CN105511030A - 一种激光脉冲延时系统和激光退火系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光脉冲延时系统和激光退火系统，包括：设置在传输光路上的分光单元、第一反射单元和延时单元，分光单元用于将激光器发射的激光光束进行分光，分成第一基准光和第二基准光，并将第一基准光传输至第一反射单元，将第二基准光传输至延时单元；第一反射单元用于将接收到的第一基准光反射至待照射的部件；延时单元用于将接收到的第二基准光进行延时后传输至待照射的部件。由于在对激光器发射的光束进行延时，使分成的两束基准光能够分别照射到待照射的部件上，因而使得在一个激光脉冲周期内，照射到待照射的部件上的总脉冲时长大于激光器发射的激光光束的脉冲时长，延长了激光器一次照射的时长，提高了激光工作能量的利用率。

Description

一种激光脉冲延时系统和激光退火系统
技术领域
本发明涉及激光脉冲领域，尤其涉及一种激光脉冲延时系统和激光退火系统。
背景技术
目前，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本也在逐步降低，因而它的应用范围也在不断的扩大。然而，激光器在应用过程中，由于一次照射的时间非常短，因而需要激光进行多次重叠照射，同时，针对能量要求不高的操作时，还需要滤除一部分能量，造成能量的浪费。
例如，在AMOLED(Active-MatrixOrganicLightEmittingDiode，有源矩阵有机发光二极体面板)显示屏技术中，其背板技术一般采用载流子迁移率较高的低温多晶硅薄膜晶体管作为驱动，而在制备多晶硅时，常采用激光退火的方法，即采用准分子激光器照射非晶硅薄膜，激光照射后的非晶硅会融化并重新结晶成为多晶硅，以500Hz的激光脉冲为例，每个脉冲占28ns，其他1972ns为空，在激光照射后的非晶硅会融化并重新结晶成为多晶硅，由于一次照射时间非常短(28ns)获得的晶粒尺寸很小，需要重叠照射以获得大的晶粒尺寸。同时出射激光能量一般是远大于非晶硅融化的能量，需要将这部分能量通过衰减装置滤除。因而，如何在不改变激光器内部结构的前提下，能尽量延长激光器一次照射的时长，并且针对能量要求不高的操作，如何应用多余的激光能量，从而提高激光工作能量的利用率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
综上所述，如何延长激光器一次照射的时长，并充分利用能量要求不高的操作中多余的激光能量，从而提高激光工作能量的利用率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统和激光退火系统，用以解决现有技术中存在的如何延长激光器一次照射的时长，并充分利用能量要求不高的操作中多余的激光能量，从而提高激光工作能量的利用率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统，包括：设置在激光光束的传输光路上的分光单元、第一反射单元和延时单元，其中，
所述分光单元，用于将激光器发射的激光光束进行分光，分成第一基准光和第二基准光，并将所述第一基准光传输至所述第一反射单元，以及将所述第二基准光传输至所述延时单元；
所述第一反射单元，用于将接收到的所述第一基准光反射至待照射的部件；
所述延时单元，用于将接收到的所述第二基准光进行延时后，传输至所述待照射的部件；
其中，在一个激光脉冲周期内，照射到所述待照射的部件上的激光光束的总脉冲时长大于所述激光器发射的激光光束的脉冲时长。
由于本发明的激光脉冲延时系统中设置了分光单元，可以将激光器发射的一束激光束分成第一基准光和第二基准光，并直接将第一基准光反射至待照射的部件上；将第二基准光通过延时单元进行延时之后，传输至待照射的部件上；进而实现了将一束激光光束分成两束光，并通过对其中一束光进行延时，使分成的两束基准光能够分别照射到待照射的部件上，因而在一个激光脉冲周期内，照射到待照射的部件上的激光光束的总脉冲时长大于激光器发射的激光光束的脉冲时长，这样不仅相当于延长了激光器一次照射的时长，并充分的利用了激光光束的能量，提高了激光工作能量的利用率。
可选的，所述分光单元为半透半反镜。
可选的，所述第一基准光和所述第二基准光的传输光路互相垂直。
可选的，所述第一基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的反射光，所述第二基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的透射光；或，
所述第一基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的透射光，所述第二基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的反射光。
可选的，所述第一反射单元为反射镜；
所述分光单元，具体用于将接收到的经过所述反射镜反射后的第一基准光进行透射后，传输至所述待照射的部件。
可选的，所述延时单元包括：第二反射单元、以及驱动所述第二反射单元按照周期性轨迹转动的驱动单元；
其中，所述第二反射单元具有开口、以及能够使所述第二基准光在所述第二反射单元内部进行反射的反射面；
所述第二反射单元的开口，用于入射所述第二基准光，并在驱动单元驱动所述第二反射单元的开口转动到同一位置时，将在所述第二反射单元中经过反射延时后的第二基准光出射至所述分光单元；
所述分光单元，具体用于将接收到的所述经过反射延时后的第二基准光进行透射后，传输至所述待照射的部件。
可选的，所述开口区域的面积不小于所述激光光束的光斑面积。
可选的，所述第二反射单元内部设置有填充物。
可选的，所述填充物为水、透明的液体溶剂或透明的固体。
可选的，所述第二反射单元的反射面的形状为圆形。
可选的，所述第二反射单元的转动周期为4rnk/c；其中k为偶数，c为光在真空中的运动速度，n为所述填充物的折射率，r为所述第二反射单元的半径。
本发明实施例提供的一种激光退火系统，包括：用于发射激光光束的激光器、设置在激光光束的传输光路上的本发明实施例提供的上述激光脉冲延时系统、以及设置在所述激光脉冲延时系统的出光路径上需要进行激光退火处理的基板。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统的结构示意图；
图2本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统的光路传输示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统的整体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种激光退火系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统的结构示意图，包括：设置在激光光束的传输光路上的分光单元101、第一反射单元102和延时单元103，其中，
分光单元101，用于将激光器104发射的激光光束00进行分光，分成第一基准光01和第二基准光02，并将第一基准光01传输至第一反射单元102，以及将第二基准光02传输至延时单元103；
第一反射单元102，用于将接收到的第一基准光01反射至待照射的部件105；
延时单元103，用于将接收到的第二基准光02进行延时后，传输至待照射的部件105；
其中，在一个激光脉冲周期内，照射到待照射的部件105上的激光光束的总脉冲时长大于激光器104发射的激光光束的脉冲时长。
需要说明的是，上述激光脉冲延时系统10是应用到激光器中，当需要使用激光器照射某一待照射的部件时，将激光器发射出的激光光束经过上述激光脉冲延时系统的延时后，照射到该待照射的部件上，而待照射的部件是指需要进行激光照射的物体，可以根据实际需要选取，比如进行激光退火时，待照射的部件即为需要进行激光退火的基板。
实施中，由于本发明的激光脉冲延时系统10中设置了分光单元101，可以将激光器104发射的一束激光光束00分成第一基准光01和第二基准光02，并通过第一反射单元102直接将第一基准光01反射至待照射的部件105上；通过延时单元103将第二基准光02进行延时之后，传输至待照射的部件105上；进而实现了将一束激光光束分成两束光，并通过对其中一束光进行延时，使分成的两束基准光能够分别照射到待照射的部件105上，因而在一个激光脉冲周期内，照射到待照射的部件105上的激光光束的总脉冲时长(即第一基准光01和第二基准光02照射的时长总和)大于激光器104发射的激光光束的脉冲时长，这样不仅相当于延长了激光器104一次照射的时长，并充分的利用了激光光束的能量，提高了激光工作能量的利用率。
其中，延时单元103将第二基准光02进行延时的延时时长可以根据需要进行调整，激光器104发射的一束激光光束00分成第一基准光01和第二基准光02分别在不同的时刻照射到待照射的部件105上。
具体实施时，可以调整为第一基准光01照射完之后，第二基准光02紧接着照射到待照射的部件105上，即两者之间没有时间间隔，相当于连续照射到待照射的部件105上；或者是两者之间有一定的时间间隔，但仍然处于一个脉冲周期内；也就相当于是将一个脉冲周期内的一束激光光束分成两束，分别照射到待照射的部件105上，相当于延长了激光器104一次照射的时长，并充分的利用了激光光束的能量，提高了激光工作能量的利用率。另外，也可以使第一基准光01和第二基准光02照射到待照射的部件105上的时间间隔大一点，例如，通过调整延时时长，使该脉冲周期内的第二基准光02与下一个脉冲周期中的第一基准光重合，即将一个脉冲周期内发射的激光光束的部分能量与下一个脉冲周期内的激光光束的部分能量进行中和，进而可以使照射到待照射的部件105上的激光光束的能量更加均匀。
为了更加清楚的说明本发明实施例提供的激光脉冲延时系统10的可能情况，如图2所示，本发明实施例提供了一种激光脉冲延时系统的光路传输示意图。其中，分光单元的作用是将激光器发射的激光光束分成两束光束，可选的，分光单元101为半透半反镜。较佳的，半透半反镜放置的位置与激光器发射的激光光束00之间的夹角为45°。实施中，该夹角可以根据需要进行调整。
实施中，经过半透半反镜分光的两束光束，一束传输至第一反射单元102，另一束传输至延时单元103，两束光束之间的夹角为90°，经过半透半反镜分光后，更优选地，第一基准光01和第二基准光02的传输光路互相垂直。
进一步的，经过半透半反镜分光的两束光束，一束是激光器发射的激光光束00经过半透半反镜之后的透射光，另一束是激光器发射的激光光束00经过半透半反镜之后的反射光。可选的，第一基准光01为激光光束经过半透半反镜后生成的反射光，第二基准光02为激光光束经过半透半反镜后生成的透射光；或，第一基准光01为激光光束经过半透半反镜后生成的透射光，第二基准光02为激光光束经过半透半反镜后生成的反射光。如图2所示，其中，第一基准光01为反射光，第二基准光02为透射光。
也就是说，图2中第一反射单元102和延时单元103的位置可以互换，又或者是通过调节半透半反镜和激光器的位置，使传输至第一反射单元102的光束为透射光，而传输至延时单元103的光束为反射光。
实施中，采用反射镜作为第一反射单元102，可选的，第一反射单元102为反射镜；而分光单元101，则具体用于将接收到的经过反射镜反射后的第一基准光01进行透射后，传输至待照射的部件105。如图2所示，激光器发射的激光光束00经过半透半反镜之后的反射光(即第一基准光01)，传输至第一反射单元102，经过反射之后的第一基准光01传输至分光单元101，再经过分光单元101的透射，传输至照射的部件105上。
延时单元的作用主要是为了使接收到的激光光束进行延时，可以是任意能够对光线起到延时作用的设备，如图3所示，为本发明实施例提供的一种激光脉冲延时系统的整体结构示意图，图中的虚线框表示延时单元103。
可选的，延时单元103包括：第二反射单元1031、以及驱动第二反射单元按照周期性轨迹转动的驱动单元1032；其中，第二反射单元具有开口1033、以及能够使第二基准光02在第二反射单元内部进行反射的反射面；第二反射单元的开口，用于入射第二基准光02，并在驱动单元驱动第二反射单元的开口1033转动到同一位置时，将在第二反射单元中经过反射延时后的第二基准光02出射至分光单元101；分光单元101，具体用于将接收到的经过反射延时后的第二基准光02进行透射后，传输至待照射的部件105上。
实施中，延时单元103包括一个能够对光束起到延时作用的第二反射单元1031，以及驱动第二反射单元1031按照周期性轨迹转动的驱动单元1032。延时单元103的主要工作原理是，驱动单元1032驱动第二反射单元1031以转动轴心为基准转动，转动过程中，第二反射单元1031上的开口1033用于接收需要进行延时的光束(即经过分光单元分成的第二基准光02)，并使该光束随着第二反射单元1031的转动，在第二反射单元内部的反射面上来回进行反射，开口1033转动到同一位置(即接收光束的位置)时，将在第二反射单元1031中经过反射延时后的第二基准光02出射至分光单元101。而分光单元101，则具体用于将接收到的经过反射延时后的第二基准光02进行透射后，传输至待照射的部件105上。
其中，周期性轨迹是指第二反射单元1031在转动时按照预设的固定轨迹进行转动，例如，按照顺时针或者逆时针方向转动，且第二反射单元1031上的开口1033会经过同一位置，以便需要进行延时的光束可以通过开口1033入射第二反射单元1031中，并在开口1033再次转到同一位置时，出射光束。
为了使激光光束可以顺利入射到第二反射单元1031中，并能够在延时之后顺利出射，可选的，开口区域的面积不小于激光光束的光斑面积。
实施中，为了在不增加第二反射单元1031的体积的同时，进一步调整延时的时间，可以在第二反射单元1031内部设置能够影响激光光束传输速度的填充物。可选的，第二反射单元内部设置有填充物。可选的，填充物为水、透明的液体溶剂或透明的固体。
实施中，为了使需要延时的激光光束能够如图3所示，在第二反射单元1031内部反射面上发生水平的反射，以便进行延时的激光光束(即第二基准光02)可以从同一位置入射和出射，可选的，第二反射单元的反射面的形状为圆形。第二反射单元的转动周期为4rnk/c；其中k为偶数，c为光在真空中的运动速度，n为填充物的折射率，r为第二反射单元的半径。
也就是说，当第二反射单元的反射面的形状为圆形时，第二反射单元的转动周期为4rnk/c，其中k表示激光光束在第二反射单元中反射的次数，为了使进行延时的激光光束能够在开口转到同一位置时出射，k值选取偶数；实施中，通过调整填充物的种类、第二反射单元的半径等，可以改变第二反射单元的转动周期，进而调节延时的时长。当第二反射单元中没有填充物时(相当于只有空气)，此时n的取值为1。
具体实施时，第二反射单元的反射面以及第二反射单元也可以采用其它形状，只要是通过调节各个器件和单元的位置，使延时后的激光光束可以传输至待照射的部件105上即可；其中，延时后的激光光束也可以不经过分光单元的反射再传输至待照射的部件105上，可以采用其它方式，如延时后直接传输至待照射的部件105、或是通过增加新的反射镜使延时后的激光光束传输至待照射的部件105上。本发明的实施例只是提供一种可实现的结构示意图，并不代表本发明的激光脉冲延时系统只有这一种结构。
基于同一构思，本发明实施例中还提供了一种激光退火系统，该激光退火系统包括：用于发射激光光束的激光器、设置在激光光束的传输光路上的本发明实施例中提供的上述任一激光脉冲延时系统、以及设置在激光脉冲延时系统的出光路径上需要进行激光退火处理的基板。由于该激光退火系统解决问题的原理与本发明实施例一种激光脉冲延时系统相似，因此该激光退火系统的实施可以参见激光脉冲延时系统的实施，重复之处不再赘述。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种激光退火系统的结构示意图；包括，激光器104、激光脉冲延时系统10、以及需要进行激光退火处理的基板1055，激光器104发射的激光光束经过激光脉冲延时系统10之后，传输至基板1055。
实施中，现有技术中采用激光器进行激光退火时，由于一次照射时间非常短，因而获得的晶粒尺寸也很小，需要重叠照射以获得大的晶粒尺寸；同时，出射激光器出射的激光光束的能量一般远大于非晶硅融化的能量，需要将这部分能量通过衰减装置滤除。而本发明实施例中的激光退火系统，由于增加了本发明实施例提供的上述激光脉冲延时系统，因而与现有技术相比，可以将滤除的这部分能量延时照射到非晶硅上，即本发明实施例中激光退火系统，可以将激光器发射的一束激光束分成第一基准光和第二基准光，并直接将第一基准光反射至需要进行激光退火的基板上；将第二基准光通过延时单元进行延时之后，传输至需要进行激光退火的基板上；这样相当于延长了一个激光脉冲周期内，照射到需要进行激光退火的基板上的激光光束的总脉冲时长，与现有技术相比，可以提高一定时长内能够得到的晶粒的尺寸，也可以获得更高的生产效率。
综上所述，由于本发明的激光脉冲延时系统中设置了分光单元，可以将激光器发射的一束激光束分成第一基准光和第二基准光，并直接将第一基准光反射至待照射的部件上；将第二基准光通过延时单元进行延时之后，传输至待照射的部件上；进而实现了将一束激光光束分成两束光，并通过对其中一束光进行延时，使分成的两束基准光能够分别照射到待照射的部件上，因而在一个激光脉冲周期内，照射到待照射的部件上的激光光束的总脉冲时长大于激光器发射的激光光束的脉冲时长，这样不仅相当于延长了激光器一次照射的时长，并充分的利用了激光光束的能量，提高了激光工作能量的利用率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种激光脉冲延时系统，其特征在于，包括：设置在激光光束的传输光路上的分光单元、第一反射单元和延时单元，其中，
所述分光单元，用于将激光器发射的激光光束进行分光，分成第一基准光和第二基准光，并将所述第一基准光传输至所述第一反射单元，以及将所述第二基准光传输至所述延时单元；
所述第一反射单元，用于将接收到的所述第一基准光反射至待照射的部件；
所述延时单元，用于将接收到的所述第二基准光进行延时后，传输至所述待照射的部件；
其中，在一个激光脉冲周期内，照射到所述待照射的部件上的激光光束的总脉冲时长大于所述激光器发射的激光光束的脉冲时长。
2.如权利要求1所述的延时系统，其特征在于，所述分光单元为半透半反镜。
3.如权利要求2所述的延时系统，其特征在于，所述第一基准光和所述第二基准光的传输光路互相垂直。
4.如权利要求2所述的延时系统，其特征在于，所述第一基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的反射光，所述第二基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的透射光；或，
所述第一基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的透射光，所述第二基准光为所述激光光束经过所述半透半反镜后生成的反射光。
5.如权利要求1所述的延时系统，其特征在于，所述第一反射单元为反射镜；
所述分光单元，具体用于将接收到的经过所述反射镜反射后的第一基准光进行透射后，传输至所述待照射的部件。
6.如权利要求1-5任一项所述的延时系统，其特征在于，所述延时单元包括：第二反射单元、以及驱动所述第二反射单元按照周期性轨迹转动的驱动单元；
其中，所述第二反射单元具有开口、以及能够使所述第二基准光在所述第二反射单元内部进行反射的反射面；
所述第二反射单元的开口，用于入射所述第二基准光，并在驱动单元驱动所述第二反射单元的开口转动到同一位置时，将在所述第二反射单元中经过反射延时后的第二基准光出射至所述分光单元；
所述分光单元，具体用于将接收到的所述经过反射延时后的第二基准光进行透射后，传输至所述待照射的部件。
7.如权利要求6所述的延时系统，其特征在于，所述开口区域的面积不小于所述激光光束的光斑面积。
8.如权利要求6所述的延时系统，其特征在于，所述第二反射单元内部设置有填充物。
9.如权利要求8所述的延时系统，其特征在于，所述填充物为水、透明的液体溶剂或透明的固体。
10.如权利要求8所述的延时系统，其特征在于，所述第二反射单元的反射面的形状为圆形。
11.如权利要求10所述的延时系统，其特征在于，所述第二反射单元的转动周期为4rnk/c；其中k为偶数，c为光在真空中的运动速度，n为所述填充物的折射率，r为所述第二反射单元的半径。
12.一种激光退火系统，其特征在于，包括：用于发射激光光束的激光器、设置在激光光束的传输光路上的如权利要求1-11任一项所述的激光脉冲延时系统、以及设置在所述激光脉冲延时系统的出光路径上需要进行激光退火处理的基板。
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