CN1061874A - 多脉冲激光束产生方法和装置 - Google Patents

多脉冲激光束产生方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1061874A
CN1061874A CN91109015A CN91109015A CN1061874A CN 1061874 A CN1061874 A CN 1061874A CN 91109015 A CN91109015 A CN 91109015A CN 91109015 A CN91109015 A CN 91109015A CN 1061874 A CN1061874 A CN 1061874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser beam
pulse laser
wavelength
pulse
splitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN91109015A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1022361C (zh
Inventor
矢野真
桑原皓二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of CN1061874A publication Critical patent/CN1061874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1022361C publication Critical patent/CN1022361C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0613—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
    • H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

一种用于产生至少包含三个激光束的多脉冲激 光束的方法和装置，由单一的激光束光源的振荡形成 一个单脉冲激光束，一种利用对多层电路板进行精细 图形加工的脉冲发生器用于激光束加工的方法和设 备，来自激光源的一个脉冲光束被分成在第一和第二 方向上线性偏振的激光束，在第二方向上分开的脉冲 光束再次产生一个第三脉冲光束。

Description

本发明涉及多脉冲激光束的产生方法及其产生装置，以及利用多脉冲激光束进行光束加工的方法和设备，尤其涉及使一个激光脉冲束变换成双波长多脉冲激光束的方法和装置，以及利用双波长多脉冲激光束进行的激光束加工方法和设备。
在1987年6月16日日本专利JP-A-62-123788（NEC）中已经披露了一种常规的多脉溃激光束产生器，即一种延迟的脉冲激光束产生器，延迟激光束脉冲产生器包括具有类似特性的用于把输入的圆偏振光束经过透射或反射把它分成P-偏振光和S-偏振光的第一和第二偏振器;一个放置在这些偏振器之间的用于由第一偏振器的反射把P-偏振或S-偏振的偏振激光束的偏振而旋转90度的偏振旋转装置;一个供激光束形成光路的全反射镜;以及把圆偏振激光束变换成具有二个轴线互相垂直，并有一定延迟时间的线偏振激光束的变换器，由此提供一个延迟的脉冲激光束。在这种情况下，输出到装置外的脉冲束限于两种光束。现有技术的装置不采用一种半透半反镜来阻止激光束能量的损失。
激光束加工是适宜于对一种其中包含有类似于导线层的金属薄层的多层板的加工，通常，用于对由金属薄层和树脂层迭层构成的印刷线路板进行钻孔。
一种打孔的钻孔方法已经得到广泛的实施其原因在于这种方法具有批量加工层压板的优点。然而，由于印刷电路板上的电路结构越来越高度的密集，所以钻孔的直径就变得越来越小，由此引起了一个带孔印刷电路板耐久性差的问题。尤其，在大型计算机中用的大块电路板上，需要大量的打孔工作，还需要周期性的改变钻孔以避免由于拙劣的钻孔工作损坏线路板引起的在单块线路板上各种毛病的出现。
最近，已研究了一种激光束加工方法来代替上述的钻孔方法。激光束加工方法不仅可消除加工质量差的线路板，而且可以打各种小直径，如约0.3毫米的孔，打这样的孔采用机械打孔的操作是困难的。而且，激光束加工方法具有在印刷线路板上不施加物理作用力的优点，因为它是一种无接触的加工。然而，仅使用由一台激光器所得到的一个波长的激光束来进行对迭层板的有效加工是有困难的，因为，一块迭层板包括各种不同材料的迭层，如金属薄膜和树脂层，这样的迭层板有不同的激光吸收系数，由此，必须使用由两台不同的激光器所获得的二种不同波长的二个激光束来解决这个问题。作为这一类型装置的例子已在1989年10月24日公开的JP-A-01-266983;1988年11月10日公开的JP-A-63-273587;和1989年11月1日公开的JP-01-273684中有过披露。有关激光束加工的技术也已有日本专利，JP-A-54-120498;JP-A-63-136546;和JP-A-63-154280予以公开。
而上述的诸现有技术是利用不同的激光波长的特性进行加工的方法，这种加工技术的问题是加工装置的整个结构很复杂，而且体积很大，这是因为在所使用的系统中需使用两台完全不同类型的激光器。
本发明的目的在于提供一种用于产生多脉冲激光束的方法和装置，该多脉冲激光束至少包括由一个激光束源产生的一个脉冲束中的三个脉冲束。
本发明的另一个目的在于利用一个能有效的进行光束加工操作的多脉冲激光束来提供一种激光束加工方法和设备。
本发明还有的目的在于利用一个激光束振荡器对脆性物体进行激光束加工的方法和设备。
本发明的一个方面是：一个产生多脉冲激光束的方法包括下述各步，把来自脉冲激光束振荡器的振荡所产生的一个脉冲激光束利用偏振光分束器（PBS）或偏振器分成两个方向的线偏振激光束，仅把透射光束和反射光束的一束光加到光脉冲延迟器，由非线性偏振元件，例如一种光纤元件和玻璃镶嵌板使脉冲光束延迟，同时破坏激光束的线偏振状态，从而提供一束非线性偏振状态的光束，再一次把激光束加到偏振束分束器或偏振器上，取出其它的透射光和反射光作为一个多脉冲激光束。
本发明的另一方面是：在于得到一个多脉冲激光束发生器，该发生器包括一个能对由上述结构的光回路中得到的仅仅一部分多脉冲激光束的波长进行变换的波长变换部分，由此产生一个双波长多脉冲激光束。
本发明的其它方面的内容是：在于一个包含上述多脉冲激光束发生器的激光束加工设备具有一个监控单元，该监控单元的光接收区对双波长多脉冲激光束的可见激光束是灵敏的，所以，可以用由照射在欲加工物体表面上的可见激光束所产生的散射光束来监控激光束加工的状态。
对激光束发生器的概要操作，以及根据本发明的一个特征利用激光束发生器的激光束加工操作将由下面作出描述。
操作方法可以包括下列各步：利用偏振光分束器或偏振器把由脉冲激光振荡器的振荡所产生的一个脉冲激光束分成两束在第一方向和第二方向上的线性偏振激光束;利用一个单元，譬如具有一种脉冲延迟功能和非线性偏振功能的光学纤维或玻璃波导把两束分开的激光束中的第二个方向上的激光束进行延迟，并把受到延迟的激光束转变成一束非线性的，或非偏振的激光;以及把来自延迟和非线性偏振单元的输出激光束再一次加到偏振光分束器或偏振器上，再次把激光束在第一和第二个方向上分成线性的偏振激光束。把上述各步重复进行。
从偏振光分束器出来的脉冲激光束受到振荡，并在通过延迟和非线性偏振单元后又回到同一个偏振光分束器的脉冲激光束只受到该光程距离的延迟，由偏振光光分束器在第一个方向上分开的激光束被变换成一个多脉冲的激光束。由光束分束器在第一方向和第二方向上分束的激光束分别相应于透射光束和反射光束，或反射光束和透射光束。
多脉冲激光束包括一个第一脉冲光束，它由偏振光束分束器变成透射光束（P-偏振光束），以及一个第二脉冲光束和相继的脉冲光束S2，S3和S4，它们由偏振光束分束器变成反射的光束（S-偏振光束），在第一脉冲光束和第二以及随后的脉冲光束之间具有不同的偏振方向。因此，在这种情况下，把波长变换部分整定成只使得具有第一脉冲光束偏振方向的激光束的波长得到变换是可能的，采用这样的一种安排，所提供的一种双波长多脉冲激光束其包括波长已被变换成短波长光束的第一脉冲光束P1，以及具有与脉冲激光束振荡器振荡所产生的脉冲束相同的长波长的第二和相继的脉冲束S2至S4。另一种安排是，在第一脉冲束是一个从光束分束器反射的光束，以及第二和相继的脉冲束是透射光束时，同样可能提供一种多波长激光光束。
当应用一种双波长多脉冲激光束来进行激光束加工操作，以便在一种迭层的印刷线路板，例如含有金属薄膜和树脂层的线路板上打孔时，一种具有对材料有高吸收系数的短波长激光束用来对印刷线路板的表面层或者加热，或者熔化，致使在短波激光束之后马上振荡产生的长波长激光束的吸收系数就增加。由此，以高的工作效率取得了一种激光束打孔的加工操作。
图1A表示按本发明的一个多脉冲激光束发生器的实施例的方框示意图。
图1B表示一种经改进的图1A中的多脉冲激光束发生器的示意方框图。
图1C表示一种不采用图1A或图1B装置中的光纤的示意方框图和输出波形图。
图2表示本实施例中入射光束的输出和激光束的振荡光束的操作时间的曲线图。
图3表示本发明另一个实施例的构形图。
图4A和图4B是用于说明图3中所示实施例的操作的时间曲线图。
图5表示本发明另一个实施例的示意方框图。
图6表示需加工物体的截面示图。
图7表示本发明另外一个实施例的激光束加工设备的示意图。
图8A和8B是用于解说激光束加工设备的被加工物体表面的示图。
图9表示本发明用于激光束加工操作中激光束光路的示图。
本发明的实施例将参照附图予以详细的描述。在附图中，相同的参考数字和符号代表类似部分的元件和器件。
图1A示意地表示本发明的一个实施例中所采用的激光束发生器。
在图1A中，具有单一波长的脉冲激光束2来自脉冲激光束振荡器或者激光源1，用扩束器3对脉冲激光束进行扩束，加到偏振光分束器或偏振器4上的激光束PS1被分成一束透射光束P1和一束反射光束S1。两束被分束的光束中，反射光束S1经过一个纤维输入光学系统5被导入非偏振保持型的光纤6内，所述的纤维输入光学系统譬如是一种使用透镜的聚光系统，被导入光纤内的反射光束S1从一个纤维输出光学系统或准直器7，作为非线性偏振激光束PS2再一次被加到偏振光光分束器4上，激光束PS2由分束器4被分成一束反射光束S2和一束透射光束P2，光束S2的方向就是先前透射光束P1的方向，光束P2方向与先前的反射光束S1同向。透射光束P2由纤维输入光学系统5被导入光纤6内，由此形成一个光学回路。如后面所述，光纤6将改变通过它的线偏振激光束成为非线偏振的，如非偏振、或圆偏振和椭圆偏振的激光束，并且由取决于光纤长度的光程的称度来延迟激光束。光纤6可以改用其它的具有非线性偏振和延迟功能的装置来替代。
图2表示输入和输出脉冲关系的一个例子，即，在装置的输出处可获得的多脉冲激光束和输入脉冲激光束之间的关系，以及他们的特征。在上述的构形中，加到偏振光分束器4的激光束PS1的双向线偏振的分量比是基本上相等的。假设具有一个给定时间间隔（例如：200μs）的激光束PS1，PS′1作为入射光束P1N，那么输出光束Pout有恒定的脉冲距离或脉冲延迟时间td（例如：100ns），该延迟时间由光纤6的长度确定。由输出光束形成多脉冲系列S2至S4，脉冲系列的输出电平每次依次降低，激光束P1在回路内循环。
图1B表示由图1A所示的多脉冲激光束产生器的一种改进构形，图中还给出一种输出波形的特征，在图1B中，入射到偏振束分束器4上的激光束P1N被分成透射光束P1和反射光束S1。利用聚光系统5使透射光束P1导入光纤6，并且由纤维输出光学系统7使被导入光纤6的透射光束P1非线性化。由此，利用光纤的长度来提供经延迟的非线性偏振的激光束PS2，激光束PS2再次由光束分束器4分成透射光束P2和反射光束S2，用输出的透射光束P2作为挨着多脉冲光束的反射光束S1之后输出的脉冲光束Pout。然后，由反射光束S2类似地产生非线性激光束PS3，而脉冲光束P3作为输出光束Pout输出。
在本实施例中，第一脉冲P1和第二脉冲S2不重迭，使每个脉冲束的操作分得很清楚。脉冲之间的距离实质上取决于光纤维的长度l，假是，n表示光纤的光学折射率，c为光速，tp为脉冲宽度，那么，需整定的光纤长度l要满足l＞tp· (C)/(N) 以保证脉冲束之间的距离td。在采用普通的Q-开关脉冲YAG激光系统的情况下，脉冲宽度近似地为50ns，假定光纤的光学折射率n＝1.5，光速c＝3×108m/s，光纤需要有10米的最小长度才能确保50ns的脉冲距离td。
图1C表示不用在图1B中所示的光纤作为非线性偏振和延迟元件。在图1C中，单脉冲的激光束通过偏振光分束器4，通过可以延迟光程长度（例如在于10米）的玻璃块30，以及一个已知的1/4波长变换件32，该变换件32把线偏振光束变换成圆偏振光束或椭圆偏振光束，激光束由反射镜34-38反射并改变光束的方向，从而使激光束再次入射到光束分束器4上，所述的玻璃块30可以是尺寸为10mm×250mm×250mm的带有反射层的石英板。透过分束器4的激光束被作为多脉冲激光束发生器的输出光束Pout输出，它跟随在激光束P1N的反射光束S1之后。上述构形的操作类似于图1B中所示。1/4入推迟板可以从美国的MELLES GR10T得到，可以把它用来作为1/4波长板。
应明白，可以变动图1C所示的构形以延迟来自分束器中的反射光束，并使该光束如同图1A所示那样为非线性偏振的光束。采用上面所指述的方法，由脉冲激光束振荡器1振荡输出的单脉冲激光束可以被变换成多脉冲激光束。
参见图3和图4将介绍本发明的另外的实施例。在上述实施例的脉冲激光束振荡器1内提供一个内含布儒斯特（Brewster）片和1/2波片的已知偏振方向的控制装置8，并且通过改变布儒斯特片的角度来改变入射到偏振束分束器4上的激光束PS1的偏振特性，采用这样的布置，有可能改变多脉冲激光束输出Pout的每个脉冲束的能量密度，例如：从图2和图4中的脉冲波形可以看到。有关激光束P1的偏振特性，可以把偏振方向控制装置8的布儒斯射片控制成使得由偏振束分束器4反射的S偏振分量光束S1成为主要部分，而透射的P偏振分量光束P1具有较小的比例。于是，该多脉冲激光束的输出Pout能够提供具有所希望峰值波形的一个脉冲序列，例如，有可能得到一序列脉冲波形的脉冲，利用具有小能量的第一脉冲光束P1和在能量的第二脉冲光束S2，在S2之后的脉冲束能量逐步衰减（如图4A所示）的序列脉冲束有效地对一种脆性物体进行预热加工。也可能产生具有单调衰减波形的脉冲序列的激光束，这种激光束对于一种逐步冷却的加工是有效的，如图4B所示。
如上所述的一个偏振方向控制装置将允许控制第一脉冲束P1和多脉冲激光束的第二以及相继的脉冲束S2至S4之间的能量的相对量。
图5示意说明根据本发明的一个实施例所述的激光束加工设备。该加工设备中，把图1A至1C所示的任一实施例中的多脉冲激光束的输出脉冲Pout，通过一个波长变换部分或装置9，由方向改变反射镜10被引导到光学聚光系统11，经过聚光系统的激光束照射到设置在移动平台12上的被加工的物体13上。其中，波长变换部分9只有在激光束具有特定的偏振方向时才能有效地工作，例如，可以采用由杜邦（Du  Pont）公司制造和加工的KTD晶体作为波长变换元件。该元件被架持成一种强转动的状态。例如，波长变换元件允许把典型的固体YAG激光器的1064nm波长的输出降到532nm的短波长输出。
在图5的构形中，在整定波长变换装置9只对由图2所示的多脉冲激光束Pout中的第一脉冲P1的偏振方向的波长进行变换时，那么，具有偏振方向与第一脉冲束P1成90度不同的第二脉冲束S2和随后的脉冲束不受到波长变换。由此，波长变换装置9提供一个双波长多脉冲的激光束14，其中第一脉冲束已经被变换成短波长的光束，而第二脉冲束S2和随后的脉冲束没有被变换波长，但是他们的波长与由脉冲激光束振荡器1所得到的脉冲激光的波长相同。于是，把所产生的激光束14照射到被加工处理的物体13上，例如：这种物体是一种多层的，或迭层的由金属膜层15和树脂层16制成的夹层板，在图6中表示出这种板的横断面。首先，使具有对材料高吸收系数的短波长的第一脉冲光束P1加热金属薄膜层15的表面，或者去除该表面，以提供一种粗糙的表面状态，由此增加在P1之后即刻跟随的未经波长变换的光束的吸收系数，用它进行对较低的树脂层16的加工。在这种情况下，迭层板的树脂层其厚度为2-3mm，金属Cn和Au的薄膜层的厚度为几个μm至100μm。不用树脂层，可以用陶瓷，例如氧化铝，Al2O3作为一种厚度为0.6mm的混合的集成（IC）电路板，作为光源的YAG激光束的波长为1064nm，其平均功率为50W或以下，多脉冲宽度为100ns或以下，依据被加工物体的热散射特性来确定振荡激光束的脉冲之间间距td的可允许的最大值，可以安排第二脉冲束S2照射在物体上而保持由第一脉冲束P1的照射所形成的热状态。
根据本实施例，利用双波长多脉冲激光束，从激光源得到的一个脉冲激光束可以通过加工有效地用来改变迭层板的表面，并进行主激光脉冲的加工操作。
根据本发明的另一个实施例的一种激光束的加工操作将参照附图7，8A和8B予以描述。
在图7所示的实施例的系统中，设置YAG激光束的TV监控器18a和/或18b，该监控制器包括一个显示件，和一个光电变换器件，所述的光电变换器件用来接收当双波长多脉冲激光束14照射到被加工的物体13上进所产生的散射光束17。监控器18a或18b可以有一种已知的构形，他们的输出被输入到激光束加工设备的操作控制器25，用来控制激光束加工或激光束发生器的位置。例如，需对工件进行打孔加工时，被加工物体上的加工位置利用在图8A中所示的监视屏进行监控制，依据监控的结果，可以对位置的偏差或错误进行校正。因此，探测散射光束17的强度在于控制激光束振荡器1的功率和光束的偏振方向，并执行加工操作的开-关控制。操作者可以从监视屏上判断激光束加工操作的进行程度。仅举一例，激光束加工设备可应用于在集成组件上作记号的操作，如图8B中所示，对作标记的情况作直接的监视已成为可能。
所用的YAG激光束的振荡波长是1064nm（红外射线），该波长由波长变换器9被变换到532nm（一种绿色的激光束），利用波长被变换后的激光束进行作标记操作。
根据本实施例，在需要的时候，可以监控任何时候的激光束加工操作的状态，致使来自激光束振荡器的输出可以得到控制，并且可以确定任何的误差。
参见附图9将描述本发明的另一个实施例，利用一个固体激光束光源，例如，YAG激光器或红宝石激光器来提供激光束。激光束加工设备包括：用于把双波称多脉冲光束14的短波长的激光束聚焦到被加工物体13的表面上的光学聚光系统11;用于垂直移动光学系统的透镜来改变焦点位置的控制机构20。由于构成光学聚光系统11的透镜其折射率是小的，所以激光束14的长度长分量21其焦距比短波长激光束的长，于是在表面上形成一个扩束的焦点。在激光束加工操作中，首先，短波长激光束19被聚焦到物体13的表面，由此而除去表面的材料，被去除材料的散射粒子22可能被在短波长激光束之后即刻照射的非聚光的长波长激光束21完全燃烧或升华。
根据本实施例，散射材料可能得到再加热以提供已得到加工的物体具有满意的抛光表面。
按照本发明的各个方面的描述，一个短脉冲的激光束可以被变换成具有一种短的脉冲间隔和减幅脉冲包络的多脉冲激光束，从而在激光束加工操作中可以有效地提供一种逐步冷却的加工操作。采用这种加工操作在脆性物体的加工部分周围几乎不造成裂缝或类似的开裂。
可以产生多脉冲的激光束，使其呈现一个小的输出功率的第一脉冲，以及在第一脉冲之后的一个大的输出功率的第二脉冲，于是可以把它可用于预热的激光束加工，譬如焊接加工。
一种双波长多脉冲激光束也可用于包含不同种材料的迭层板的激光束加工。
不停的监控双波长多脉冲激光束的可见光束致使控制加工的条件，控测中间光学系统的损坏和诸如激光束振荡器不能工作的出错等成为可能。
在去除被加工表面时产生的散射材料的再加热，可以由在这种去除之后立刻照射的激光束来进行，这种再加热在于使激光束加工操作取得一种满意的抛光度。
整个激光束加工系统可以利用一个激光源装置来构成，不需要一起调节用于加工操作的可见激光束和主激光束，致使加工系统结构紧凑，由此也不需对两台激光器的激光光束轴的匹配进行调节的工作。

Claims (14)

1、一种多脉冲激光束发生装置，其特征是，
所述的装置包括；一个用于产生脉冲激光束的脉冲激光束振荡器(1)；一个用于把由所述的脉冲激光束振荡器振荡产生的一个脉冲光束分成第一和第二方向的激光束和用于把在所述的第一方向的激光束提供到器件的输出端的偏振光分束器；用于对由所述的偏振光分束器分成的所述第一和第二方向的所述激光束的所述第二方向的激光束进行偏振，以及以一个预定量对所述的非线性偏振激光束进行延迟使被延迟的激光束再一次入射到所述的偏振光束分束器上的非线性偏振和延迟装置(4-6)，最后取出在所述的第一方向上分出的经延迟的脉冲激光束，通过分束器到所述的输出端。
2、一种多脉冲激光束发生装置，其特征是，
所述的装置包括;一个用于振荡单波长脉冲激光束的激光束振荡源;一个偏振光分束器（4）在它板的每一侧上有两个激光束的入射和振荡光轴，即，所有的第一、第二、第三和第四个光轴都在分束板的两侧面上;用于结合所述偏振光束分束器的第三和第四光轴以改变从所述偏振光束分束器来的一个方向的激光束成为非偏振光束的偏振消除装置;由透光材料形成的，并耦合到所述的消偏振装置以便用于经过一定长度的透光材料对激光束提供一定量延迟的延迟装置;以及用于把已通过所述的消偏振装置和所述的延迟装置的脉冲激光束再次导向所述光束分束器的所述第四个光轴的光束方向改变装置，由此把所述激光振荡源的脉冲激光束加到所述偏振光束的第一光轴，并从所述第二光轴取出一个激光束作为一个多脉冲激光束的输出。
3、一种多脉冲激光束发生装置，其特征是，所述的装置包括：一个用于振荡脉冲激光束的脉冲激光束振荡器;一个用于把由所述脉冲激光束振荡器振荡的脉冲激光束分成两个方向的激光束的偏振光束分束器;用于把由所述的偏振光束分束器所分成的两个方向的激光束中的一束改变成非线性偏振的激光束，以及对所述的非线性偏振的激光束提供延迟，并把经过延迟的激光束再次加到所述的偏振光分束器上的消偏振装置;用于把来自所述偏振光分束器的部分多脉冲激光束的波长变换成不同波长的脉冲激光束的波长变换器。
4、一种产生多脉冲激光束的方法，其特征是，所述的方法包括下述各步;把由脉冲激光束振荡器振荡产生的脉冲激光束射到一个偏振光分束器使所述的脉冲激光束分成第一和第二方向的激光束;利用一个光束延迟和消偏振装置对在第一方向上的所述激光束产生一定的延迟和非线性偏振;把所述的位于第一方向的激光束再次加到所述的偏振光束分束器上以产生一个多脉冲激光束。
5、一种产生多脉冲激光束的方法，其特征是，所述的方法包括下述各步：在一个面板状的偏振光分束器的每个表面上设置入射激光束和振荡激光束的两个光轴，以改在所述光束分束器的两侧提供总数为四个光轴;由所述的四个光轴中的两个通过消偏振装置形成一个光学回路;把由脉冲激光束振荡器振荡产生的脉冲激光束加到其它两个光轴中的一个上;再从另一个光轴取出一个多脉冲激光光束。
6、一种产生多脉冲激光束的方法，其特征是，所述的方法包括下列各步：
（a）把由脉冲激光束振荡器振荡产生的一个脉冲激光束用一个偏振光分束器把它分成在第一和第二方向上的线性偏振激光束;
（b）只把所述的两个分开的激光束中的一束加到消偏振器上以延迟所述的激光束，并扰乱激光束的偏振态，使它成为非线性偏振的激光束;
（c）把经延迟的，和非线性偏振的脉冲激光束再次射到所述的偏振光分束器上;
（d）重复所述的步骤（a）-（c），从所述的光束分束器中取出多脉冲激光束。
7、按权利要求4所述的产生多脉冲激光束的方法，其特征是，还有一步，即改变加到所述偏振光分束器上的脉冲激光束的偏振方向，由此控制多脉冲激光束的能量大小。
8、按权利要求3所述的一种多脉冲激光束发生装置，其特征是，所述的波长变换装置产生一个多脉冲激光束时使其中的第一脉冲激光束（P1）受到波长变换，而随后的脉冲激光束（S2至S4）没有被波长变换。
9、按权利要求1所述的一种多脉冲激光发生装置，其特征是，由光纤（6）形成所述的延迟和非线性偏振装置，光纤（6）的长度需要满足l＞tp· (c)/(n) 的关系，其中，tp表示由所述脉冲激光束振荡器振荡产生的脉冲激光束的脉冲宽度，c表示光速，n表示所述光纤的折射率。
10、一种多脉冲激光束加工系统，其特征是，一个多脉冲激光束发生器包括：一个用于振荡脉冲激光束的脉冲激光束振荡器（1）;一个用于把由所述的脉冲激光振荡器振荡产生的脉冲激光束分开成在第一和第二方向上二束激光束，并把所述第一方向上的激光束加到发生器的输出端的偏振光分束器;用于对来自所述偏振光分束器的所述第二方向的激光束进行非线性偏振，和以一定的量延迟所述的非线性偏振的激光束，使经过延迟的激光束再次射到所述的偏振光束分束器上，并由所述的输出端取出在所述的第一方向上分出的经延迟的脉冲激光束的非线性偏振和延迟装置（4-6）;
用于改变由所述多脉冲激光束发生器的所述输出端给出的多脉冲激光束的部分脉冲激光束的波长，以产生包含一个短波长光束和一个长波长光束的双波长激光束的波长变换装置（9）;
用于把所述波长变换装置提供的所述的双波长激光束照射到被加工物体上，由此在该物体上进行激光加工操作的激光束加工装置。
11、一种利用多脉冲激光束进行激光束加工的方法，其特征是，所述的方法由下述各步组成：
由一个多脉冲激光束发生器从一个单波长脉冲激光束产生一个多脉冲激光束;把一部分所述的多脉冲激光束变换成一个短波长的激光束以提供含有变换波长束和未变换波长束的双波长激光束;利用所述的波长变换的激光束以及与所述激光束振荡器产生的脉冲激光束具有相同波长的未变换波长的激光束对被加工的物体实行激光束加工。
12、按权利要求11所述的方法，其特征是，该方法还包括：利用监控不同波长的所述双波长多脉冲激光束的可见光束照射物体时所产生的散射光束来控制加工条件的步骤。
13、按权利要求11所述的方法，其特征是，在所述的用于产生不同波长的双波长激光束的多脉冲激光束发生器和被加工的物体之间设置一个光学聚光系统，在加工操作过程中控制所述光学聚光系统，使所述的双波长多脉冲激光束被聚焦到所述物体的表面上。
14、一种对由金属薄膜和树脂层形成的多层电路板上进行打孔的激光束加工方法，其特征是，所述的方法其步骤为：利用让来自一个单脉冲激光束振荡器的激光束通过一个包括光束分束器和光束延迟和非线性偏振装置的光学回路来产生一个多脉冲激光光束;通过变换一部分所产生的多脉冲激光光束的波长不产生一个短波长的激光光束;把所产生的所述短波长激光光束和具有与所述脉冲激光束振荡器振荡产生的脉冲束桢波长的长波长激光束射向所述的多层电路板。
CN91109015A 1990-09-19 1991-09-19 多脉冲激光束产生方法和装置 Expired - Fee Related CN1022361C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24697690 1990-09-19
JP246976/90 1990-09-19

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN93101476A Division CN1034112C (zh) 1990-09-19 1993-02-13 利用多脉冲激光束的加工方法和设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1061874A true CN1061874A (zh) 1992-06-10
CN1022361C CN1022361C (zh) 1993-10-06

Family

ID=17156521

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN91109015A Expired - Fee Related CN1022361C (zh) 1990-09-19 1991-09-19 多脉冲激光束产生方法和装置
CN93101476A Expired - Fee Related CN1034112C (zh) 1990-09-19 1993-02-13 利用多脉冲激光束的加工方法和设备

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN93101476A Expired - Fee Related CN1034112C (zh) 1990-09-19 1993-02-13 利用多脉冲激光束的加工方法和设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5293389A (zh)
CN (2) CN1022361C (zh)
CA (1) CA2051542C (zh)
TW (1) TW207588B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1292871C (zh) * 1994-02-24 2007-01-03 三菱电机株式会社 激光切割装置
CN100390938C (zh) * 1995-06-07 2008-05-28 大锅有限合伙人公司 用偏振辐照和背面辐照清除物质的方法
CN100451730C (zh) * 2007-01-12 2009-01-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置及分束方法
CN106664798A (zh) * 2014-08-26 2017-05-10 万佳雷射有限公司 在基板上进行激光烧蚀的设备及方法
CN108890153A (zh) * 2015-09-03 2018-11-27 维亚机械株式会社 激光加工装置及激光加工方法
CN112014824A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种多脉冲抗干扰信号处理方法及装置

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995026517A1 (en) * 1992-11-10 1995-10-05 United States Department Of Energy Laser beam pulse formatting method
US5878067A (en) * 1994-08-10 1999-03-02 Fanuc Ltd. Laser oscillator
FR2737814B1 (fr) * 1995-08-11 1997-09-12 Soc D Production Et De Rech Ap Procede et dispositif de commande d'une source laser a plusieurs modules laser pour optimiser le traitement de surface par laser
JP3494661B2 (ja) * 1996-08-22 2004-02-09 富士通株式会社 光位相共役を用いた光ファイバ通信システム並びに該システムに適用可能な装置及びその製造方法
JP3213882B2 (ja) * 1997-03-21 2001-10-02 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置及び加工方法
US6181728B1 (en) * 1998-07-02 2001-01-30 General Scanning, Inc. Controlling laser polarization
US6541731B2 (en) * 2000-01-25 2003-04-01 Aculight Corporation Use of multiple laser sources for rapid, flexible machining and production of vias in multi-layered substrates
US6433303B1 (en) * 2000-03-31 2002-08-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus using laser pulses to make an array of microcavity holes
US6490299B1 (en) 2000-07-20 2002-12-03 Troitski Method and laser system for generating laser radiation of specific temporal shape for production of high quality laser-induced damage images
JP4659300B2 (ja) 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
DE10145184B4 (de) * 2001-09-13 2005-03-10 Siemens Ag Verfahren zum Laserbohren, insbesondere unter Verwendung einer Lochmaske
TWI326626B (en) 2002-03-12 2010-07-01 Hamamatsu Photonics Kk Laser processing method
ATE518242T1 (de) 2002-03-12 2011-08-15 Hamamatsu Photonics Kk Methode zur trennung von substraten
US6947454B2 (en) * 2003-06-30 2005-09-20 Electro Scientific Industries, Inc. Laser pulse picking employing controlled AOM loading
JP2005138143A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用する加工装置
US7511247B2 (en) * 2004-03-22 2009-03-31 Panasonic Corporation Method of controlling hole shape during ultrafast laser machining by manipulating beam polarization
JP2007534978A (ja) * 2004-07-22 2007-11-29 富士通株式会社 ループ構成を使った全光偏光回転スイッチ
AT414285B (de) * 2004-09-28 2006-11-15 Femtolasers Produktions Gmbh Mehrfachreflexions-verzögerungsstrecke für einen laserstrahl sowie resonator bzw. kurzpuls-laservorrichtung mit einer solchen verzögerungsstrecke
JP4527488B2 (ja) * 2004-10-07 2010-08-18 株式会社ディスコ レーザ加工装置
US20060114948A1 (en) * 2004-11-29 2006-06-01 Lo Ho W Workpiece processing system using a common imaged optical assembly to shape the spatial distributions of light energy of multiple laser beams
US7807938B2 (en) * 2006-06-22 2010-10-05 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Mastering tools and systems and methods for forming a plurality of cells on the mastering tools
JP4141485B2 (ja) * 2006-07-19 2008-08-27 トヨタ自動車株式会社 レーザ加工システムおよびレーザ加工方法
DE202006016155U1 (de) * 2006-10-21 2006-12-21 Mühlbauer Ag Vorrichtung zum Anordnen von Durchgangsöffnungen in einem fortbewegbaren Band
US20090080467A1 (en) * 2007-09-24 2009-03-26 Andrei Starodoumov Pulse repetition frequency-multipler for fiber lasers
US8873596B2 (en) 2011-07-22 2014-10-28 Kla-Tencor Corporation Laser with high quality, stable output beam, and long life high conversion efficiency non-linear crystal
CN103578943B (zh) * 2012-07-25 2017-05-31 上海微电子装备有限公司 一种激光退火装置及激光退火方法
CN103825183B (zh) * 2014-01-08 2016-06-08 北京工业大学 一种光脉冲增频器
US9419407B2 (en) 2014-09-25 2016-08-16 Kla-Tencor Corporation Laser assembly and inspection system using monolithic bandwidth narrowing apparatus
CN104300352B (zh) * 2014-10-16 2017-04-26 北京工业大学 一种光脉冲重复频率扩频器
US10444526B2 (en) 2016-08-01 2019-10-15 The Regents Of The University Of California Optical pulse combiner comprising diffractive optical elements
CN114514084A (zh) * 2019-12-13 2022-05-17 松下知识产权经营株式会社 激光器装置
CN111702347A (zh) * 2020-05-27 2020-09-25 江苏大学 一种激光精密加工纤维增强复合材料的装置和方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4451923A (en) * 1980-12-01 1984-05-29 Hansch Theodor W Method of and apparatus for measuring optical frequency variations
US4685107A (en) * 1986-06-09 1987-08-04 Spectra-Physics, Inc. Dispersion compensated fiber Raman oscillator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1292871C (zh) * 1994-02-24 2007-01-03 三菱电机株式会社 激光切割装置
CN100390938C (zh) * 1995-06-07 2008-05-28 大锅有限合伙人公司 用偏振辐照和背面辐照清除物质的方法
CN100451730C (zh) * 2007-01-12 2009-01-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置及分束方法
CN106664798A (zh) * 2014-08-26 2017-05-10 万佳雷射有限公司 在基板上进行激光烧蚀的设备及方法
CN108890153A (zh) * 2015-09-03 2018-11-27 维亚机械株式会社 激光加工装置及激光加工方法
CN112014824A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种多脉冲抗干扰信号处理方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1022361C (zh) 1993-10-06
CN1034112C (zh) 1997-02-26
CA2051542C (en) 1995-01-10
CA2051542A1 (en) 1992-03-20
US5293389A (en) 1994-03-08
CN1078186A (zh) 1993-11-10
TW207588B (zh) 1993-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1022361C (zh) 多脉冲激光束产生方法和装置
US10556293B2 (en) Laser machining device and laser machining method
KR101120471B1 (ko) 다중 초점 방식의 펄스 레이저를 이용한 취성 재료 절단 장치
CN101400475B (zh) 激光加工方法及激光加工装置
CN100383926C (zh) 激光加工方法
JP3522654B2 (ja) レーザ加工装置及び加工方法
US7519252B2 (en) Laser annealing apparatus
US6521866B1 (en) Laser beam machining and laser beam machine
CN104741798B (zh) 一种复合焦点时空同步钻孔系统与方法
US8692155B2 (en) Method of material processing with laser pulses having a large spectral bandwidth and apparatus for carrying out said method
CN1850417A (zh) 激光焊接方法和激光焊接装置
JP3194250B2 (ja) ２軸レーザ加工機
KR100754899B1 (ko) 하나의 레이저 헤드로 서로 다른 내용을 동시다발적으로마킹하는 대면적 레이저 마킹장치 및 방법
DE102018210843A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung
JP4589760B2 (ja) レーザ加工方法
JP3463281B2 (ja) 多軸レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JPH0529693A (ja) マルチパルスレーザ発生装置、及びその方法、並びにそのマルチパルスレーザを用いた加工方法
CN113258433A (zh) 激光振荡器以及激光加工方法
JPH11309594A (ja) レーザ加工装置およびその加工部品
JP2002224873A (ja) レーザ加工方法およびその装置
JP2004158837A5 (zh)
JP3604014B2 (ja) レーザ加工装置及び加工方法
JP2003010991A (ja) レーザ加工方法
KR100843411B1 (ko) 레이저가공 장치 및 기판 절단 방법
JP2003285187A (ja) 光伝送方法，レーザ加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee