CN103545705B - 调节激光频率的方法及激光频率调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调节激光频率的方法及激光频率调节系统，该调节激光频率的方法包括：步骤1、提供一原激光脉冲（10）；步骤2、利用分光镜（20）将原激光脉冲（10）分成第一子激光脉冲（11）和第二子激光脉冲（12）；步骤3、利用数个反射镜（30）将第一子激光脉冲（11）反射至分光镜（20）上第二子激光脉冲（12）的出射处，并在第一子激光脉冲（11）传输过程中，使第一子激光脉冲（11）通过一光程延长装置（40）；步骤4、第一子激光脉冲（11）与第二子激光脉冲（12）相叠加，并利用补偿片（50）调节叠加形成的激光脉冲（13）的传输方向。

Description

调节激光频率的方法及激光频率调节系统
技术领域
本发明涉及平板显示技术，尤其涉及一种调节激光频率的方法及激光频率调节系统。
背景技术
近年来显示技术发展很快，平板显示器以其完全不同的显示和制造技术使之同传统的视频图像显示器有很大的差别。传统的视频图像显示器主要为阴极射线管CRT(Cathoderaytubes)；而平板显示器与之的主要区别在于重量和体积(厚度)方面的变化，通常平板显示器的厚度不超过10cm，当然还有其他的不同，如显示原理、制造材料、工艺以及视频图像显示驱动方面的各项技术等。
平板显示器具有完全平面化、轻、薄、省电等特点，并朝着高分辨率、低功耗、高集成度的方向发展，但传统的非晶硅受限于自身的特性无法满足上述要求，作为非晶硅的最佳替代者——多晶硅能够满足平板显示器未来发展的需求，因此低温多晶硅（LTPS）显示技术成为显示领域的宠儿。
作为低温多晶硅显示技术的核心工艺环节，多晶硅的制作方式及材料特性决定着显示器的性能。目前已知的多晶硅制备方式包括：低压化学气相沉积（LPCVD）、固相结晶、金属诱导和激光退火等。目前业界应用最为广泛的制备方式是激光退火工艺，通过激光产生的高温将非晶硅熔融重结晶成多晶硅。虽然通过调节激光的参数可以使得结晶效果得到优化，但由于受机台规格限制，可以调制的参数及其范围有限，比如激光频率，使得我们无法对多晶硅的结晶过程及效果进行更深入的研究。
如图1所示，其为现有的激光退火工艺中激光脉冲光路示意图，图中的原激光脉冲100经过一分光镜200后将原激光脉冲100分裂成两个子激光脉冲101、102，子激光脉冲101、102的能量均为原激光脉冲100的50%，其中，子激光脉冲101经过四个反光镜300反射后传输回至分光镜200处，与子激光脉冲102相叠加，由于经过分光镜200后的子激光脉冲101、102在垂直方向上存在一段下移距离，因此，采用补偿片400将叠加后的激光脉冲103调节至原始的垂直位置。在该过程中，相较于子激光脉冲102，子激光脉冲101传输的距离要长，所以会与子激光脉冲102存在时间延迟，子激光脉冲101和子激光脉冲102最终叠加在一起形成上图所示的激光脉冲104。由于受机台规格限制，如图1所示的四个反光镜300的位置全部固定，无法再进行调节，最终所形成的激光脉冲104为固定形式，无法对多晶硅的结晶过程及效果进行更进一步的改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节激光频率的方法，通过将原激光脉冲分成两子激光脉冲，并在其中一子激光脉冲的原本光路中增加光程延长装置来进一步增大两子激光脉冲的光程差，以成为两个明显分立的子激光脉冲，最后以两者的叠加来实现激光的频率调节。
本发明的另一目的在于提供一种激光频率调节系统，通过增加光程延长装置来增加子激光脉冲的光程，可以有效地拓宽激光脉冲的频率范围，并且在相同的时间内，基板可以接受更多的激光照射，可以进一步完善多晶硅的结晶效果。
为实现上述目的，本发明提供一种调节激光频率的方法，包括以下步骤：
步骤1、提供一原激光脉冲；
步骤2、利用分光镜将该原激光脉冲分成分别沿两个方向传输的第一子激光脉冲和第二子激光脉冲；
步骤3、利用数个反射镜将第一子激光脉冲反射至分光镜上第二子激光脉冲的出射处，并在该第一子激光脉冲传输过程中，使该第一子激光脉冲通过一光程延长装置；
步骤4、所述第一子激光脉冲经分光镜反射后与第二子激光脉冲具有相同的传输方向，并与第二子激光脉冲相叠加，并利用补偿片对叠加形成的激光脉冲的传输方向进行调节。
所述第一子激光脉冲为原激光脉冲在分光镜上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲为原激光脉冲部分穿过该分光镜出射而形成，通过调节分光镜的反射系数来调节第一子激光脉冲和第二子激光脉冲占原激光脉冲的能量比。
所述第一子激光脉冲的能量为原激光脉冲的能量的50%，所述第二子激光脉冲的能量为原激光脉冲的能量的50%。
所述光程延长装置包括：光学晶体及设于所述光学晶体两端的高透光率防反射层，所述第一子激光脉冲从光学晶体一端的高透光率防反射层入射，并从光学晶体另一端的高透光率防反射层出射。
所述光学晶体为存在电光效应的光学晶体，所述光学晶体对应波长为308nm的激光时的折射率大于3，所述高透光率防反射层由MgF2或者Al2O3制成。
所述反射镜的数量为四个，分别为第一至第四反射镜，所述第一子激光脉冲从分光镜出射后经过第一反射镜反射后传输至第三反射镜，经过第三反射镜反射后传输至所述光程延长装置，并穿过该光程延长装置后传输至第二反射镜，经过第二反射镜反射后传输至第四反射镜，经过第四反射镜反射后以一定角度传输至分光镜上第二子激光脉冲的出射处，以与第二子激光脉冲相叠加。
所述第一子激光脉冲与第二子激光脉冲叠加形成的激光脉冲经补偿片调节后，与原激光脉冲具有相同的传输方向，且处于同一水平高度上。
本发明还提供一种激光频率调节系统，包括：
一入射口、一分光镜、数个反射镜、一光程延长装置、一补偿片及一出射口；该分光镜相对该入射口设置，该补偿片相对该出射口设置；一原激光脉冲从该入射口入射至分光镜处，经分光镜分成沿两个方向传输的第一子激光脉冲和第二子激光脉冲，所述数个反射镜将该第一子激光脉冲以一定角度反射至该分光镜上第二子激光脉冲出射处，并与第二子激光脉冲叠加后经过补偿片调节传输方向后从该出射口射出，所述光程延长装置设于该第一子激光脉冲的传输光路中。
所述第一子激光脉冲为原激光脉冲在分光镜上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲为原激光脉冲部分穿过该分光镜出射而形成，通过调节分光镜的反射系数来调节第一子激光脉冲和第二子激光脉冲占原激光脉冲的能量比，所述第一子激光脉冲的能量为原激光脉冲的能量的50%，所述第二子激光脉冲的能量为原激光脉冲的能量的50%；
所述光程延长装置包括：光学晶体及设于所述光学晶体两端的高透光率防反射层，所述第一子激光脉冲从光学晶体一端的高透光率防反射层入射，并从光学晶体另一端的高透光率防反射层出射，所述光学晶体为存在电光效应的光学晶体，所述光学晶体对应波长为308nm的激光时的折射率大于3，所述高透光率防反射层由MgF2或者Al2O3制成。
所述反射镜的数量为四个，分别为第一至第四反射镜，所述第一子激光脉冲从分光镜出射后经过第一反射镜反射后传输至第三反射镜，经过第三反射镜反射后传输至所述光程延长装置，并穿过该光程延长装置后传输至第二反射镜，经过第二反射镜反射后传输至第四反射镜，经过第四反射镜反射后以一定角度传输至分光镜上第二子激光脉冲的出射处，以与第二子激光脉冲相叠加。
本发明的有益效果：本发明的调节激光频率的方法及激光频率调节系统，通过将原激光脉冲分成两子激光脉冲，并在其中一子激光脉冲的原本光路中增加光程延长装置来进一步增大两子激光脉冲的光程差，以成为两个明显分立的子激光脉冲，最后以两者的叠加来实现激光的频率调节；同时，由于光程延长装置的电光效应是一种快速低功耗的光学效应，可以通过调制电压的波形实现对两子激光脉冲时间延迟的实时调节，进而实时动态的调节两子激光脉冲之间的时间延迟，因此，本发明可以有效的拓宽激光的频率范围，并且在相同的时间内，基板可以接受更多的激光照射，可以进一步完善多晶硅的结晶效果。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有技术中激光退火工艺中激光脉冲光路示意图；
图2为本发明调节激光频率的方法的流程图；
图3为本发明激光调节频率系统的激光脉冲光路示意图；
图4为图3中光程延长装置的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
本发明是针对激光退火工艺环节中激光脉冲的频率参数进行优化，使得频率可调的范围增大，进而进一步完善多晶硅的结晶效果。本发明的实现方式是在激光脉冲经过分光镜后分成两子激光脉冲，并在一子激光脉冲的原本光路中增加光程延长（OLEX，OpticalLengthExtension）装置，将两子激光脉冲的光程差进一步的增大，将经过分光镜后的两子激光脉冲明显的区分开来，从而利用两子激光脉冲的叠加来实现激光脉冲的频率调节，很好地解决了现有技术中由于受限于机台规格，无法进一步调节激光脉冲的参数，而无法对多晶硅的结晶过程和效果进行更深入的研究这一问题。
请参阅图2至图4，本发明调节激光频率的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、提供一原激光脉冲10。
该原激光脉冲10可用于制备多晶硅的激光退火工艺。优选的，该原激光脉冲10的波长为308nm。
步骤2、利用分光（beamsplitter，BS）镜20将该原激光脉冲10分成分别沿两个方向传输的第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12。
所述第一子激光脉冲11为原激光脉冲10在分光镜20的一个面上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲12为原激光脉冲10部分穿过该分光镜20从另一面出射而形成。因此，可以通过调节分光镜20的反射系数来调节第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12占原激光脉冲10的能量比。在本实施例中，所述第一子激光脉冲11的能量为原激光脉冲10的能量的50%，所述第二子激光脉冲12的能量为原激光脉冲10的能量的50%。
步骤3、利用数个反射镜30将第一子激光脉冲11反射至分光镜20上第二子激光脉冲12的出射处，并在该第一子激光脉冲11传输过程中，使该第一子激光脉冲11通过一光程延长装置40。
在本实施例中，所述光程延长装置40包括：光学晶体42及设于所述光学晶体42两端的高透光率防反射层44，所述第一子激光脉冲11从光学晶体42一端的高透光率防反射层44入射，并从光学晶体42另一端的高透光率防反射层44出射。由于光学晶体42的折射率（N值）大于空气的折射率，第一子激光脉冲11通过光程延长装置40后会使得第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12相对时延进一步增长，由原本存在重合的形式变为明显分开的两个子激光脉冲，为实现激光脉冲的倍频提供了条件。
激光退火工艺的制程机理较为复杂，激光脉冲不同的时间间隔对最终的退火效果将产生不同的效果。为了增加制程调试的空间，进一步提高激光退火工艺的效果，本发明中光程延长装置40中的光学晶体42并非传统的固定折射率的光学晶体，而是选用存在电光效应的光学晶体42（电光效应是指在电场的作用下，晶体的介电常数，即其折射率发生改变的效应），通过改变光学晶体42两端所加电压从而实现其折射率的调制。由于光学晶体42折射率可变，使得第一子激光脉冲11传输过程中经过的光程距离是可变的，从而可动态的调节第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12两者之间的时间延迟。同时由于电光效应是一种快速低功耗的光学效应，可以通过调制电压的波形实现对第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12时间延迟的实时调节。
进一步地，所述光学晶体42选择标准是对应波长为308nm的激光时的折射率优选大于3，且吸光系数（K值）越小越好。
另外，为了减少第一子激光脉冲11传输过程中的损耗，所述高透光率防反射层44优选由MgF2或者Al2O3制成。
在本实施例中，所述反射镜30的数量为四个，分别为第一至第四反射镜32、34、36、38，该四个反射镜30的设置位置能够保证第一子激光脉冲11以一定的角度射向分光镜20上第二子激光脉冲12的出射处即可，也可与现有技术中四个反射镜（如图1中的反射镜300）设置的位置相同；所述光程延长装置40设于第二、第三反射镜34、36之间。该第一子激光脉冲11的传输光路为：所述第一子激光脉冲11从分光镜20出射后经过第一反射镜32反射后传输至第三反射镜36，经过第三反射镜36反射后传输至所述光程延长装置40，并穿过该光程延长装置40后传输至第二反射镜34，经过第二反射镜34反射后传输至第四反射镜38，经过第四反射镜38反射后以一定角度传输至分光镜20上第二子激光脉冲12的出射处，以便经过分光镜20反射后与穿过分光镜20的第二子激光脉冲12具有相同的传播方向，进而可与第二子激光脉冲12相叠加。
作为可供选择的，本发明还可以在第一子激光脉冲11的传输光路中设置多个光程延长装置40，进而可以进一步加大第一子激光脉冲11与第二子激光脉冲12的光程差。该多个光程延长装置40的长度可以相等，也可以不等，具体根据两反射镜30之间的距离进行选择，且保证设置光程延长装置40处不会影响光路路径（即保证第一子激光脉冲11可以按照现有技术中的路径进行传输）。
步骤4、所述第一子激光脉冲11经分光镜20反射后与第二子激光脉冲12具有相同的传输方向，并与第二子激光脉冲12相叠加，并利用补偿片（CP）50对叠加形成的激光脉冲13的传输方向进行调节。
所述第一子激光脉冲11与第二子激光脉冲12通过上述方式进行叠加，不仅仅可以实现激光脉冲的倍频效果，并且还能够实时动态的调节子激光脉冲之间的时间延迟。为激光退火工艺研究多晶硅的结晶过程及效果优化提供了条件。
所述第一子激光脉冲11与第二子激光脉冲12叠加形成的激光脉冲经补偿片50调节后，与原激光脉冲10具有相同的传输方向，且处于同一水平高度上，如图3所示。
请参阅图3及图4，本发明还提供一种激光频率调节系统，包括：一入射口22、一出射口24、一分光镜20、一补偿片50、数个反射镜30及一光程延长装置40。所述分光镜20相对该入射口22设置，所述补偿片50相对该出射口24设置，一原激光脉冲10从该入射口22入射至分光镜20处，经分光镜20分成沿两个方向传输的第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12，所述数个反射镜30将该第一子激光脉冲11以一定角度反射至该分光镜20上第二子激光脉冲12出射处，并与第二子激光脉冲12叠加后经过补偿片50调节传输方向后从该出射口24射出，所述光程延长装置40设于该第一子激光脉冲11的传输光路中。
该原激光脉冲10可用于制备多晶硅的激光退火工艺。优选的，该原激光脉冲10的波长为308nm。所述第一子激光脉冲11为原激光脉冲10在分光镜20的一个面上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲12为原激光脉冲10部分穿过该分光镜20从另一面出射而形成。因此，可以通过调节分光镜20的反射系数来调节第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12占原激光脉冲10的能量比。在本实施例中，所述第一子激光脉冲11的能量为原激光脉冲10的能量的50%，所述第二子激光脉冲12的能量为原激光脉冲10的能量的50%。
在本实施例中，所述光程延长装置40包括：光学晶体42及设于所述光学晶体42两端的高透光率防反射层44，所述第一子激光脉冲11从光学晶体42一端的高透光率防反射层44入射，并从光学晶体42另一端的高透光率防反射层44出射。所述光学晶体42选择标准是对应波长为308nm的激光时的折射率优选大于3，且吸光系数（K值）越小越好。由于光学晶体42的折射率（N值）大于空气的折射率，第一子激光脉冲11通过光程延长装置40后会使得第一子激光脉冲11和第二子激光脉冲12相对时延进一步增长，由原本存在重合的形式变为明显分开的两个子激光脉冲，为实现激光脉冲的倍频提供了条件。
在本实施例中，所述反射镜30的数量为四个，分别为第一至第四反射镜32、34、36、38，该四个反射镜30的设置位置能够保证第一子激光脉冲11以一定的角度射向分光镜20上第二子激光脉冲12的出射处即可，也可与现有技术中四个反射镜（如图1中的反射镜300）设置的位置相同；所述光程延长装置40设于第二、第三反射镜34、36之间。该第一子激光脉冲11的传输光路为：所述第一子激光脉冲11从分光镜20出射后经过第一反射镜32反射后传输至第三反射镜36，经过第三反射镜36反射后传输至所述光程延长装置40，并穿过该光程延长装置40后传输至第二反射镜34，经过第二反射镜34反射后传输至第四反射镜38，经过第四反射镜38反射后以一定角度传输至分光镜20上第二子激光脉冲12的出射处，以便经过分光镜20反射后与穿过分光镜20的第二子激光脉冲12具有相同的传播方向，进而可与第二子激光脉冲12相叠加。
作为可供选择的，本发明还可以在第一子激光脉冲11的传输光路中设置多个光程延长装置40，进而可以进一步加大第一子激光脉冲11与第二子激光脉冲12的光程差。该多个光程延长装置40的长度可以相等，也可以不等，具体根据两反射镜30之间的距离进行选择，且保证设置光程延长装置40处不会影响光路路径（即保证第一子激光脉冲11可以按照现有技术中的路径进行传输）。
综上所述，本发明的调节激光频率的方法及激光频率调节系统，通过将原激光脉冲分成两子激光脉冲，并在其中一子激光脉冲的原本光路中增加光程延长装置来进一步增大两子激光脉冲的光程差，以成为两个明显分立的子激光脉冲，最后以两者的叠加来实现激光的频率调节；同时，由于光程延长装置的电光效应是一种快速低功耗的光学效应，可以通过调制电压的波形实现对两子激光脉冲时间延迟的实时调节，进而实时动态的调节两子激光脉冲之间的时间延迟，因此，本发明可以有效的拓宽激光的频率范围，并且在相同的时间内，基板可以接受更多的激光照射，可以进一步完善多晶硅的结晶效果。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种调节激光频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、提供一原激光脉冲(10)；
步骤2、利用分光镜(20)将该原激光脉冲(10)分成分别沿两个方向传输的第一子激光脉冲(11)和第二子激光脉冲(12)；
步骤3、利用数个反射镜(30)将第一子激光脉冲(11)反射至分光镜(20)上第二子激光脉冲(12)的出射处，并在该第一子激光脉冲(11)传输过程中，使该第一子激光脉冲(11)通过一光程延长装置(40)；
步骤4、所述第一子激光脉冲(11)经分光镜(20)反射后与第二子激光脉冲(12)具有相同的传输方向，并与第二子激光脉冲(12)相叠加，并利用补偿片(50)对叠加形成的激光脉冲(13)的传输方向进行调节；
所述光程延长装置(40)包括：光学晶体(42)及设于所述光学晶体(42)两端的高透光率防反射层(44)，所述第一子激光脉冲(11)从光学晶体(42)一端的高透光率防反射层(44)入射，并从光学晶体(42)另一端的高透光率防反射层(42)出射；
所述光学晶体(42)为存在电光效应的光学晶体，所述光学晶体(42)对应波长为308nm的激光时的折射率大于3，所述高透光率防反射层(44)由MgF2或者Al2O3制成。
2.如权利要求1所述的调节激光频率的方法，其特征在于，所述第一子激光脉冲(11)为原激光脉冲(10)在分光镜(20)上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲(12)为原激光脉冲(10)部分穿过该分光镜(20)出射而形成，通过调节分光镜(20)的反射系数来调节第一子激光脉冲(11)和第二子激光脉冲(12)占原激光脉冲(10)的能量比。
3.如权利要求2所述的调节激光频率的方法，其特征在于，所述第一子激光脉冲(11)的能量为原激光脉冲(10)的能量的50％，所述第二子激光脉冲(12)的能量为原激光脉冲(10)的能量的50％。
4.如权利要求1所述的调节激光频率的方法，其特征在于，所述反射镜(30)的数量为四个，分别为第一至第四反射镜(32、34、36、38)，所述第一子激光脉冲(11)从分光镜(20)出射后经过第一反射镜(32)反射后传输至第三反射镜(36)，经过第三反射镜(36)反射后传输至所述光程延长装置(40)，并穿过该光程延长装置(40)后传输至第二反射镜(34)，经过第二反射镜(34)反射后传输至第四反射镜(38)，经过第四反射镜(38)反射后以一定角度传输至分光镜(20)上第二子激光脉冲(12)的出射处，以与第二子激光脉冲(12)相叠加。
5.如权利要求1所述的调节激光频率的方法，其特征在于，所述第一子激光脉冲(11)与第二子激光脉冲(12)叠加形成的激光脉冲(13)经补偿片(50)调节后，与原激光脉冲(10)具有相同的传输方向，且处于同一水平高度上。
6.一种激光频率调节系统，其特征在于，包括：一入射口(22)、一分光镜(20)、数个反射镜(30)、一光程延长装置(40)、一补偿片(50)及一出射口(24)；该分光镜(20)相对该入射口(22)设置，该补偿片(50)相对该出射口(24)设置；一原激光脉冲(10)从该入射口(22)入射至分光镜(20)处，经分光镜(20)分成沿两个方向传输的第一子激光脉冲(11)和第二子激光脉冲(12)，所述数个反射镜(30)将该第一子激光脉冲(11)以一定角度反射至该分光镜(20)上第二子激光脉冲(12)出射处，并与第二子激光脉冲(12)叠加后经过补偿片(50)调节传输方向后从该出射口(24)射出，所述光程延长装置(40)设于该第一子激光脉冲(11)的传输光路中；
所述第一子激光脉冲(11)为原激光脉冲(10)在分光镜(20)上部分反射而形成，所述第二子激光脉冲(12)为原激光脉冲(10)部分穿过该分光镜(20)出射而形成，通过调节分光镜(20)的反射系数来调节第一子激光脉冲(11)和第二子激光脉冲(12)占原激光脉冲(10)的能量比，所述第一子激光脉冲(11)的能量为原激光脉冲(10)的能量的50％，所述第二子激光脉冲(12)的能量为原激光脉冲(10)的能量的50％；
所述光程延长装置(40)包括：光学晶体(42)及设于所述光学晶体(42)两端的高透光率防反射层(44)，所述第一子激光脉冲(11)从光学晶体(42)一端的高透光率防反射层(44)入射，并从光学晶体(42)另一端的高透光率防反射层(42)出射，所述光学晶体(42)为存在电光效应的光学晶体，所述光学晶体(42)对应波长为308nm的激光时的折射率大于3，所述高透光率防反射层(44)由MgF2或者Al2O3制成。
7.如权利要求6所述的激光频率调节系统，其特征在于，所述反射镜(30)的数量为四个，分别为第一至第四反射镜(32、34、36、38)，所述第一子激光脉冲(11)从分光镜(20)出射后经过第一反射镜(32)反射后传输至第三反射镜(36)，经过第三反射镜(36)反射后传输至所述光程延长装置(40)，并穿过该光程延长装置(40)后传输至第二反射镜(34)，经过第二反射镜(34)反射后传输至第四反射镜(38)，经过第四反射镜(38)反射后以一定角度传输至分光镜(20)上第二子激光脉冲(12)的出射处，以与第二子激光脉冲(12)相叠加。
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