CN106825943B - 应用于plc晶圆激光切割装置及带有该装置的皮秒激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于PLC晶圆激光切割装置及带有该装置的皮秒激光器，涉及激光加工应用领域，该装置包括用于射出激光的激光器，激光器一端设置有用于接收激光的第一45°镜，第一45°镜一侧设置有接收激光的变频晶体，变频晶体远离所示第一45°镜的一侧设置有高反镜，高反镜将激光反射至第一45°镜，激光器远离所述第一45°镜的一侧设置有角锥，角锥与所述激光晶体之间设置有调Q，第一45°镜远离所述高反镜的一侧设置有分光系统，分光系统的一侧设置有凸透镜。本发明具有激光器射出的激光能量较低，经折射后存储在调Q中，能量足够后再射出并穿透第一45°镜，进行切割，降低了激光器功率的要求。

Description

应用于PLC晶圆激光切割装置及带有该装置的皮秒激光器

技术领域

本发明涉及激光加工应用技术领域，特别涉及一种应用于PLC晶圆激光切割装置及带有该装置的皮秒激光器。

背景技术

激光切割已成为非常成熟的先进制造技术，在众多领域发挥着重要的作用。激光切割是一个复杂的加工过程，主要考察切割速度和切割质量，切割质量的评价包括材料溅射重凝层、热影响区、裂纹和材料强度影响等，激光对脆性材料的高质量、高效率切割研究受到了研究人员的重视。PLC平面波导型光分路器(PLC Splitter)是一种基于石英基板的集成波导光功率分配器件，与同轴电缆传输系统一样，光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。PLC平面光波导分路器芯片采用光刻技术，实现通过光波导技术把一束光或两束光均匀地分成多路光。PLC光分路器芯片具有较高的光学性能，高稳定性和高可靠性，是平面光波导分路器中关键部件之一。PLC光分路器晶圆基于平面光波导技术，在石英衬底上通过生长、光刻、刻蚀等工艺最终制造出不同通道数目的光分路器晶圆。PLC光分路器晶圆通过粘片、切割、研磨和抛光等工艺得到高性能、高成品率、高稳定性的光分路器芯片。

传统的金刚刀切割技术由于机械刀片尺寸的限制，加上容易出现裂痕、崩缺等异常，已经处理不了划片道尺寸50μm以下的产品；而砂轮划片技术由于刀片在切割时的震动会加载到芯片上，会导致芯片崩片、碎片、裂纹；刀片切割磨损会导致切割深度变化，刀片切割消耗、划片槽较宽、有切屑。

激光切割脆性材料从原理上可分为激光熔融法和激光热裂法。激光热裂法不需要高功率激光照射，材料不会软化和熔化；没有切削粉末或熔渣，切割面光滑，材料没有损失；理论上可以作任意形状的切割。该方法被认为是脆性材料高质量切割的有效手段，得到深入研究。

公告号为CN102653032B，公告日为2014.12.10的中国专利《一种激光多点聚焦加工系统》，提出了一种激光多点聚焦加工系统。该系统可以将激光的单聚焦点转换成同光轴多聚焦点后，入射到待加工透明材料内，提高透明脆性材料沿厚度方向上对激光能量吸收的均匀性，从而增强透明材料沿厚度方向上受热的均匀性，显著减小沿厚度方向产生的应力差别，实现激光对透明脆性材料高质量、高效率、高成功率地切割分离。

上述发明通过增加聚焦点的设置，提升了激光切割的均匀度，提升了切割质量，但是要求激光能量高，输出功率较大，对硬件的要求严格。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种应用于PLC晶圆激光切割装置，在加工过程中所需的激光器功率较小，降低了硬件要求。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

应用于PLC晶圆激光切割装置，包括用于射出激光的激光器，所述激光器一端设置有用于接收激光的第一45°镜，所述第一45°镜一侧设置有接收反射激光的变频晶体，所述变频晶体远离所示第一45°镜的一侧设置有高反镜，所述高反镜将经过变频晶体转换过的激光反射至第一45°镜，所述激光器远离所述第一45°镜的一侧设置有角锥，所述角锥与所述激光器之间设置有调Q开关，所述第一45°镜远离所述高反镜的一侧设置有分光系统，所述分光系统入射激光侧设置有导光镜，分光系统射出激光侧设置有凸透镜；所述凸透镜与所述分光系统之间设置有第二45°镜。

进一步的，所述导光镜为直角三角形。

进一步的，所述激光器内设置有激光晶体。

进一步的，所述调Q开关与所述角锥之间设置有半玻片。

进一步的，所述第一45°镜与所述角锥之间设置有光楔。

进一步的，所述分光系统包括分光镜和凸面镜。

进一步的，所述分光镜与所述导光镜之间设置有波片。

一种皮秒激光器，包括数个应用于PLC晶圆激光切割装置并联。

进一步的，所述应用于PLC晶圆激光切割装置有两个。

有益效果：

1.通过采用上述技术方案，多个激光切割装置的并联结合，提升了激光的覆盖范围，提升了加工效率以及质量。

2.凸透镜与分光系统之间设置有第二45°镜，通过该技术方案，第二45°镜的作用在于引导从不同的分散装置上射出的激光，且将其排列在同一直线上，便于进行切割作业，提升了切割精度和效率。

3.激光器射出激光的能量较低时，不能穿过第一45°镜，在经过多次的反射和折射后进入到调Q开关中存储；当存储到一定的值，将激光射出，激光能够穿透第一45°镜，进入到分光系统中，然后通过第二45°镜折射到凸透镜上，产生多个焦点，激光器所需发出的激光能量较低，降低了成本，在第二45°镜的作用下将两个激光切割装置结合起来，提升了切割范围，并且能够保持切割的平整度，提升切割效果。

附图说明

附图1是本发明应用于PLC晶圆激光切割装置的原理图；

附图2是本发明中分光系统的原理图；

附图3是本发明切割装置并联连接的原理图。

附图标记如下：

1、激光器；2、第一45°镜；3、变频晶体；4、高反镜；5、光楔；6、角锥；7、半玻片；8、调Q开关；9、导光镜；10、分光系统；101、分光镜；102、凸面镜；11、波片；12、凸透镜；13、第二45°镜。

具体实施方式

为对本发明做进一步的理解，现结合附图对本发明做进一步的描述：

结合本发明涉及的附图1，应用于PLC晶圆激光切割装置，包括用于射出激光的激光器1，所述激光器1一端设置有用于接收激光的第一45°镜2，所述第一45°镜2一侧设置有接收反射激光的变频晶体3，所述变频晶体3远离所示第一45°镜2的一侧设置有高反镜4，所述高反镜4将经过变频晶体3转换过的激光反射至第一45°镜2，所述激光器1远离所述第一45°镜2的一侧设置有角锥6，所述角锥6与所述激光器1之间设置有调Q开关8，所述第一45°镜2远离所述高反镜4的一侧设置有分光系统10，所述分光系统10入射激光侧设置有导光镜9，分光系统10射出激光侧设置有凸透镜12；所述凸透镜12与所述分光系统10之间设置有第二45°镜13。

其中，激光器1内设置有激光晶体，对激光进行频率转换，在激光器1的一端为第一45°镜2，第一45°镜2是半透半反镜，当有激光从激光器1射出时，由于激光器1的输出功率较小，激光的能量不足，所以不能穿过第一45°镜2，激光发生反射；在第一45°镜2的一侧设置有高反镜4，将激光反射至第一45°镜2上，第一45°镜2和高反镜4之间还设置有变频晶体3，从第一45°镜2上反射的激光会经过变频晶体3到高反镜4上，通过变频晶体3进行频率转换，保持激光的稳定；通过高反镜4反射到第一45°镜2上的激光能量未增加，还是不具备足够的能量，不能穿过第一45°镜2，而是发生反射，且激光的方向与激光器1中发出的激光方向平行，在第一45°镜2和激光晶体的同侧设置有角锥6，角锥6对反射的激光进行引导，改变光路的方向；角锥6和第一45°镜2之间设置有光楔5，对激光进行调制，光楔5补偿的是角锥6的制造误差，角锥6理想的加工结构是三个锥面互成90度，但是在实际加工时，90度无法保证，必然存在加工误差，因此，用光楔5的斜面进行补偿；调整的时候，转动光楔5到光束可以平行输出即可；在激光晶体和角锥6之间还设置有调Q开关8，用于存储从角锥6引导过来的激光。在调Q开关8和角锥6之间还设置有半玻片7，半玻片7的作用在于对偏振光进行旋转，减少激光中的能量散失，提升能量的利用率。

当调Q开关8中的激光能量累计到一定程度时会释放出来，经过激光器1中的激光晶体再次射在第一45°镜2上，由于此时的激光能量较高，会穿过第一45°镜2发生折射，再经由导光镜9对光路进行转换，将激光引导到分光系统10中，并通过分光系统10的作用将激光分散，然后将分散后的激光引导到凸透镜12上，经过凸透镜12的作用形成多个焦点，即能进行多点切割作业。第一45°镜2与所述角锥6之间设置有光楔5，由于角锥6在加工过程中无法保证三个锥面均呈90°，通过调节光楔来补偿角锥的制造误差，使光束可以平行输出。

分光系统10包括分光镜101和凸面镜102。分光镜101将激光分解，并且通过凸面镜102进行反射，将激光束反射到凸透镜12上，激光的覆盖范围增加。分光镜101与所述第一45°镜2之间设置有波片11。波片11的转动可以改变激光与分光镜101之间的角度，可以在激光束总功率不变的情况下改变焦点之间的激光功率；第一45°镜2与所述分光系统10之间设置有导光镜9，导光镜9的设置用于改变激光的光路，使穿透第一45°镜2的激光能够折射到分光系统10内，便于零件的安装。

结合附图2所示，分光系统10包括分光镜101和凸面镜102，将激光分散，提升激光的覆盖范围。分光镜101和第一45°镜2之间还设置有波片11，用于改变激光的角度，便于分光镜将光路分散，并使激光保持一定的角度射出。

在工作过程中，激光由激光器1发出，经过激光晶体射在第一45°镜2上，由于激光的能量不足发生反射，反射后的激光经过变频晶体3的调频作用后射到高反镜4上，发生反射，回到第一45°镜2上，由于激光的能量未增加，还是不能穿过第一45°镜2，发生反射，通过光楔5后到角锥6上，经过角锥6的作用发生光路的改变，再经过半玻片7进入到调Q开关8内，将激光的能量收集起来，当调Q开关8中的能量收集达到峰值时，会发射出来，经过激光晶体射到第一45°镜2上，由于此时的激光能量较高，能够穿过第一45°镜2发生折射，穿过第一45°镜2的激光在导光镜9的作用下进入到分光系统10中，分光系统10中的分光镜101将激光分散，并且通过凸面镜102发生折射，激光进入到凸透镜12中形成多个排列的焦点，进行切割，提高加工速度和加工质量；在加工过程中，激光器所需发出的激光能量不需要很高，降低了激光器的功率要求，减少了成本，激光晶体可以对固定波长的激光进行频率转换，便于激光的传播。

结合本发明涉及的附图3，一种皮秒激光器，由2个如附图1中的应用于PLC晶圆激光切割装置并联形成，每一个激光切割装置中从分光系统10中射出的激光经过第二45°镜13的折射，再进入到凸透镜12中，形成更多的激光焦点，从而提升切割的效率和切割的平整度，在加工过程中所需的激光器功率较小，降低了硬件要求。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：包括用于射出激光的激光器(1)，所述激光器(1)一端设置有用于接收激光的第一45°镜(2)，所述第一45°镜(2)一侧设置有接收反射激光的变频晶体(3)，所述变频晶体(3)远离所示第一45°镜(2)的一侧设置有高反镜(4)，所述高反镜(4)将经过变频晶体(3)转换过的激光反射至第一45°镜(2)，所述激光器(1)远离所述第一45°镜(2)的一侧设置有角锥(6)，所述角锥(6)与所述激光器(1)之间设置有调Q开关(8)，所述第一45°镜(2)远离所述高反镜(4)的一侧设置有分光系统(10)，所述分光系统(10)入射激光侧设置有导光镜(9)，分光系统(10)射出激光侧设置有凸透镜(12)；所述凸透镜(12)与所述分光系统(10)之间设置有第二45°镜(13)。

2.根据权利要求1所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述导光镜(9)为直角三角形。

3.根据权利要求1所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述激光器(1)内设置有激光晶体。

4.根据权利要求1所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述调Q开关(8)与所述角锥(6)之间设置有半玻片(7)。

5.根据权利要求1所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述第一45°镜(2)与所述角锥(6)之间设置有光楔(5)。

6.根据权利要求1所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述分光系统(10)包括分光镜(101)和凸面镜(102)。

7.根据权利要求5所述的应用于PLC晶圆激光切割装置，其特征在于：所述分光镜(101)与所述导光镜(9)之间设置有波片(11)。

8.一种皮秒激光器，其特征在于：包括数个如权利要求1～7任一所述的应用于PLC晶圆激光切割装置并联。

9.根据权利要求8所述的皮秒激光器，其特征在于：所述应用于PLC晶圆激光切割装置有两个。