CN105103390B - 用于激光射束定位系统的相位阵列操纵 - Google Patents

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Abstract

一种以激光为基础样本的处理系统(112)的激光射束定位系统(110)自一全光纤耦接光学相位阵列激光射束操纵系统(80)在射束定位器载台(124)处产生一操纵激光输入射束(106)。系统(110)透过一或更多其它射束定位器载台(130、131、134)来导引射束(106)以形成一处理激光射束(116)，其处理安装在一支撑件(122)上的工件(120)的目标特征(118)。

Description

用于激光射束定位系统的相位阵列操纵
相关申请案的交互参考
本申请案系2013年3月15日所提申，并命名为“第四射束操纵”之美国临时专利申请案号61/789,580之利益，在此将其全体一并整合参考之。
著作权公告
2014伊雷克托科技工业股份有限公司著作权(
Figure GDA0001836955330000011
2014 Electro ScientificIndustries,Inc)。本专利文件的一部分揭示包含受著作权保护的材料。在受著作权保护的材料出现于该专利和商标局的专利档案或记录文件中时，该著作权拥有者不抗议由该专利文件或该专利揭示的任何人产生复制品，但不管如何在其它方面则保留所有著作权权利。37 CFR§1.71(d)条款。
技术领域
本揭示关于激光处理工件特征，且特别地，关于用于高功率激光微机器制造系统的相位阵列操纵。
背景技术
某些激光处理应用执行一工件上的规律间隔目标位置图案的处理。例如，某些太阳电池处理应用涉及依一规律间隔网格图案钻取穿透该硅晶圆的通孔。这些应用的客户寻求每秒几千通孔层级的非常高生产能力。
在这些应用中的通孔间隔系相当紧密，在0.25-1毫米层级上。该整体处理区域系显著的，典型地为150x150毫米平方晶圆。因此，该激光处理系统藉由快速钻取该紧密间距通孔来处理本区域。这类系统精确度系在3-20微米层级。每一个通孔的钻取时间视激光特征(波长、脉冲频率、脉冲功率和脉冲宽度)、通孔直径和基板材料与厚度而定。然而，该钻取时间典型地系在0.1-0.5毫秒层级。通孔直径典型地系在15-50微米层级。
典型的传统处理系统方式依靠以电流计(galvo)为基础定位的该激光处理射束，不是单独(使用一非常大的电流计领域)就是选择性地结合着一第二可移动载台(并藉此允许一相当小的电流计领域)。更近地，一第三声光偏转器(AOD)载台已被配置。然而，注意到这些主要、第二和第三射束操纵方式具有某些限制。
一第一系统构造配置使用涵盖该整个工件的单一大电流计领域的以电流计为基础的处理激光射束定位。本配置不是一非常大的扫描镜片就是一后镜片扫描系统。在任一案例中，该电流计典型地以一固定速度将该处理射束移动过该整个工件，且一控制器向每一个通孔位置发射一激光脉冲却不停止该电流计。一相当小脉冲量被使用于每一个通孔，因而一些处理操作被执行以彻底地钻取每一个通孔。据此，一规律间隔目标通孔位置图案改善处理时间。因为电流计转向只发生在该工件边缘处，故本方式避免该时序上射部分和惯常电流计加速度和减速度的热效应。在该工件表面的激光焦点(或简称为焦点)未因该自由间隔光学仪器而太失真并保持成焦点的角度偏转范围测量值典型地系介于横跨一扫描轴的1,000至10,000焦点宽度(或简称为焦点)之间。
若一非常大型扫描镜片被使用以涵盖该整个工件领域，则该大型镜片系遭遇到起因于搭配高功率激光射束进行工作的光学仪器热量所引起的精确度下降。该大型镜片也使用一大型射束直径以得到该要求工件表面焦点尺寸。这类大型射束直径使用大型电流计，其接着承受起因于移动具有大型(高惯性)电流计的大型(高惯性)反射镜的较低热效率的精确度效应损失。
若该后镜片扫描系统被使用以涵盖该整个工件领域，则该镜片热精确度效应被减少。然而，该处理系统承受该非远心射束传送效应损失，其降低该钻孔质量。甚至，减少这类远心错误可藉由维持一长焦距而得，其必须使用一大型射束直径以得到该要求工件表面焦点尺寸。这个导致类似上述那些因为在这类系统中运用该些大型电流计所导致的热精确度议题。若远心错误不重要，则某人可使用较短焦距镜片并避免因使用一动力聚焦构件所产生的不平聚焦领域问题。本方式缺点包含成本代价；复杂；该聚焦构件的不精确性贡献；用于非常高速应用的聚焦构件成本；及残留远心错误。
一第二系统构造系一复合定位系统，其中，一小型电流计领域(典型地约为20毫米平方)系结合将一电流计头部移动过该工件(不是透过一X-Y工件表格就是经由一交叉轴可移动光学仪器架构)上方的结构性机械装置来配置之。如在该第一系统构造中地，该电流计可以一固定速度扫过该些通孔，在每一个通孔产生该处理激光射束脉冲，以避免停在每一个通孔位置的上射部分。在该电流计快速扫过它的领域时，该电流计用掉显著时间于该扫描场边缘进行加速并减速。本时间支出引起生产能力上的显著减少，且若高加速度被使用于减少该转向时间，则热加热该电流计降低精确度并对可得加速度放置一上限。然而，该第二系统构造确实具有较高精确度(起因于搭配该较小扫描镜片的减少镜片失真)、改善通孔质量(起因于该较小、较低失真扫描镜片和该远心扫描场)及潜在性高射束定位速度(起因于小电流计和反射镜)的优势。然而，本方式也许会因为上述视使用于处理每一个通孔的激光脉冲数量而定的生产能力限制而无法实行。
在一第三射束位置载台中的声光偏转器具有较电流计(约2.5千赫)大约三阶大小的带宽(约1兆赫)。因此，声光偏转器致能用于该些电流计错误校正以及在它们偏转(大约10至50焦点)范围内的非常快速射束操纵。但是，该些习知激光(对于目前发展中的实验性激光更是如此)状态以越来越快的重复速率(例如，自几个兆赫至几千个兆赫)提供越来越高的功率。同时，一些激光可快速地进一步藉由增加重复速率彻底地超过1兆赫来缩放功率并藉此可到达1.6兆赫及以上的最大平均功率。这些带宽超过用以完全地在空间上分开每一个脉冲与它相邻脉冲的第三射束定位系统能力。完全地分开脉冲系由该激光微机器制造领域的许多程序所使用，但若脉冲部分重叠，则发生下列二种负面效应：局部热累积取消超快激光所提供的热消融有利效应并具有脉冲-羽状物相互作用。
发明内容
一种用于导引一激光射束朝向一工件上的目标位置以响应一位置命令的设备，包含：一低带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的低频部分；一中带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的中频部分；及一高带宽定位器载台，包含架构来对相对于该工件的激光射束进行相位阵列操纵以响应该位置命令的高频部分的一相位调变器阵列。
一种用于导引一激光射束来处理一工件上的目标位置以响应一位置命令的方法，必须：导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的低频部分；导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的中频部分；及利用一相位调变器阵列对相对于该工件的激光射束进行相位阵列操纵以响应该位置命令的高频部分。
一种对安排成一紧密间隔图案的工件特征实现高生产能力激光处理并极小化工件特征处理不精确和质量下降的方法，该不精确和质量下降起因于工件特征处理期间在导引该激光射束的激光射束定位和光学组件上的动力和热负载，包含定位一支撑件上的工件，该工件具有定义一处理表面区域的处理表面；导引一激光射束至一射束定位系统以提供一处理激光射束入射在该工件的处理表面上的特征位置处，该射束定位系统包含一可移动载台及第一和第二射束定位器，其搭配该可移动载台来处理该工件处理表面上的特征位置处的一紧密间隔图案中的工件特征，该第一射束定位器具有一第一响应时间与可操作来定位该处理表面的扫描场区域内的处理激光射束，且该第二射束定位器包含具有一第二响应时间与可操作来相位阵列操纵该处理射束行进至该扫描场区域内的位置，该第二响应时间系短于该第一响应时间；及协调该可移动载台、该第一射束定位器和该第二射束定位器的操作以定位该扫描场区域内的处理激光射束并移动该扫描场区域以涵盖该处理表面。
额外观点及优势会显而易见于参考该些附图所进行的下列较佳实施例详细说明中。
附图说明
图1系一维激光射束操纵系统的方块图。
图2系显示一多核心光子晶体光纤剖面的扫描式电子显微镜的显微照相描绘图。
图3、图4、图5和图6系由图2多核心光子晶体光纤所传送的二射束轮廓对描绘图，每一对包含一近场和远场描绘。
图7系该揭示光纤耦合光学激光射束操纵系统实施例的硬件构造方块图。
图8系该揭示激光射束定位系统实施例的硬件构造方块图。
图9、图10、图11和图12系用于图8激光射束定位系统的偏转效率与偏转位置相对应图，所示虚线指示用以使横跨一相位阵列操纵扫描场的射束强度平坦的千兆赫振幅调变效应。
具体实施方式
一声光偏转器的速度基本上受到声波速度所限制。这个限制将目前声光偏转器限制至约1兆赫带宽，许多像电流式反射镜对者被限制至约2.5兆赫带宽。该约1兆赫带宽致能操作在低于1兆赫(典型地低于500千赫)重复速率的Q开关激光的单焦点配置控制，但二极管种子调变和锁模激光系可操作于几十兆赫范围并轻易地扩大至几百兆赫范围。
为了提供这些较高重复速率，在此所述某些实施例包含具有用以将激光射束位置系统的操纵速度能力增加至超过1千兆赫速率的全光纤耦合光学技术的超快相位阵列操纵。因为本高许多的带宽之故，本方式致能在该激光脉冲它本身(也就是，脉冲内射束操纵)持续期间内的操纵超过约1奈秒的激光脉冲持续期间。因此，小的二维特征可经由超快操纵单一脉冲在该工作表面上进行处理，而非透过将多个分立脉冲序列地放置成该要求图案。因为该非常高工作表面速度之故，该激光材料相互作用-尤其关于它的流体动力学方面-可以不可轻易取得方式，利用较慢重复速率所传送的序列脉冲配置或较长脉冲宽度来量身定做。
一运用相位阵列操纵及全光纤耦合光学仪器的这类系统范例系参考图8来描述之。然而，最初，相位阵列操纵及全光纤耦合光学仪器实施例系参考图1-7来介绍之。最后，参考至图9-12，实施例被描述以使用具有全光纤耦合光学技术的相位阵列操纵来取得具有高达千兆赫带宽的相对偏转效率校正。
相位阵列操纵系以相对较长电磁波长建立的科技，因此，通常使用于例如雷达中。观念上，相位阵列操纵原理也可被应用至相对较短光学波长-尤指红外线、可见光和紫外线波长-通常使用于该高功率激光微机械制造领域。
McManamon等人描述于IEEE会议记录第97册第6期第1078页至第1096页(2009)，命名为“用于窄频带电光系统的相位阵列操纵论述(A Review of Phased Array Steeringfor Narrow-Band Electrooptical Systems)”报告中的在相位阵列操纵背后的物理学。大体上，相位阵列操纵系依据垂直于它的波前的激光射束传播。据此，一操纵波前可藉由使用延迟一些子束而非其余者的相位调变器阵列自一些个别紧密包装的锁相发射器射束(所谓子束)中建立之，该些延迟子束接着被结合以发展出该塑造(操纵)波前。这个因为延迟该波前的一些部分而有效地倾斜该波前，并藉此操纵该所致结合射束。电流相位调变器具有大于1千兆赫的带宽，其系快于声光偏转器几层级大小，藉此提供复合射束定位系统在带宽阶层中的下一阶级。
包含一激光、一前置放大器和一相位调变器阵列以进行相位阵列操纵的电光相位阵列操纵系统的完全整合在芯片上版本已由Doylend等人描述于Optics Letters第37册第20期第4257页至第4259页(2012)，命名为“具有整合一维自由间隔射束操纵的混合第三族/第四族硅光子源(Hybrid III/IV silicon photonic source with integrated 1D free-spaced beam steering)”报告中。然而，本系统操作于相当低的激光功率。
微机械制造典型地依靠高于一相位调变器阵列可操控的平均和高峰功率。较高功率系藉由在该激光放大载台之前提供相位调变而得。给予该相位调变实际上操纵该射束，若允许该操纵射束如同它子束的相干总和般地来传播，则在相位调变后的放大系重要的。例如，不具有一大型板条放大器，该操纵射束可被操纵于该高增益放大区域之外。另一方面，具有包括该射束操纵偏转范围整个宽度的同质放大区域的大型板条放大器会因为该整个应用区域会需要被注入而变得无效率，即使在该射束正前进至那个区域中一相当小部分的任一时刻时亦然。
相位调变后的放大已说明于麻省理工学院的林肯实验室。在光学快递期刊第20册第16期第17311页至第17318页(2012)，命名为“来自一6构件光学相位阵列的高速高功率一维射束操纵”的报告中，Huang等人描述且图1显示包含一主振荡器功率放大器(MOPA)结构14来产生经由一分束器18所分割成为未操纵子束20的一激光射束16的系统10。该些子束20系个别地导引至可操作耦合至操纵电子仪器24的相位调变器阵列22。该些电子仪器24指示该阵列22中的一些调变器来延迟该些子束20中的相对应者，并藉此产生相位阵列操纵子束26。该些子束26进入一板条耦合光学波导半导体放大器(SCOWAs)30阵列，透过该放大载台来放大，被聚焦在一转换镜片32，以及朝向一回馈路径36和一输出路径38来射出。
该些板条耦合光学波导半导体放大器30的波导天性抑制该些相位阵列操纵子束26传送至该些板条耦合光学波导半导体放大器30的行动。然而，由于涉及的本体(板条耦合)光学仪器和在该些板条耦合光学波导半导体放大器30中的个别分立放大器40的独一无二放大特征之故，使该相位漂移产生规律性维修期，其间，一维修期开关42暂时使相位阵列操纵操作失能并启动一随机并行梯度下降(SPGD)控制器44算法来对一电流驱动器46执行维修调整。
维修重新建立(例如，校准)在该些板条耦合光学波导半导体放大器30出口处的子束26之间的相位关系。在主动锁相补偿重新定相维修操作期间的时期放慢该微机械制造程序。在该公开报告中，该系统10的操作工作周期系66％。而本工作周期可被改善时，该些分立放大器40仍会随时产生实质差动相位漂移。
为了得到减少的可贡献至一本体放大器的差动相位漂移，一多核心光子晶体光纤(MC-PCF)50(剖面示于图2中)不是可提供一被动锁相放大就是可提供一主动锁相放大。该多核心光子晶体光纤50包含其捕抓在该多核心光子晶体光纤50中的泵源能量(未显示)的周边空气毛细管52、七个镱掺杂核心56及抑制传送至该些核心56的低或高子束能量60、62(图3至图6)的绕射能量损失但仍允许泵源能量自由地移动并藉此放大该些传送子束能量60、62的相当小的空气毛细管58。
在光学通讯期刊第35册第14期第2326页至第2328页(2010)，命名为“经由多核心光子晶体光纤内的锁相放大产生150百万瓦、110飞秒脉冲”报告中，Fang等人描述在缩放光子晶体光纤内的有效模区域背景中使用一多核心光子晶体光纤以致能较高峰值功率。该报告描述且图3至图6显示使用已短暂性地耦合核心以致能核心之间的被动锁相的多核心光子晶体光纤。例如，图3和图4系各自以一20瓦泵功率产生多核心光子晶体光纤输出的近场和远场射束轮廓图，未显示被动锁相；而图5和图6显示以一60瓦泵功率产生的被动锁相。换言之，图3显示在核心之间的相位系随机，藉此在图4射束轮廓中产生噪声；而图5显示该相位系稳定的，以产生图6中的纯高斯射束轮廓。
图5和图6所示的被动锁相技术减少花费在主动相位稳定上的资源。进一步，一多核心光子晶体光纤具有一固有地高包装密度，其意味着在该有效光发射器之间具有相当小的距离(及执行效率差异)。较于该些侧面波瓣的能量比值，该高包装密度相维持该远场中心波瓣内含高能量比值。
图7根据本揭示一实施例显示具有使用一全光纤耦合光学波导和多核心光子晶体光纤放大器进行相位调变之后的放大的光纤耦合光学激光射束操纵系统80。
一种子激光84产生具有飞秒、微微秒或奈秒脉冲宽度持续期间和自1千赫至1千兆赫范围内脉冲重复速率的可变(透过具有1千兆赫带宽的马赫瑞德(Mach Zehnder)干涉计)低功率激光脉冲86。奈秒脉冲时序允许如参考至图9至图12所述地根据一奈米周期来改变该可变强度。该种子激光84可为任何低功率激光，但一实施例包含可由奥勒冈州波特兰(Portland)市伊雷克托科技工业股份有限公司的本揭示受让者取得的PyroPhotonics 2瓦激光。
可由德国耶拿(Jena)市Jenoptik公司取得的分束器88将激光脉冲86分割成一些子束90。该些子束90被个别导引至可操作耦合至类似于该系统10那个的操纵电子仪器94的相位调变器阵列92。
该相位调变器阵列92可为具有多个输入和输出的单一阵列装置或由珍诺第克公司取得的一些个别(分立)调变器所建构的阵列。另一实施例使用由法国贝桑松(Besancon)市Photline公司取得的NIR-MPX-LN-05调变器。一激光可被相位阵列操纵的速度系以该些相位调变器速度为条件。前述调变器目前具有超过1千兆赫带宽，其系较目前可取得的最快机械性、电流计或声光偏转器/电光偏转器激光处理射束操纵科技快几层级大小。
在该些子束96透过该阵列92朝向一三维单模波导100移动时，该相位调变器阵列92产生该些子束96之间的相位差异。一合适波导系可由英国利文斯顿(Livingston)市OptoScribe公司取得。该波导100系光纤耦合于该阵列92和具有7至21核心(未显示)范围的多核心光子晶体光纤102之间。该多核心光子晶体光纤102包含如前述参考至图2至图6般地经由一泵驱动器104注入的多核心光纤(或一多核心光子光纤棒)。用于该电信工业的多核心光纤系正由例如日本东京市电信电话株式会社(NTT Communications of Tokyo,Japan)发展中。同时具有下列能够产生多核心光子晶体光纤棒的公司：丹麦比克勒
Figure GDA0001836955330000091
市NKT Photonics A/S公司；法国拉尼翁(Lannion)市Photonics Bretagne公司；加拿大魁北克市INO公司。
该系统80的全光纤接合射束路径提供具有高增益和高平均与高峰功率兼容性的操纵射束106。该多核心光子晶体光纤102的紧密包装放大器核心减少该多核心光子晶体光纤102放大器的相对相位漂移。该全光纤耦合系统80不具有自由空间光学仪器并因此在相较于该系统10时更稳定。
相位阵列操作技术不需取代声光偏转器或任何其它第三射束操纵科技-虽然技术上而言，它的执行能力和特性基本上系可调整来取代或补充现存射束定位系统。然而，做为一现存激光射束定位系统的一部分，相位阵列操纵可被整合成提供增强的下一射束操纵带宽层的第四(第四)射束操纵组件载台。
图8根据一实施例显示一以激光为基础样本的处理系统112的激光射束定位系统110硬件构造。该射束定位系统110自该系统80产生该相位阵列操纵激光输入射束106，并导引它以形成一处理激光射束116，其处理安装于支撑件122上的工件120的目标特征118(例如，通孔)。
该射束定位系统110包含具有该系统80的一射束操纵载台124、一以反射镜为基础的射束定位器130、具有一零惯性光学偏转器132(例如，一声光偏转器)的一零惯性光学偏转器载台131、及一可移动载台134，用以导引该处理射束116来处理在该工件120的工作表面138上的目标特征位置处136的目标特征118。这四个载台具有下列特征。
该主要可移动载台134具有约100赫带宽及(理论上)无限焦点数量的一射束偏转范围。尽管一些载台特征在偏转方面，但可移动载台134例如移动一射束且严格来说并未偏转射束。该可移动载台134支撑该电流计头部130、该声光偏转器132和该系统80，且系给予该可移动载台134沿着一X轴方向140并沿着一Y轴方向142移位的套件的一部分。
该第二(电流计)以反射镜为基础的射束定位器载台130具有约2.5千赫带宽。它的偏转范围在横跨一扫描轴各处系约1,000焦点(或更大)层级。因此，它的偏转区域就焦点平方而言系约1,000焦点(或更大)x 1,000焦点(或更大)。该以反射镜为基础的射束定位器130可为一二轴快速操纵反射镜(FSM)或一二轴电流计射束定位器头部，后者被使用于所述实施例中。一合适范例性快速操纵反射镜系一PI S330压力尖端/倾斜平台，其可由德国卡尔斯鲁/庞巴(Karlsruhe/Palmbach)市的Physik Instrument GmbH&Co.KG公司取得。一合适电流计系一6230H电流计，其系可由麻州莱辛顿(Lexington)州的Cambridge Technology公司取得。
该第三零惯性光学偏转器载台131具有100千赫至1兆赫范围带宽和一约10-100x约10-100焦点的偏转区域。一合适范例性声光偏转器系一Neos 45100-5-6.5 DEG-.51一维偏转器，其系可由佛罗里达州墨尔本(Melbourne)市的Neos Technologies公司取得。
该第四相位阵列操纵载台124具有超过1千兆赫带宽和一7-19焦点偏转区域。这个焦点区域或扫描场系相依于该系统80中的有效相位调变器/放大器核心数量。尽管目前相当地贵，然该相位调变器数量理论上系无限，其说明相位阵列操纵可取代较慢载台。
该系统110包含额外组件。例如，传统中继镜片组件144被定位以在该声光偏转器132偏转该操纵射束之后且它入射在该电流计头部130之前，调节该操纵射束106。该中继镜片144将自该声光偏转器132传送的操纵射束106的“枢轴点”转发至该电流计头部130的扫描反射镜表面。该中继镜片144系选择性的，视该声光偏转器132的角度偏转范围及该射束路径长度而定。该中继镜片144的目的系减少撞击在该电流计扫描反射镜上的射束偏转。该射束应撞击在该电流计扫描反射镜中心上，以在该射束未居中时，抑制焦点失真和扫描场失真。另一类似中继镜片系统可被放置于该相位阵列操纵系统80和该声光偏转器132之间。
一扫描镜片146被定位以在该电流计头部130偏转该处理射束之后且它入射在该工件120的处理表面138之前，调节该处理射束116。
该电流计头部130系由用以定义该处理射束116所涵盖处理表面138的一扫描场区域150的X-Y移位限制所特征化。该扫描场区域150沿着每一轴维大小系介于1毫米至50毫米范围。回应至施用射频功率，声光偏转器132偏转该操纵射束106以沿着一轴(也就是，X轴)来移动该处理射束116，以处理沿着该扫描场区域150内的处理频带152座落的多个目标特征118。该可移动载台134将它整体旋转过该处理表面138上方的扫描场区域150以处理该工件120的全部目标特征118。
一控制器160协调该系统80、该声光偏转器132、该电流计头部130和该可移动载台134的操作。因此，操作该射束定位系统110以根据该控制器160所协调的下列射束定位序列来移动该处理射束116而形成该些通孔118。
起初，该系统80操纵该射束106，且该声光偏转器132偏转该操纵射束106，使得该处理射束116移动于该X轴方向140以沿着该处理频带152以一作用线(LOA)152形式来处理该些通孔位置136处的一通孔118线。该处理射束116停留在该些位置136中的每一者上，较佳地持续到足以利用小量(例如，1-5个)激光脉冲来穿孔以钻取该通孔118的时间。
在完成沿着该作用线152钻取一通孔118线后，该电流计头部130立即定位该处理射束116的作用线152以重复该系统80和该声光偏转器132的射束偏转操作，以钻取该扫描场区域150中的通孔位置136处的一相邻通孔118线。定位该作用线152和钻取一通孔118线被重复，直到完成该扫描场区域150所包括全部通孔118线的钻取为止。该可移动载台134旋转过该处理表面138上方的扫描场区域150以涵盖该些未钻取通孔位置136并由该处理激光116致能它们的钻孔以不是响应来自该系统80、该声光偏转器132就是两者的射束偏转。额外射束定位序列操作系描述于让渡给伊雷克托科技工业股份有限公司，也是本揭示受让人的美国专利号8,680,430中。
在一替代性配置中，控制器160可协调可移动载台134和电流计头部130的动作以将作用线152维持在处理表面138上的一固定位置处，即使在可移动载台134正在移动中亦然。由复合射束定位器系统达成的这类操作描述于美国专利号5,798,927和5,751,585中，其两者系让渡给伊雷克托科技工业股份有限公司。
该系统80的相位阵列操纵操作快速地定位该处理射束116至下一相邻通孔位置136且藉此有效地消除沿着该作用线152的通孔位置136之间的移动时间，并允许该处理激光射束116停留在每一个通孔位置136来进行处理。本移动及停留能力允许该声光偏转器132和该电流计头部130暂停或减慢处理该些通孔位置136时的扫描场区域150定位。
图9至图12针对一范例性相位阵列操纵系统设计显示横跨该示范性系统的扫描场的焦点尺寸效率对偏转图形。该些图形显示在一相位阵列操纵系统增加射束偏转时，该操纵射束损失能量且在微机械制造上变得较无效率。为了将横跨该相位阵列操纵系统的扫描场工作表面维持固定能量，一种子激光输出功率系根据偏转并同步(同时地)于该偏转控制进行调变，以补偿该偏转效率变化。本脉冲间或脉冲内振幅调变系以与该相位调变器阵列92那个相同的1千兆赫带宽来执行之。因此，脉冲间及脉冲内振幅调变可同步于相位阵列操纵，使得以高达1千兆赫传送的脉冲系根据该偏转量进行振幅调变，藉此补偿贡献至高偏转的效率损失。虚线180指示传送一改善振幅调变脉冲。
除了操纵外，相位阵列操纵还提供用以执行射束塑形的能力。例如，取代使用一线性相位延迟轮廓来控制阵列92的调变器，一抛物线相位延迟轮廓可被使用于聚焦或散焦一焦点。但理论上，任何波前类型可产生于该些相位调变器和一多核心光子晶体光纤中核心包装密度所给予的空间分辨率内，其意味着某一波前失真补偿及某一射束塑形系落在本揭示范围内。这些技术可被扩大至用于(目前)大于1奈秒的脉冲宽度持续时间的脉冲内射束塑形。在脉冲内射束塑形内，脉冲起始系聚焦于一区域且该脉冲结尾系聚焦于另一区域。
该射束定位系统110的优势包含于下。该射束定位系统110提供高生产能力处理该规律间隔工件特征118，同时将起因于该射束定位和光学组件上的动力和热负载所产生的精确度和工件特征质量下降极小化。该射束定位系统110可取得1千兆赫带宽，以及射束操纵和塑形。射束操纵和塑形可提供脉冲间或脉冲内激光聚焦，藉此排除额外系统组件。
熟知此项技术之人士会了解到对于上述实施例细节的许多变化可被产生而不偏离本发明基本原理。因此，本发明范围应只由下列权利要求书决定之。

Claims (12)

1.一种用于激光射束的相位阵列调变的设备，包括：
种子激光源，配置成产生激光脉冲射束；
分束器，配置成将所述激光脉冲射束分割成多个子束；
相位调变器阵列，光学耦合至所述分束器且运作以产生在所述多个子束之间的相位差异；
相位调变电子仪器，可运作地耦合至所述相位调变器且配置成控制所述相位调变器阵列的操作；
种子激光输出功率调变器，可运作地耦合到所述种子激光源；
多核心光子晶体光纤放大器，所述多核心光子晶体光纤放大器配置成放大透过所述相位调变器阵列所输出的所述多个子束，因而在其输出处产生经放大的激光射束；以及
波导，光学地耦合在所述相位调变器阵列的输出和所述多核心光子晶体光纤放大器的输入之间，
其中所述相位调变电子仪器系运作为控制所述相位调变器阵列的操作以操纵所述经放大的激光射束，以及所述种子激光输出功率调变器配置成基于所述经放大的激光射束的操纵而同步于所述相位调变器阵列的操作来补偿所述种子激光源的输出功率。
2.如权利要求1的设备，其中，所述相位调变电子仪器系进一步运作为控制所述相位调变器阵列的操作以用塑造所述经放大的激光射束的方式产生在所述多个子束之间的相位差异。
3.如权利要求2的设备，其中，所述相位调变电子仪器系进一步运作为控制所述相位调变器阵列的操作以散焦所述经放大的激光射束。
4.如权利要求1的设备，其中，所述相位调变器阵列包括多个相位调变器，所述多个相位调变器具有至少1千兆赫的带宽。
5.如权利要求1的设备，其中，所述多核心光子晶体光纤放大器包括至少7核心。
6.如权利要求1的设备，其中，所述多核心光子晶体光纤放大器包括在透过所述相位调变器阵列输出的所述多个子束的放大期间暂时地耦合的多个核心。
7.如权利要求1的设备，其中，所述多核心光子晶体光纤放大器系运作以提供透过所述相位调变器阵列输出的所述多个子束的被动地锁相放大。
8.一种用于激光射束的相位阵列调变的方法，包括：
使用种子激光源来产生激光脉冲射束；
将所述激光脉冲射束分割成多个子束；
在相位调变器阵列内，产生在所述多个子束之间的相位差异；
在多核心光子晶体光纤放大器内，放大透过所述相位调变器所输出的所述多个子束，因而产生经放大的激光射束，其中产生在所述多个子束之间的相位差异包括控制所述相位调变器阵列的操作以操纵所述经放大的激光射束；以及
当控制所述相位调变器阵列的操作以操纵所述经放大的激光射束时，基于所述经放大的激光射束的操纵而同步于所述相位调变器阵列的操作来补偿所述种子激光源的输出功率。
9.如权利要求8的方法，其中，产生在所述多个子束之间的相位差异包括进一步控制所述相位调变器阵列的操作以用塑造所述经放大的激光射束的方式产生在所述多个子束之间的相位差异。
10.如权利要求9的方法，其中，产生在所述多个子束之间的相位差异包括进一步控制所述相位调变器阵列的操作以散焦所述经放大的激光射束。
11.如权利要求8的方法，其中，所述多核心光子晶体光纤放大器包括多个核心，并且在透过所述相位调变器阵列输出的所述多个子束的放大期间暂时地耦合所述多个核心。
12.如权利要求8的方法，其中，放大透过所述相位调变器所输出的所述多个子束包括透过被动地锁相放大来放大。
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