路310与410提供驱动控制输出讯号至电光调变器150，而其响应为产生输出传输的多个状态，并且因此经剪裁脉冲输出显现了一经剪裁脉冲时间轮廓(图6显示在激光系统100中，电光调变器152、偏极化器156、以及EO驱动器254是在虚线中，以显示在与图9与11有关的实施例中可以将其省略)。
以下参考图9与图10说明驱动电路310的组件与操作，图10显示所产生讯号波形的计时序列以及电光调变器150输出传输的所因此产生的状态。驱动电路310接收光学侦测器112的侦测器输出讯号114与来自控制计算机216的控制指令输出212而作为输入。将侦测器输出讯号114提供给电压比较器232的讯号输入。此控制指令输出212包括触发临界讯号236，其被提供给数字至模拟转换器(DAC)240的输入；以及一延迟默认值，其被提供给可程序化延迟线252的延迟预设输入。
图9与10显示在比较器232的输出所出现的Trigger1讯号。图9显示激光脉冲106与DAC输出244的临界电压。将比较器232的Trigger1输出提供给EO驱动器250的Start输入以及可程序化延迟线252的讯号输入。延迟线252的Trigger2输出代表Trigger1输出的时间位移版本，而提供至EO驱动器250的Stop输入。
图10(上部迹线)显示Delay1作为在Trigger1与Trigger2讯号的前缘间时间延迟。在Trigger1讯号前缘之后大约10奈秒，EO驱动器250在其输出Driver1(Start)产生转换至一电压的讯号，对于此电压至此电光调变器150通过以下方式而响应：从脉冲激光放射的最小输出传输状态而转换至最大输出传输状态，且接着至中间输出传输状态(此由Trigger1至Driver1(Start)的10奈秒延迟代表在EO驱动器250中固有的电路延迟)。此中间输出传输状态是在最大与最小输出传输状态之间。此等输出传输状态的切换序列是通过在EO驱动器250的输出所出现的电压位准而达成，其驱动此电光调变器150至电压过驱动情况。为了达成此电压过驱动情况，此电光调变器150经由此最大输出传输状态移转，以形成脉冲激光放射的高振幅部份312，以及接着至中间输出传输状态，而停留在此处一段时间，以形成脉冲激光放射的平坦振幅部份314。图10(下部迹线)显示在此脉冲激光放射上的效应，此效应是通过EO驱动器250所产生最小至最大输出传送以及接着至中间输出传输的转换而产生。
Delay1在Stop1讯号的前缘上结束，此为由延迟线252所产生延迟与EO驱动器250的10奈秒电路延迟的结果。在Delay1的结束时，EO驱动器250在其输出产生一Driver1(Stop)讯号而转换至一电压，对于此电压至电光调变器150通过以下方式而响应：从中间输出传输状态切换至最小输出传输状态。图10(下部迹线)显示：在脉冲激光放射上的效应，此通过EO驱动器250所产生从中间至最小输出传输的转换而产生。此从中间切换至最大输出传输状态是通过：电光调变器150经由最大输出传输状态移转回至最小输出传输状态而达成，以形成脉冲激光放射的第二后缘。此最大输出传输状态在脉冲激光放射结束时形成第二尖峰振幅部份(在图10中并未显示)，其因为在此时激光脉冲106的低能量位准而应可忽略。
以下参考图11与图12说明驱动电路410的组件与操作，图12显示所产生讯号波形的计时序列以及电光调变器150输出传输的所因此产生的状态。驱动电路410接收光学侦测器112的侦测器输出讯号114与来自控制计算机216的控制指令输出212而作为输入。此控制指令输出212包括由控制计算机216所设定的触发临界，用于与侦测器输出讯号114的改变值比较。将侦测器输出讯号114提供给各第一电压比较器232与第二电压比较器234的讯号输入。此控制指令输出212包括正向电压触发临界讯号236与负向电压触发临界讯号238，此两者被提供至各数字至模拟转换器(DAC)240与242的输入。将DAC240的正向触发临界电压输出244提供给第一比较器232的电压临界输入；以及将DAC 242的负向触发临界电压输出246提供给第二比较器234的电压临界输入。
图11与图12显示在各比较器232与234的输出所出现的Trigger1与Trigger2讯号。图12显示激光脉冲106与DAC输出244的临界电压。将比较器232的Trigger1输出提供至EO驱动器250的Start输入，且将比较器234的Trigger2输出提供至EO驱动器250的Stop输入。
图12(上部迹线)显示在Trigger1讯号前缘后大约10奈秒，EO驱动器250在其输出产生一Driver1(Start)讯号转换至一电压，对于此电压至电光调变器150通过以下方式而响应：从脉冲激光放射的最小输出传输状态切换至最大输出传输状态，以及接着至中间输出传输状态。此中间输出传输状态是在最大与最小输出传输状态之间。此等输出传输状态的切换序列是通过在EO驱动器250的输出所出现的电压位准而达成，其驱动此电光调变器150至电压过驱动情况。为了达成此电压过驱动情况，此电光调变器150经由此最大输出传输状态移转，以形成脉冲激光放射的高振幅部份412，以及接着至中间输出传输状态，而停留在此处一段时间，以形成脉冲激光放射的平坦振幅部份414。图12(下部迹线)显示在此脉冲放射上的效应，此效应是通过EO驱动器250的产生最小至最大输出传送，以及接着至中间输出传输的转换而产生。
Trigger2讯号是由于以下方式产生：在对应于触发临界讯号236与238的脉冲振幅位准间激光脉冲106的所经过上升时间。在Trigger2讯号前缘后大约10奈秒，EO驱动器250在其输出产生一Driver1(Stop)讯号转换至一电压，对于此电压至电光调变器150通过：从中间输出传输状态切换至最小输出传输状态而响应。图12(下部迹线)显示在脉冲激光放射上的效应，此通过EO驱动器250产生从中间至最小输出传输的转换而产生。此从中间切换至最大输出传输状态是通过：此电光调变器150经由最大输出传输状态移转回至最小输出传输状态而达成，以形成脉冲激光放射的第二后缘。此最大输出传输状态在脉冲激光放射结束时形成第二尖峰振幅部份(在图12中并未显示)，其因为在此时激光脉冲106的低脉冲振幅能量位准而可以忽略。
图9与11显示电阻器二极管数组500，其设置在电光调变器150、以及各电光调变器驱动电路310与410的驱动器250的输出之间，以提供电光调变器150具有可控制形状的驱动控制输出讯号。因为，电光调变器150的晶体在电性上显得如同电容器，而可以使用并入电阻器或可切换电阻器数组，以控制此经剪裁脉冲时间轮廓的电压斜率。电阻器二极管数组500包括两个并联的子电路，其各包括与操控二极管506串联的并联的电阻器502与504。电阻器504与开关508串联，而可以开启或关闭子电路，以改变有效电阻值，且子电路的控制二极管506被安装于相反方向，以方便达成对于经剪裁脉冲时间轮廓的前缘与后缘的非对称斜率。
对于熟悉此技术人士为明显，可以对于以上所说明实施例的细节作许多改变，而不会偏离本发明的基本原则。例如，也可以实施此形成频率转换激光输出的非线性转换，以提供较长波长激光输出。因此，本发明的范围应仅由以下申请专利范围所决定。

Claims (20)

1.一种发射经剪裁脉冲输出的动态激光脉冲成形产生器，包括：
一脉冲激光源，其产生脉冲激光放射；
一光学侦测器，其响应于该脉冲激光放射的发生以产生一侦测器输出讯号；
一光学调变器，其与该脉冲激光源光学地相关，以响应于对该光学调变器所提供的驱动控制输出，而产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态；以及
驱动电路，其响应于该侦测器输出讯号与控制指令输出，以产生该驱动控制输出，该侦测器输出讯号同步该输出传输的多个状态的产生、与该脉冲激光放射以及该控制指令输出的发生，以提供该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的产生序列，以形成显现经剪裁时间脉冲轮廓的一抑制扰动的经剪裁脉冲输出。
2.如权利要求1的动态激光脉冲成形产生器，其中该驱动电路接收第一与第二输入讯号，以产生该驱动控制输出，该第一输入讯号造成：该光学调变器产生该脉冲激光放射的较低与较高输出传输状态间的一第一转换，以及该第二输入讯号造成：该光学调变器产生了从该脉冲激光放射的该较高输出传输状态至一中间输出传输状态的一第二转换，其中，该中间输出传输状态是在该脉冲激光放射的该较高与较低输出传输状态之间。
3.如权利要求2的动态激光脉冲成形产生器，其中该光学调变器为一种显现电容的型式，且更包括电阻，其被设置来影响该驱动控制输出对该光学调变器的应用，该电容与该电阻配合以成形该第一与该第二输出传输状态转换中的至少一个。
4.如权利要求3的动态激光脉冲成形产生器，其中该光学调变器为一种Pockels单元型式。
5.如权利要求4的动态激光脉冲成形产生器，其中该Pockels单元包括由下列所选出的晶体材料：KDP、KD*P、ADP、AD*P、RTP、RTA、BBO、或LiNbO3的电光材料。
6.如权利要求1的动态激光脉冲成形产生器，其中该侦测器输出讯号与该控制指令输出具有讯号位准，且更包括一比较器与时间延迟电路，产生一触发讯号与该触发讯号的一时间位移版本，其各显示在该侦测器输出讯号与该控制指令输出的该讯号位准间的比较关系，以造成该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的产生。
7.如权利要求6的动态激光脉冲成形产生器，其中该时间延迟电路包括一可程序化的时间延迟，以提供该触发讯号的可选择的时间位移。
8.如权利要求1的动态激光脉冲成形产生器，其中该控制指令输出包括第一与第二指令讯号，其中，该侦测器输出讯号和该第一与该第二指令讯号具有该讯号位准，并且更包括比较器电路，以产生一第一触发讯号与该第一触发讯号的时间位移版本，该第一触发讯号显示了在该侦测器输出讯号与该第一指令讯号的该讯号位准间的比较关系，而在当该侦测器输出讯号位准超过该第一指令讯号位准为发生时，会造成由该光学调变器产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的第一个，且该第一触发讯号的该时间位移版本显示了在该侦测器输出讯号与该第二指令讯号的该讯号位准间的比较关系，而在当该侦测器输出讯号位准超过该第二指令位准为发生时，会造成由该光学调变器产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的第二个，该第二个的多个状态是发生在该第一个的多个状态之后的时间。
9.如权利要求1的动态激光脉冲成形产生器，其中该驱动电路包括一第一与一第二调变驱动器，以及该驱动控制输出包括在各个第一与第二调变驱动器的输出所产生的一第一与一第二驱动控制讯号，其中，该光学调变器构成一第一光学调变器，且更包括：
一第二光学调变器，其与一第一光学模块光学地相关，该第一与第二光学调变器响应于各个第一与该第二驱动控制讯号；以及
比较器与时间延迟电路，其响应于该侦测器输出讯号，而依序地产生该第一与一第二驱动控制讯号，以产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态。
10.如权利要求9的动态激光脉冲成形产生器，其中该控制指令输出包括该等第一与第二指令讯号，其中，该侦测器输出讯号与该第一与第二指令讯号具有讯号位准，且其中该比较器与该时间延迟电路产生：
一第一触发讯号与该第一触发讯号的时间位移版本，其各显示在该侦测器输出讯号与该第一指令讯号的讯号位准间的比较关系，以造成由该第一光学调变器产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的一第一子集合；以及
一第二触发讯号与该第二触发讯号的时间位移版本，其各显示在该侦测器输出讯号与该第二指令讯号的讯号位准间的比较关系，以造成由该第二光学调变器产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态的一第二子集合，该第二子集合的输出传输的至少一状态是在该第一子集合的输出传输的至少一状态之后才发生。
11.一种抑制经剪裁脉冲输出中导入扰动的方法，其经剪裁脉冲输出是由一激光源产生的脉冲激光放射所导出，该激光源包括：一激光腔，其中激光脉冲能量是在一中间建立时间期间而建立；以及一调变器，其造成该激光脉冲能量的放射，以响应于以讯号扰动为特征的一激光脉冲发射讯号，该方法包括以下步骤：
使用一光学侦测器，其与该激光源光学地相关，而产生一侦测器输出讯号，以响应于该脉冲激光放射的发生；
将该脉冲激光放射导引至一脉冲成形光学调变器；以及
提供一驱动电路，以响应于该侦测器输出讯号与控制指令输出，以针对该脉冲成形光学调变器的应用产生一驱动控制输出，以产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态，而形成一经剪裁脉冲输出，产生该侦测器输出讯号以响应于该脉冲激光放射的产生，且该控制指令输出抑制了由于该激光脉冲能量的该中间能量建立时间的效应所导入扰动的产生，以及形成该经剪裁脉冲输出的输出传输的多个状态产生中该激光脉冲放射讯号的讯号扰动。
12.如权利要求11的方法，更包括：
导引该经剪裁脉冲输出，其用于入射至一半导体内存装置或电子电路的一电性传导连接结构上，因而将电性传导连接结构分离。
13.如权利要求11的方法，更包括：
导引该经剪裁脉冲输出，用于入射至一半导体材料上，以实施激光处理或将其微加工。
14.如权利要求13的方法，其中该激光处理或微加工包括：该半导体材料的激光划线或切割。
15.如权利要求14的方法，其中该半导体材料由以下所构成的群组所选出：一半导体集成电路、一硅晶圆、以及一太阳能电池。
16.如权利要求11的方法，更包括：
导引该经剪裁脉冲输出，用于入射至由以下所构成的群组所选出的目标材料上：金属、介电质、聚合物、以及塑料材料，因而实施激光微加工。
17.一种发射经剪裁脉冲输出的动态激光脉冲成形产生器，包括：
一脉冲激光源，其以一第一中央波长产生脉冲激光放射；
一光学调变器，其与该脉冲激光源光学地相关，以响应于对该光学调变器所提供的驱动控制输出，而产生该脉冲激光放射的输出传输的多个状态；
驱动电路，其响应于控制指令输出，而产生该驱动控制输出，造成该脉冲激光放射的输出传输的多个状态产生排序，以形成一调变器经剪裁脉冲输出，其显现了在该第一中央波长的一第一经剪裁时间脉冲轮廓；
一光学谐波转换器，其与该光学调变器光学地相关，以转换该第一中央波长并产生一谐波转换器经剪裁脉冲输出，该谐波转换器经剪裁脉冲输出显现一第二经剪裁时间脉冲轮廓是部份地由在一第二中央波长的谐波转换的非线性效应所产生，该第二中央波长短于该第一中央波长；以及
该输出传输的多个状态产生的控制指令输出计时与排序，以形成该第一经剪裁时间脉冲轮廓的一形状，其预先补偿该谐波转换的非线性效应，以产生该谐波转换器经剪裁脉冲输出，其显现了一所希形状的该第二经剪裁时间脉冲轮廓。
18.如权利要求17的动态激光脉冲成形产生器，其中该第一与第二经剪裁脉冲轮廓各具有彼此不同的一第一与一第二尖峰功率。
19.如权利要求18的动态激光脉冲成形产生器，其中该第一尖峰功率小于该第二尖峰功率。
20.如权利要求17的动态激光脉冲成形产生器，其中该第一中央波长属于绿色光，以及该第二中央波长属于UV光。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103477427A (zh) * 2011-03-31 2013-12-25 伊雷克托科学工业股份有限公司 使用多个量身定做的激光脉冲波形来激光处理工件的方法和系统
CN106405884A (zh) * 2015-08-12 2017-02-15 光越科技(深圳)有限公司 一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调q开关
CN110915079A (zh) * 2017-06-28 2020-03-24 通快激光有限责任公司 激光放大器系统的动态播种
CN113840680A (zh) * 2019-05-21 2021-12-24 索尼集团公司 无源q开关激光装置、控制方法及激光处理装置
CN114094432A (zh) * 2021-11-02 2022-02-25 北京卓镭激光技术有限公司 脉冲波形可调的固体激光器系统及脉冲波形调节方法

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009117451A1 (en) 2008-03-21 2009-09-24 Imra America, Inc. Laser-based material processing methods and systems
EP2260551A4 (en) * 2008-03-31 2013-03-27 Electro Scient Ind Inc COMBINING MULTIPLE LASER BEAMS TO FORM A POLARIZED LASER BEAM WITH HIGH FREQUENCY RECURRENCE AND HIGH MEDIUM POWER
US8526473B2 (en) * 2008-03-31 2013-09-03 Electro Scientific Industries Methods and systems for dynamically generating tailored laser pulses
US8476552B2 (en) * 2008-03-31 2013-07-02 Electro Scientific Industries, Inc. Laser systems and methods using triangular-shaped tailored laser pulses for selected target classes
US7813389B2 (en) * 2008-11-10 2010-10-12 Electro Scientific Industries, Inc. Generating laser pulses of prescribed pulse shapes programmed through combination of separate electrical and optical modulators
US8309885B2 (en) * 2009-01-15 2012-11-13 Electro Scientific Industries, Inc. Pulse temporal programmable ultrafast burst mode laser for micromachining
US10307862B2 (en) * 2009-03-27 2019-06-04 Electro Scientific Industries, Inc Laser micromachining with tailored bursts of short laser pulses
US8890025B2 (en) * 2009-09-24 2014-11-18 Esi-Pyrophotonics Lasers Inc. Method and apparatus to scribe thin film layers of cadmium telluride solar cells
JP2013512111A (ja) * 2009-11-30 2013-04-11 イ−エスアイ−パイロフォトニクス レーザーズ インコーポレイテッド 一連のレーザパルスを用いて薄膜にラインをスクライブするための方法及び装置
JP5693705B2 (ja) 2010-03-30 2015-04-01 イムラ アメリカ インコーポレイテッド レーザベースの材料加工装置及び方法
JP5552373B2 (ja) * 2010-06-02 2014-07-16 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法
US8461481B2 (en) 2011-04-19 2013-06-11 Primestar Solar, Inc. Methods and apparatus for reducing variations in the laser intensity during scribing a photovoltaic device
US8207009B2 (en) 2011-04-19 2012-06-26 Primestar Solar, Inc. Methods of temporally varying the laser intensity during scribing a photovoltaic device
WO2012165495A1 (ja) * 2011-06-03 2012-12-06 住友電気工業株式会社 レーザ装置
US8467424B2 (en) * 2011-06-30 2013-06-18 Anvik Corporation Pulsed laser source with high repetition rate
CN102545010B (zh) * 2011-12-25 2013-07-10 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种激光器的油箱控制装置
US8687661B2 (en) 2012-04-13 2014-04-01 Coherent, Inc. Pulsed CO2 laser output-pulse shape and power control
CN103474871B (zh) * 2013-09-16 2016-03-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 脉冲激光时域整形装置
US9160136B1 (en) 2014-05-30 2015-10-13 Lee Laser, Inc. External diffusion amplifier
DE102014111774A1 (de) 2014-08-18 2016-02-18 AMOtronics UG Anordnung und Verfahren zum Modulieren von Laserpulsen
CN107249809B (zh) * 2015-01-09 2019-10-18 Lsp技术有限公司 激光冲击喷丸处理中使用的方法和设备
US11858065B2 (en) 2015-01-09 2024-01-02 Lsp Technologies, Inc. Method and system for use in laser shock peening and laser bond inspection process
KR101787526B1 (ko) * 2016-02-25 2017-10-18 주식회사 이오테크닉스 레이저 장치 및 레이저 발생 방법
DE102016212929B4 (de) 2016-07-14 2020-12-24 Trumpf Laser Gmbh Laserpulsgenerator und Verfahren zur Erzeugung eines Laserpulses
US11070020B2 (en) 2017-05-23 2021-07-20 Thorlabs, Inc. Sinusoidal phase modulation of mode-locked lasers
JP7039238B2 (ja) * 2017-10-03 2022-03-22 株式会社ディスコ レーザー照射機構
US11081855B2 (en) * 2018-06-18 2021-08-03 Coherent, Inc. Laser-MOPA with burst-mode control
JP2020151736A (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 住友重機械工業株式会社 レーザ制御装置及びパルスレーザ出力装置
CN111142276A (zh) * 2019-05-10 2020-05-12 杭州奥创光子技术有限公司 一种双机械快门激光脉冲串选择与功率调节装置及其工作流程
US11005227B2 (en) * 2019-09-05 2021-05-11 Nufern Multi-wavelength adjustable-radial-mode fiber laser
WO2021054970A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 Thorlabs, Inc. Sinusoidal phase modulation of mode-locked lasers
DE102020206636B3 (de) * 2020-05-27 2021-07-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Laseranordnung und Verfahren zum Steuern einer Laseranordnung
CN111711052B (zh) * 2020-06-04 2021-09-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于电光调制的啁啾脉冲光谱整形装置及方法
CN112835315B (zh) * 2021-01-06 2022-03-08 苏州维嘉科技股份有限公司 一种电路板钻孔深度的控制装置及方法
CN114204998B (zh) * 2021-12-13 2023-08-01 北京金橙子科技股份有限公司 通过功率光路通信复用实现控制信号同步的方法及系统

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3747019A (en) * 1970-07-16 1973-07-17 Union Carbide Corp Method and means for stabilizing the amplitude and repetition frequency of a repetitively q-switched laser
US4937457A (en) * 1989-02-10 1990-06-26 Slm Instruments, Inc. Picosecond multi-harmonic fourier fluorometer
JP2682475B2 (ja) * 1994-11-17 1997-11-26 日本電気株式会社 ビームスキャン式レーザマーキング方法および装置
US5998759A (en) * 1996-12-24 1999-12-07 General Scanning, Inc. Laser processing
JP4877692B2 (ja) * 2001-03-21 2012-02-15 株式会社小松製作所 注入同期式又はｍｏｐａ方式のレーザ装置
US6972268B2 (en) * 2001-03-29 2005-12-06 Gsi Lumonics Corporation Methods and systems for processing a device, methods and systems for modeling same and the device
JP2003069118A (ja) * 2001-08-29 2003-03-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ加工装置
US6961355B1 (en) * 2003-01-09 2005-11-01 Photonics Industries, Int'l. Variable power pulsed secondary beam laser
US6947454B2 (en) * 2003-06-30 2005-09-20 Electro Scientific Industries, Inc. Laser pulse picking employing controlled AOM loading
US7616669B2 (en) * 2003-06-30 2009-11-10 Electro Scientific Industries, Inc. High energy pulse suppression method
CN100563903C (zh) * 2003-08-19 2009-12-02 电子科学工业公司 利用激光器进行连线处理的方法
WO2005036215A2 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Stheno Corporation Differential optical technique for chiral analysis
JP2005209910A (ja) * 2004-01-23 2005-08-04 Toyota Motor Corp 再生増幅器の調整方法
US7139294B2 (en) * 2004-05-14 2006-11-21 Electro Scientific Industries, Inc. Multi-output harmonic laser and methods employing same
US7301981B2 (en) * 2004-12-09 2007-11-27 Electro Scientific Industries, Inc. Methods for synchronized pulse shape tailoring
US20060128073A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Yunlong Sun Multiple-wavelength laser micromachining of semiconductor devices
WO2006063153A2 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Electro Scientific Industries, Inc. Multiple-wavelength laser micromachining of semiconductor devices
US7732731B2 (en) * 2006-09-15 2010-06-08 Gsi Group Corporation Method and system for laser processing targets of different types on a workpiece

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103477427A (zh) * 2011-03-31 2013-12-25 伊雷克托科学工业股份有限公司 使用多个量身定做的激光脉冲波形来激光处理工件的方法和系统
CN106405884A (zh) * 2015-08-12 2017-02-15 光越科技(深圳)有限公司 一种低电压透射式脉宽可调光纤在线电光调q开关
CN110915079A (zh) * 2017-06-28 2020-03-24 通快激光有限责任公司 激光放大器系统的动态播种
CN110915079B (zh) * 2017-06-28 2023-07-14 通快激光有限责任公司 激光放大器系统的动态播种
CN113840680A (zh) * 2019-05-21 2021-12-24 索尼集团公司 无源q开关激光装置、控制方法及激光处理装置
CN114094432A (zh) * 2021-11-02 2022-02-25 北京卓镭激光技术有限公司 脉冲波形可调的固体激光器系统及脉冲波形调节方法

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