CN102656421A - 利用结构化光学元件和聚焦光束的激光刻图 - Google Patents

Abstract

本发明中不同的实施例提供了利用结构化光学元件和聚焦光束的激光刻图。在一些实施例中，结构化光学元件可被一体形成在单个基片上。在一些实施例中，多个光学部件可被组合在光学路径中以提供希望的图案。在至少一个实施例中，结合投影掩膜的受控运动、物体的受控运动和激光束的受控运动，投影掩膜被用于控制物体对激光输出的曝光。在一些实施例中，投影掩膜被用于控制物体的曝光，并且投影掩膜可吸收、散射、反射或衰减激光输出。在一些实施例中，投影掩膜可包括光学元件，所述光学元件在投影掩膜的区域上改变光功率和传输激光束的偏振。

Description

利用结构化光学元件和聚焦光束的激光刻图

技术领域

本发明涉及用于改变或曝光物体(对象)例如工件的材料的基于激光的系统。

背景技术

通过高速定位系统例如振镜(检流计)扫描系统已经获得了高激光加工速度。例如，可以获得可达到几m/s的光束扫描速度。不过，对于某些激光，难以并且有时候不可能例如通过开和关调制来快速控制激光。因此，可以机械加工、修改或曝光的最小结构是相对较大的：

结构尺寸=平移速度x2x（切换时间间隔）

其中假设开-关切换时间是相等的。此外，如果沿多个方向（例如双向）进行扫描，那么由于开/关控制机构的动作时间会导致扫描线交错（不对齐）。例如，如果开/关动作时间是1毫秒并且平移速度是1m/s，则扫描线线段的始端和末端(终端)会交错2mm，同样假设开动作时间和关动作时间一致。

发明内容

在至少一个实施例中，披露了设置在激光源和物体(对象)之间的结构化光学元件可控制地辐照所述物体的选定部分。所述结构化光学元件的至少一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案。

所述结构化光学元件可以表示辐照的非均匀图案。

在一些实施例中，所述结构化光学元件可包括用于控制物体的曝光的投影掩膜，并且所述投影掩膜可吸收、散射、反射激光输出或使激光输出衰减。

在不同的实施例中，所述激光系统可以改变(改性)所述物体的材料。

在不同的实施例中，所述激光系统可用于探测物体的物理特性。

附图说明

图1示意性地示出了对应一个实施例的激光材料系统的示图。

图2示出了具有振镜(检流计)平面镜扫描系统的激光系统的示例。

图3是示出利用振镜平面镜系统写在聚碳酸酯中的光栅扫描线图案的显微图像。使用矩形硅片形成投影掩膜，用于控制聚碳酸酯样本对扫描激光束的曝光。

图4示意性地示出了对于图3在聚碳酸酯中的投影掩膜和图案位置。

图5-9示意性地示出了可用于不同实施例的图案的示例：显示盘，由曲线构成数字‘100’，填充有偏心光栅扫描曲线的圆(圈)，多光子显微镜光栅扫描图案，和具有投影掩膜的多光子显微镜光栅扫描图案。

具体实施方式

不同的实施例以高平移速度提供激光写入图案。在至少一个实施例中，制作结构化光学元件，例如希望图案的投影掩膜。结构化光学元件在不希望在靶上进行激光机械加工、修改或曝光的区域中阻挡、散射激光或使激光显著衰减，同时在希望在靶上进行激光机械加工、修改或曝光的区域中传输(透射)激光。结构化光学元件可被设置成传输(透射)、反射、折射、衍射或以其它方式改变光束以便在物体(对象)的至少一部分上或至少一部分内形成辐照的希望图案。结构化光学元件可以保持固定，或在计算机控制下动态定位。在不同的实施例中，辐照的图案可在物体上或物体内的照射域(范围)内变化，并且可包括周期性、非周期性和/或其它预定空间和/或空间-时间图案。

图1示意性地示出了对应于一个实施例的激光材料系统的示图。在本示例中，结构化光学元件被示出为投影掩膜，并且被设置成用于光传输。掩膜可以一体形成在单个基片上。在基于激光的系统的一些实施例中，系统的结构化光学元件还可被设置成具有多个光学部件，所述多个光学部件被组合在光学路径中以提供希望图案的辐照。从激光源发射出激光束。利用衰减器可将来自激光源的激光束光功率减小至希望的水平。在一些实施例中，还可控制激光束偏振。通过光束偏转器转移激光束焦点。在本示例中，移动的激光束通过聚焦元件进行聚焦，并且或者通过投影掩膜阻挡以避免到达(影响)靶，或者通过投影掩膜透射以便与靶相互作用并形成希望的结构(特征)、修改或曝光图案。在靶上生成的图案可通过投影掩膜上的图案、通过掩膜致动器的投影掩膜的运动和通过靶致动器的靶的运动来限定。在本示例中，控制器控制激光源的输出，衰减器的功率输出，通过光束偏转器的运动的激光束的方向，通过掩膜致动器的投影掩膜的运动和通过靶致动器的靶的运动。

可改变由衰减器控制的激光功率，以改变由激光在靶中或靶上产生的修改的尺寸、深度和类型。

确定靶相对于聚焦元件的轴向位置（沿着激光束的路径），以便聚焦的激光束在靶处的能流足以在通过投影掩膜后产生希望的烧蚀或材料改性。

设定投影掩膜相对于聚焦元件的轴向位置，以避免激光束对投影掩膜的透射部分的烧蚀或材料改性。

在用于光刻的传统掩膜曝光中，激光束尺寸远大于掩膜中的结构(特征)。激光束通常覆盖整个掩膜区域或它(掩膜区域)的大部分。既未使用高速平移也未使用激光曝光的快速控制。作为示例并且不同于传统方法，不同的实施例提供了快速扫描操作并且不需要快速调节(调制)来控制激光输出。

图2示出了对应于一个实施例的示意示图，其中激光束由振镜平面镜扫描器操纵并用远心F-θ透镜聚焦。在振镜(检流计)位置A处，聚焦的光束被投影掩膜阻挡并且不到达靶。在振镜(检流计)位置B处，聚焦的光束通过(穿过)投影掩膜并且到达靶以产生希望的材料烧蚀或材料改性。

可用商用软件例如“图像-G代码(Image to G-Code)”（http://www.imagetogcode.com/），所述软件自动写控制代码，以便转换(平移)致动器利用直线产生希望的光栅扫描图像。通过该工具的当前版本，不能制作填充有非直线的图像。不过，投影掩膜曝光法使得机械加工由非直的光栅扫描线构成的图案成为可能。

在至少一个实施例中，聚焦光学器件包括非远心F-θ透镜。投影掩膜可被设计成当激光束从中心位置偏离时补偿靶上投影掩膜图像的比例和变形。

在不同的实施例中，衍射、散射和反射来自投影掩膜的激光束被用于在靶上产生希望的图案。其它的光学变换也可被结合入结构化光学元件，以便在激光束通过元件时降低光功率或改变激光束的偏振。在一些实施例中，将这些(处理)过程结合入掩膜而不是光束路径中的其它处具有的优点在于所述(处理)过程可在靶的特定区域上被具体限定并且不需要由致动器的控制软件中的精确定时进行控制。这些激光曝光的区域也可在非常小的区域上进行限定，这通过传统的方法难以实现，因为用于转动波片或衰减滤光器的机械致动器的响应时间(响应次数)有限。

可以减小光功率，以便改变通过在投影掩膜内利用光学衰减在靶中一限定的区域上产生的材料改性的类型。该材料改性可以例如根据投影掩膜中的光学衰减和物体上的特定位置处的曝光时间从烧蚀到分裂到融化和光学指数变化。可以通过光束偏转器、掩膜致动器运动和靶致动器运动确定位置。激光偏振影响材料改性的特征对于本领域技术人员来说是已知的。

可通过多种不同的方式制备结构化光学元件。如上文所述，掩膜可以被一体形成在单个基片上。可替换的，可以使用多种材料的合成物，所述多种材料的合成物可提供对于靶的不同区域的激光加工条件的调节。利用任何适当的曝光方法（包括光刻、薄膜沉积、脉冲激光沉积和/或相关的沉积技术）可制备结构化光学元件。

作为示例，发明人使用结构化光学元件来制备样本。利用超短激光脉冲和X，Y，Z定位设备进行抛光不锈钢板的表面造型。通过用结构化光学元件的不透光区域阻挡超短激光脉冲，不对表示希望图案的区域进行造型处理，从而提供强反射系数。通过穿过结构化光学元件的透光区域的超短激光脉冲进行表面造型处理的区域不提供来自靶的强反射系数，因此产生高对比度图案。结构化光学元件的其它示例和示例性应用在下文进行讨论。

示例1

作为示例，图3是示出写在聚碳酸酯中的光栅扫描线图案的显微图像。在类似于图1所示结构中利用振镜(检流计)平面镜系统将图案写入聚碳酸酯样本。矩形硅片用于形成投影掩膜，所述投影掩膜用于控制聚碳酸酯样本对扫描激光束的曝光。

小的矩形不透光硅片用作投影掩膜。具有100-mm焦距远心F-θ透镜的振镜平面镜扫描器用于聚焦激光。图3示出了在矩形投影掩膜的拐角附近的聚碳酸酯中的亚表面线的光学显微图像，其中激光器工作在100kHz重复率，1045nm波长，500fs脉冲持续时间。平移速度为550mm/s。

图4示意性地示出了对于图3在聚碳酸酯中的投影掩膜和图案位置，并且示出了投影掩膜和激光写入光栅扫描线的位置。示出了在锐度上没有明显递降的边界清晰的拐角。线之间的间隔是150μm。为了利用具有相同平移速度的快门机构产生类似的直边缘，快门响应时间需要在微秒的量级。所述速度对于机电快门来说太快了。例如，Uniblitz(www.uniblitz.com)的LS6机电快门，具有6mm光孔径，指定700μs的时间打开并且调节至400Hz。不同的电光和声光调制器可提供微秒切换定时，但是相对昂贵，需要精确的对准和驱动电子装置，吸收一些光能降低可用的激光功率，并且需要精确的控制软件以使开/关控制与光束和/或靶运动同步。对于需要更大的开/关控制灵活性的应用，光学调制器可以是个选择。对于不需要变化的较简单图案，投影掩膜法以较低成本提供了希望的功能。

示例2

利用机械加工方法可以将显示(标度)盘加工为透明塑料的表面，例如披露于美国专利7,357,095，上述专利文献的内容在此以其全文形式被结合入本文作为引用。如本申请的图5（从’095的图5得到）所示，利用一系列光源例如LED66在(标度)盘的内缘示出了标度。

并非将标度盘机械加工为塑料的表面，可以进行图案的激光写入。在至少一个实施例中，利用超短脉冲激光在塑料的表面上和/或塑料的表面下写图案。当照射源大致垂直于用于制备图案的光栅扫描线的方向时，激光写入(直写)的图案可以均匀可见。当照射源靠近大致圆形设置的图案的中心时，用于产生图案的光栅扫描线是弧线而非直线。一种高速产生弯曲光栅扫描线的方法是使用市场可买到的振镜致动的镜式扫描系统。图6示意性地示出了由具有共同中心的弯曲的光栅扫描线构成的数字“100”（类似于显示(标度)盘中的数字）。

在另一个实施例中，圆形设置的图案可被分成多个楔形部分，其中每个楔形主要由一个光源照射。图5中示出了用于六个光源66的每一个的一个楔形，其中楔形被大体定义为在圆形图案的中心(圆心)处具有其顶点并具有直线边界向外辐射至外圆边界。因而每个楔形中的图案由直的光栅扫描线构成，其中光栅扫描线大致垂直于居中于具体楔形的光源的光束。通过具有一组(一系列)直线（未示出）的结构化光学元件来限定每个楔形中的图案。这使得快速扫描速度被用于在楔形区域内产生图案，具有明确的边界。结构化光学元件还防止激光修改靶楔形之外的区域，以便一次只处理一个楔形区域。

示例3

作为另一个示例，圆圈可填充有同心环，其中填充圆圈的环的中心不位于圆圈的圆心处（图7）。这给予圆圈不同的视觉效果，更具有三维外观。尽管对驱动(致动)系统进行编程以限定弧线(弧形)的特定端点是可能的，较为简单的方案是使用具有希望形状的结构化光学元件，在本示例中为圆圈。利用例如一组扫描振镜式镜，可在希望的圆形图案中快速平移激光束，以便在由结构化光学元件限定的区域内产生希望的图案，而不需要快速控制激光器的开和关状态或机电快门命令。其它不规则形状和图案也是可能的，并且对光栅扫描线的路径进行编程变得更加复杂。可以制得具有其它形状的复杂光栅扫描线图案的更多示例。

示例4

在多光子显微镜（MPM）中，光栅扫描图案用于覆盖待成像的希望的图像范围。在每条光栅扫描线的始端和终端(末端)处，在随激光束反向时激光束行进的加速和减速阶段过程中通过照射激光可以使靶曝光过度。图8示意性地示出了光栅扫描图案的示例。激光对于虚线为关而对于实线为开。

声光调制器（AOM）通常用于快速关闭/打开激光照射(激光曝光)，但已知对于MPM是存在问题的，因为热效应和双折射效应可导致光束不稳定。在光束穿过AOM时的色散也可导致明显展宽和变形的脉冲。例如，参见“生物共焦显微镜学手册（Handbook of biological confocal microscopy）”，第三版，p.903。结构化光学元件可用于提供稳定的操作，并且可能尤其对于MPM是有益的。结构化光学元件可被设计成在待分析的区域上（可能是矩形圆形或任何其它形状）传输激光并且在扫描方向反向过程中当光束减速和加速时（可能会使样本对激光曝光过度）防止激光射到样本上。使用结构化光学元件，则不需要快速和昂贵的AOM或具有其精确控制同步电子器件的其它开关装置。

在一些实施例中，在具有结构化光学元件的系统中可使用AOM。从而可通过选择较大的AOM孔来减小AOM热负荷的变化。较大的AOM孔允许使用较大的激光束，这减小了热负荷但也限制了AOM速度。对于较低的AOM速度，更精确地限定图案形状的结构化光学元件降低了AOM的高速要求。

示例5

对于薄膜加工（其中薄膜厚度可以在小于100nm到可达到几微米之间的范围），在整个(加工)过程中保持脉冲的恒定重叠以便产生一致的结果。通过具有从50kHz到5MHz的脉冲重复率的激光，高平移速度用于20-30%的光斑重叠。例如，对于100kHz重复率和20%重叠的25微米直径光斑，光束相对于样本以2m/s移动。在这些速度下，如果受限于激光器、光束偏转器或物体平移的控制，进行急转弯同时保持恒定的重叠是困难的。精确同步和补偿驱动及信号传输延迟可限制可实现的性能。使用结构化光学元件可简化制作这类结构的程序。

在不同的实施例中，结构化光学元件可被设计成将希望的区域曝光于光栅扫描激光，但在每条曝光线段的末端处阻挡激光。所述设置会消除对于高速调制器的需要并且防止在加速和减速过程中靶的曝光过度。随后在两个方向上的扫描是可能的，减少覆盖希望的图像范围的时间。通过该结构，可以实现保持线段的末端的适当对齐，而不需要更复杂的系统控制编码来计算驱动延迟时间。图9示意性地示出了光栅扫描图案，其中细的虚线是被投影掩膜（由粗的实线定义）阻挡的光栅扫描的部分，实线是由投影掩膜传输的光栅扫描的部分。

许多的实施例是可能的，例如：

光束定位器可包括任何合适的机电扫描器、衍射扫描器和/或电光偏转器。在一些实施例中，可以使用一个或多个线性电流计式反射镜、共振扫描器、震动扫描器、声光偏转器、旋转棱镜、多棱镜和/或其它光束移动器。在一些实施例中，可以使用高速电光或声光偏转器/调制器。在一些实施例中可使用压电定位机构。

连接至结构化光学元件的驱动器(致动器)可包括X,Y，Z和/或旋转台。在一些实施例中可使用压电定位器。

连接至靶的驱动器(致动器)可包括X,Y，Z和/或旋转台。在一些实施例中可使用压电定位器。

在至少一个实施例中，光学系统可包括光束传送/聚焦元件。光学系统可包括任何适当组合的反射、折射和/或衍射光学器件。在一些实施例中，可使用动态聚焦机构来控制在一范围(视域)上的聚焦。

设置在激光源和物体之间的结构化光学元件可由金属、电介质、聚合物和/或半导体材料构成。结构化光学元件可被形成使得在光束路径内的聚焦或散焦位置处或者聚焦或散焦位置附近提供定位。

在一些实施例中，激光系统的结构化光学元件可包括多个光学部件，所述多个光学部件沿着光学路径设置并且相对于彼此可控地定位。在不同的实施例中，结构化光学元件可被整合在单个基片上并且被设置成进行不同的光束变换，例如输入光束的衰减、衍射、折射和/或散射。

设置在光束和物体之间的光学部件可包括空间光调制器，所述空间光调制器允许掩膜图案被改变。所述设置可用于标记识别数字，所述识别数字对于每次标记需要改变。

在一些实施例中可使用机电快门，其中靶图案的(一些)部分使用慢平移速度或其中不要求精确加工条件。

材料改性和相互作用技术可包括探测、表面处理、焊合(软焊)、焊接、切割、钻孔、打标、修整、宏观/微观/纳米结构形成、宏观/微观/纳米结构修改、掺杂、链接制作、折射率修改、多光子显微技术、修复、产生复合物和/或微制备。

激光源可以在准连续波(quasi-CW)或脉冲波下工作，并且可包括q-开关(调Q)，锁模和/或增益开关设置。在一些实施例中，可使用光纤激光器和/或放大器。激光脉冲宽度可在从约100fs到约500ns的范围内。脉冲能量可在从约1nJ到可达到约1mJ的范围内。在物体处或物体内的光斑尺寸可在从约几微米到约250微米的范围内。对于脉冲工作，根据所用的激光器的类型，重复率可在约100Hz到可达到约100GHz的范围内。

在不同的实施例中，可使用多个激光源和/或光束，例如具有大的结构化光学元件，并且可提供平行加工(处理)。激光器输出可具有不同的能量、峰值功率、波长、偏振和/或脉冲宽度。扫描速度可在从约500Hz到约50KHz的有效范围内。

fs、ps和/或ns范围的激光脉冲可用于加工应用。对于fs脉冲激光器，可能不需要通过结构化光学元件的一部分完全阻挡光。对于fs脉冲，材料改性阈值通常被明确确定，并且结构化光学元件仅需要改变光束以便聚焦的能流在加工阈值之下。衰减和/或散焦可能是足够的。在一些实施例中，当使用较长的脉冲时，几个数量级的衰减和/或阻挡脉冲可能是优选的。

至此，发明人已经通过若干个实施例描述了本发明。至少一个实施例包括基于激光的系统，用于将激光能量传送至物体(对象)的至少一部分。所述系统包括：提供输入光束的激光源和接收输入光束并生成移动激光束的光束定位器。结构化光学元件被设置在激光源和物体之间，并且被设置成接收移动光束并且可控地辐照物体的选定部分。结构化光学元件的一部分被设置成在物体上或物体内形成辐照的图案，并且结构化光学元件的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达物体，并且避免在光束相对于靶的加速和/或减速过程中过度曝光所述靶。所述系统还包括连接至至少光束定位器的控制器。

在一些实施例中，激光系统被设置成对物体的材料进行改性。

在一些实施例中，光束定位器被设置成控制移动激光束的位置和速度中的至少一个，以便通过烧蚀、融化、分裂、氧化和光学指数变化中的一种或多种改变物体的材料。

在一些实施例中，聚焦元件被设置在光束定位器和结构化光学元件之间。

在一些实施例中，结构化光学元件包括与物体的预定区域相对应的光阻挡、光传输、光衰减和偏振控制元件中的一个或多个，并且其中光阻挡、光传输、光衰减和偏振效应仅在物体(对象)的预定区域内发生。

在一些实施例中，激光系统被设置成探测物体并且测量所述物体的物理、电学、光学、和化学特性中的一种或多种。

一些实施例包括调制器，以控制激光源的输出。

至少一个实施例包括：一种操作基于激光的系统以改变或探测物体的基于激光的方法。

至少一个实施例包括：一种产品，所述产品具有形成在产品的一部分上或一部分内的空间图案。所述空间图案可利用上述方法形成。

至少一个实施例包括基于激光的系统，用于将激光能量传送至物体的至少一部分。所述系统包括：提供输入光束的激光源和接收输入光束并产生移动激光束的光束定位器。结构化光学元件被设置在激光源和物体之间，并且被设置成接收移动光束并可控制地照射物体的选定部分。结构化光学元件的一部分被设置成在物体上或物体内形成辐照的图案，并且结构化光学元件的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达物体并避免在光束相对于靶加速和/或减速的过程中过度曝光所述靶。聚焦光学器件被设置在光束定位器和投影掩膜之间的光学路径中，以提供来自激光源的聚焦输出光束。包括有用于设置(定位)结构化光学元件的第一致动器，和用于设置(定位)物体的第二致动器。控制器被连接至光束定位器、第二致动器、第一致动器和激光源中的一个或多个，以便通过来自激光源的聚焦输出光束在物体上产生预定图案的激光曝光，其中通过光束定位器的移位、物体的运动、结构化光学元件的运动和在结构化光学元件上或结构化光学元件内的图案来限定物体上的图案。

在一些实施例中，所述系统包括设置在所述源和物体之间的光学系统，所述光学系统在与所述源和结构化光学元件共同的光学路径中具有一个或多个光学部件。

在一些实施例中，一个或多个光学部件可包括镜、光学衰减滤光器、空间光调制器和波片中的一个或多个。

在一些实施例中，基于激光的系统包括设置在所述源和物体之间的光学系统，所述光学系统在与所述源和结构化光学元件共同的光学路径中具有一个或多个光学部件。

在一些实施例中，一个或多个光学部件包括镜、光学衰减滤光器、空间光调制器和波片中的一个或多个。

在一些实施例中，光束定位器包括机电扫描器、衍射扫描器、压电定位器和光电偏转器中的一个或多个。

在一些实施例中，光束定位器包括机电扫描器、衍射扫描器、压电定位器和光电偏转器中的一种或多种。

在一些实施例中，结构化光学元件被一体形成在单个基片上。

在一些实施例中，结构化光学元件包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射物体的选定部分。

在一些实施例中，结构化光学元件包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射物体的选定部分。

至少一个实施例包括：基于激光的系统，用于将激光能量传送至物体的至少一部分。所述系统包括：提供输入光束的激光源，和接收输入光束并产生移动激光束的光束定位器。投影掩膜被设置在激光源和物体之间。投影掩膜被设置成接收移动光束并可控制地照射物体的选定部分。投影掩膜的一部分被设置成在物体上或物体内形成辐照的图案，并且投影掩膜的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达物体并避免在光束相对于靶加速和/或减速的过程中过度曝光所述靶。聚焦光学器件被设置在光束定位器和投影掩膜之间的光学路径中，以提供来自激光源的聚焦输出光束。包括有用于设置(定位)投影掩膜的掩膜致动器，和用于设置(定位)物体的物体致动器。控制器被连接至光束定位器、物体致动器、掩膜致动器和激光源中的一个或多个，以便通过来自激光源的聚焦输出光束在物体上产生预定图案的激光曝光(激光照射)，其中通过光束定位器的移位、物体的运动、投影掩膜的运动和投影掩膜上或投影掩膜内的图案来限定物体上的图案。

在一些实施例中，投影掩膜被一体形成在单个基片上。

在一些实施例中，投影掩膜包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射物体的选定部分。

在一些实施例中，投影掩膜的一部分被设置成在物体上或物体内形成辐照的图案并且被设置成折射、反射或衍射部分。

在一些实施例中，投影掩膜包括空间光调制器。

本文中所用的条件性语言，例如其中的“可以(can)”，“能够(could)”，“可能(might)”，“可能(may)”，“例如”等，除非以其它方式特别说明，或在所用的上下文中能够理解，一般旨在表达某些实施例包括，而其它实施例不包括的某些特征、元件和/或步骤。因此，所述条件性语言一般不旨在暗示对于一个或多个实施例来说无论如何需要特征(结构)、元件和/或步骤或者一个或多个实施例必然包括用于决定这些特征(结构)、元件和/或步骤是否被包括在任何具体实施例中或会在任何具体实施例中进行实施的逻辑，而具有或没有作者输入或提示。术语“包括(comprising)”，“包括(including)”，“具有(having)”等是同义的并且通过开放式的方式包括在内使用，而不排除其它的元件、特征、动作、操作等等。此外，术语“或”以其包含在内的含义（而不是以其排他的意思）使用，以便例如当用于连接一列表的元件时，术语“或”表示列表中的元件的一个、一些或所有。此外，不定冠词“一(个)(a)”应当理解为“至少一个”，而不限于“一个且只有一个”，并且可包括多个特征、结构、步骤、过程(方法)或特性，除非通过其它方式特别说明。

尽管已经描述了本发明的某些实施例，这些实施例仅通过示例形式提供，并且不旨在限制本发明的范围。没有单个特征或一组特征必然要或需要被包括在任何特定实施例中。贯穿本发明提及的“一些实施例”，“一个实施例”等表示结合实施例所述的特定特征、结构、步骤、过程(方法)或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本发明出现的“在一些实施例中”、“在一个实施例中”等短语不必然都是指相同的实施例，而是可以指相同或不同实施例中的一个或几个。事实上，本文所述的新颖的方法和系统可通过多种其它形式体现；此外，在本文所述实施例的形式中可进行各种删减、添加、替换、等同、重新组合和改变，而不偏离本文所述发明的精神。

为了总结本发明的各个方面，在本发明中描述了某些目的和具体实施例的优点。应当理解，不必然根据任何特定实施例可实现所有所述的目的或优点。因此，例如，本领域的技术人员会认识到实施例可以按实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式进行提供或实施，而不必然实现本文所教导或启示的其它目的或优点。

仅通过示例形式给出了上述实施例的描述。从所给出的公开内容，本领域的技术人员不仅能理解本发明及其伴随的优点，而且还能发现所披露的结构和方法的明显的不同变化和改动。因此，试图覆盖落入由所附权利要求书及其等同特征所限定的本发明的精神和范围内的所有所述变化和改动。

Claims (25)

1.一种基于激光的系统，所述系统用于将激光能量传送至物体的至少一部分，所述系统包括：

激光源，所述激光源提供输入光束；

光束定位器，所述光束定位器接收所述输入光束并且产生移动激光束；

结构化光学元件，所述结构化光学元件被设置在所述激光源和所述物体之间，所述结构化光学元件被设置成接收所述移动光束并且可控制地照射所述物体的选定部分，所述结构化光学元件的一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案，并且所述结构化光学元件的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达所述物体并且避免在所述光束相对于所述靶加速和/或减速的过程中过度曝光所述靶；

控制器，所述控制器被连接至至少所述光束定位器。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光系统被设置成改变物体的材料。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述光束定位器被设置成控制移动激光束的位置和速度中的至少一个，以便通过烧蚀、融化、分裂、氧化和光学指数变化中的一种或多种改变所述物体的材料。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在所述光束定位器和所述结构化光学元件之间的聚焦元件。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构化光学元件包括与所述物体的预定区域相对应的光阻挡、光传输、光衰减和偏振控制元件中的一个或多个，并且其中光阻挡、光传输、光衰减和偏振效应仅在所述物体的预定区域内发生。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光系统被设置成探测所述物体并且测量所述物体的物理、电学、光学和化学特性中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括调制器以便控制所述激光源的输出。

8.一种方法，所述方法包括：操作根据权利要求1所述的基于激光的系统以便改变或探测物体。

9.一种产品，所述产品具有形成在所述产品的一部分上或所述产品的一部分内的空间图案，所述空间图案利用权利要求5所述的方法形成。

10.一种基于激光的系统，所述系统用于将激光能量传送至物体的至少一部分，所述系统包括：

激光源，所述激光源提供输入光束；

光束定位器，所述光束定位器接收所述输入光束并且产生移动激光束；

结构化光学元件，所述结构化光学元件被设置在所述激光源和所述物体之间，所述结构化光学元件被设置成接收所述移动光束并且可控制地照射所述物体的选定部分，所述结构化光学元件的一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案，并且所述结构化光学元件的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达所述物体并避免在所述光束相对于所述靶加速和/或减速的过程中过度曝光所述靶；

聚焦光学器件，所述聚焦光学器件被设置在所述光束定位器和所述投影掩膜之间的光学路径中，以提供来自所述激光源的聚焦输出光束；

第一致动器，所述第一致动器用于定位所述结构化光学元件；

第二致动器，所述第二致动器用于定位所述物体；

控制器，所述控制器连接至所述光束定位器、所述第二致动器、所述第一致动器和所述激光源中的一个或多个，以便通过来自所述激光源的所述聚焦输出光束在所述物体上产生激光照射的预定图案，其中通过所述光束定位器的移位、所述物体的运动、所述结构化光学元件的运动和所述结构化光学元件上或所述结构化光学元件内的图案限定所述物体上的图案。

11.根据权利要求1所述的基于激光的系统，所述系统包括设置在所述源和所述物体之间的光学系统，所述光学系统包括在与所述源和所述结构化光学元件共同的光学路径中的一个或多个光学部件。

12.根据权利要求11所述的基于激光的系统，其中所述一个或多个光学部件包括镜、光学衰减滤光器、空间光调制器和波片中的一个或多个。

13.根据权利要求10所述的基于激光的系统，所述系统包括设置在所述源和所述物体之间的光学系统，所述光学系统包括在与所述源和所述结构化光学元件共同的光学路径中的一个或多个光学部件。

14.根据权利要求13所述的基于激光的系统，其中所述一个或多个光学部件包括镜、光学衰减滤光器、空间光调制器和波片中的一个或多个。

15.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中所述光束定位器包括机电扫描器、衍射扫描器、压电定位器和光电偏转器中的一个或多个。

16.根据权利要求10所述的基于激光的系统，其中所述光束定位器包括机电扫描器、衍射扫描器、压电定位器和光电偏转器中的一个或多个。

17.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中所述结构化光学元件被一体形成在单个基片上。

18.根据权利要求10所述的基于激光的系统，其中所述结构化光学元件被一体形成在单个基片上。

19.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中所述结构化光学元件包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射所述物体的选定部分。

20.根据权利要求10所述的基于激光的系统，其中所述结构化光学元件包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射所述物体的选定部分。

21.一种基于激光的系统，所述系统用于将激光能量传送至物体的至少一部分，所述系统包括：

激光源，所述激光源提供输入光束；

光束定位器，所述光束定位器接收所述输入光束并且产生移动激光束；

投影掩膜，所述投影掩膜被设置在所述激光源和物体之间，所述投影掩膜被设置成接收所述移动光束并且可控制地照射所述物体的选定部分，所述投影掩膜的一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案，并且所述投影掩膜的一部分被设置成基本上阻止激光能量到达物体并避免在所述光束相对于所述靶加速和/或减速的过程中过度曝光所述靶；

聚焦光学器件，所述聚焦光学器件被设置在所述光束定位器和所述投影掩膜之间的光学路径中，以提供来自所述激光源的聚焦输出光束；

掩膜致动器，所述掩膜致动器用于定位所述投影掩膜；

物体致动器，所述物体致动器用于定位所述物体；

控制器，所述控制器被连接至所述光束定位器、所述物体致动器、所述掩膜致动器和所述激光源中的一个或多个，以便通过来自所述激光源的所述聚焦输出光束在所述物体上产生激光照射的预定图案，其中通过所述光束定位器的移位、所述物体的运动、所述投影掩膜的运动和所述投影掩膜上或投影掩膜内的图案来限定所述物体上的图案。

22.根据权利要求21所述的基于激光的系统，其中所述投影掩膜被一体形成在单个基片上。

23.根据权利要求21所述的基于激光的系统，其中所述投影掩膜包括多个光学部件，所述多个光学部件被设置成可控制地照射所述物体的选定部分。

24.根据权利要求21所述的基于激光的系统，其中所述投影掩膜的一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案并且被设置成折射、反射或衍射部分。

25.根据权利要求21所述的基于激光的系统，其中所述投影掩膜包括空间光调制器。

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