CN111468824B - 一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法，涉及光电技术领域，以减小光束的聚焦焦深，降低光束对材料的损耗。所述光束聚焦装置包括导向单元和聚焦单元。其中，导向单元用于将光束转换为环形空心光束。聚焦单元用于对环形空心光束进行聚焦。所述激光聚焦系统包括激光导向装置和上述技术方案所提供的光束聚焦装置。本发明提供的光束聚焦装置用于材料剥离。

Description

一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法。

背景技术

激光剥离工艺是一种新型的减薄工艺，其主要通过激光聚焦在材料内部形成一层均匀的炸点，使表层材料从特定厚度处自然裂开脱离衬底，从而实现对材料的减薄。与其他减薄工艺不同的是，采用激光剥离工艺可获得完整的表层材料，而这些表层材料在打磨抛光后可被回收再利用，从而提高材料的利用率，降低生产成本。

但是，采用现有的激光剥离工艺对表层材料进行剥离时，激光束在材料内部中聚焦形成的焦深较长，使得材料的消耗较大，最终导致材料的利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法，以减小光束的聚焦焦深，降低光束对材料的损耗。

本发明提供了一种光束聚焦装置，该光束聚焦装置包括：

导向单元，用于将光束转换为环形空心光束；

聚焦单元，用于对环形空心光束进行聚焦。

本发明提供的光束聚焦装置中，导向单元可将光束转换为环形空心光束，增大了光束中的各部分与光轴之间的距离，从而使得环形空心光束的各部分与聚焦单元中心之间的距离增大。聚焦单元在对环形空心光束进行对心聚焦时，因环形空心光束的各部分与聚焦单元中心的距离变大，从而使得环形空心光束穿过聚焦单元后的汇聚角度增大。这样环形空心光束穿过聚焦单元后会聚重叠在一起的部分会缩小，最终使得光束聚焦后的焦深变短。由此可见，本发明提供的光束聚焦装置应用在激光剥离材料时，利用导向单元可以缩小聚焦单元聚焦激光束后的焦深，故光束的焦点在材料内部的作用深度减小，从而降低光束对材料的损坏范围，提高材料的利用率。

进一步地，导向单元包括：

第一光学元件，用于将光束转换为发散的锥形空心光束，锥形空心光束的发散角大于0°小于180°；

第二光学元件，用于将锥形空心光束转换为环形空心光束。

进一步地，第一光学元件具有第一圆锥面，第一圆锥面具有的圆锥角大于0°小于180°，第一圆锥面用于将光束转换为发散的锥形空心光束；

第二光学元件具有第二圆锥面，第二圆锥面具有的圆锥角大于0°小于180°，第二圆锥面用于将锥形空心光束转换为环形空心光束。

进一步地，第一光学元件为第一光学透镜；第一圆锥面形成的空间沿着远离第一光学元件的方向逐渐外扩，或，第一圆锥面形成沿着远离第一光学元件的方向逐渐收缩的突起；

第一圆锥面用于将光束折射为发散的锥形空心光束。

进一步地，第一光学元件还具有与第一圆锥面相对的第一入射面，第一圆锥面为第一出射面；或，

第一光学元件还具有与第一圆锥面相对的第一出射面，第一圆锥面为第一入射面。

进一步地，第二光学元件为第二光学透镜，第二光学元件还具有与第二圆锥面相对的第二出射面，第二圆锥面为第二入射面，第二圆锥面形成沿着远离第二光学元件的方向逐渐收缩的突起；

第二圆锥面用于将锥形空心光束折射为环形空心光束。

进一步地，第一光学元件为第一反射镜，第一圆锥面为反射面，第一圆锥面形成沿着远离第一光学元件的方向逐渐收缩的突起；

第一圆锥面用于将光束反射为发散的锥形空心光束。

进一步地，第二光学元件为第二反射镜，第二光学元件开设有光束传输的通孔；第二圆锥面为第二反射面，第二圆锥面形成的空间沿着远离第二光学元件的方向逐渐外扩；

第二圆锥面用于将锥形空心光束反射为环形空心光束。

进一步地，聚焦单元包括第三光学元件，第三光学元件具有用于对环形空心光束进行聚焦的抛物面或者球面。

本发明还提供了一种激光聚焦系统，该激光聚焦系统包括激光发生器和上述技术方案提供的光束聚焦装置。

与现有技术相比，本发明提供的激光聚焦系统具有的有益效果与本发明提供的光束聚焦装置的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种激光聚焦方法，该激光聚焦方法包括：

提供一激光束；

将激光束转换为环形空心激光束；

对环形空心激光束进行聚焦。

与现有技术相比，本发明提供的激光聚焦方法具有的有益效果与本发明提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

进一步地，将激光束转换为环形空心激光束包括：

将激光束转换为发散的锥形空心激光束；锥形空心激光束的发散角大于0°小于180°；

将锥形空心激光束转换为环形空心激光束。

本发明还提供了一种光束聚焦装置在材料剥离中的应用，该应用为利用上述技术方案提供的光束聚焦装置，形成用于对材料进行剥离的光束。

与现有技术相比，本发明提供的光束聚焦装置在材料剥离中的应用具有的有益效果与本发明提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种激光聚焦系统在材料剥离中的应用，该应用为利用上述技术方案提供的激光聚焦系统，形成用于对材料进行剥离的激光束。

与现有技术相比，本发明提供的激光聚焦系统在材料剥离中的应用具有的有益效果与本发明提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种材料剥离方法，该材料剥离方法包括：

提供一基底；

利用上述技术方案提供的激光聚焦方法对基底的材料进行剥离。

与现有技术相比，本发明提供的材料剥离方法具有的有益效果与本发明提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为采用现有激光聚焦方法对激光束进行聚焦的传输方向示意图；

图2为本发明实施例中第一种光束聚焦装置结构示意图；

图3为本发明实施例中第二种光束聚焦装置结构示意图；

图4为本发明实施例中第三种光束聚焦装置结构示意图；

图5为本发明实施例中第四种光束聚焦装置结构示意图；

图6为本发明实施例中第五种光束聚焦装置结构示意图；

图7为本发明实施例中第六种光束聚焦装置结构示意图；

图8为本发明实施例中光束经第一光学元件反射为锥形空心光束后一种光路变化图；

图9为本发明实施例中光束经第一光学元件反射为锥形空心光束后另一种光路变化图；

图10为本发明实施例中激光聚焦方法流程图；

图11为本发明实施例中材料剥离方法流程图。

附图标记：

1为导向单元，11为第一光学元件，111为第一圆锥面，12为第二光学元件，121为第二圆锥面，122为第二出射面，123为通孔；2为聚焦单元，21为第三光学元件，211为抛物面，3为光束，4为锥形空心光束，5为环形空心光束。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

激光剥离工艺是一种新型的减薄工艺，其主要通过激光聚焦在材料内部形成一层均匀的炸点，使表层材料从特定厚度处自然裂开脱离衬底，从而实现对材料的减薄。与其他减薄工艺不同的是，采用激光剥离工艺可获得完整的表层材料，而这些表层材料在打磨抛光后可被回收再利用，从而提高材料的利用率，降低生产成本。

但是，如图1所示，采用现有的激光剥离工艺对表层材料进行剥离时，激光束在材料内部中聚焦形成的焦深L较长，导致激光的作用深度较大，再加上采用激光剥离工艺会对材料自身结构造成损伤，使得剥离后的材料往往需要去除较多的表层材料，才能消除激光炸裂导致的晶格损伤。最终使得材料的消耗较大，以及使得材料的利用率较低。

为了解决采用现有的激光剥离工艺对表层材料进行剥离时，激光束在材料内部中聚焦形成的焦深L较长，使得材料的消耗较大，最终导致材料的利用率较低的技术问题，本发明实施例提供了一种光束聚焦装置、激光聚焦系统及方法、材料剥离方法。其中，光束聚焦装置所包括的导向单元可将光束转换为环形空心光束，增大了环形空心光束穿过聚焦单元后的汇聚角度，从而使得光束聚焦后的焦深L变短。

实施例一

本发明实施例提供了一种光束聚焦装置。此光束聚焦装置可用于对激光束、红外光束等进行聚焦。如图2至图7所示，此光束聚焦装置包括导向单元1和聚焦单元2。

导向单元1用于将光束3转换为环形空心光束5。所有环形空心光束5的传输方向相同。环形空心光束5的各部分与光轴之间具有间距，且间距相同。聚焦单元2用于对环形空心光束5进行聚焦。

如图2至图7所示，当有光束3照射到光束聚焦装置上时，光束聚焦装置所包括的导向装置可以将此光束3转换为环形空心光束5，增大环形空心光束5各部分与光轴之间的间距。当环形空心光束5传输至聚焦单元2时，在聚焦单元2的作用下，环形空心光束5各部分的传输方向由相互平行，转换为相互靠近，并会聚于一点。环形空心光束5会聚于此点的部分重叠在一起形成焦点，从而实现对环形空心光束5进行聚焦。

结合上述光束聚焦装置的工作过程可知，本发明实施例提供的光束聚焦装置中，导向单元1可将光束3转换为环形空心光束5，增大了光束中的各部分与光轴之间的距离，从而使得环形空心光束5的各部分与聚焦单元2中心之间的距离增大。聚焦单元2在对环形空心光束5进行对心聚焦时，因环形空心光束5的各部分与聚焦单元2中心的距离变大，从而使得环形空心光束5穿过聚焦单元2后的汇聚角度增大。这样环形空心光束5穿过聚焦单元2后会聚重叠在一起的部分会缩小，最终使得光束聚焦后的焦深L变短。由此可见，本发明实施例提供的光束聚焦装置应用在激光剥离材料时，利用导向单元1可以缩小聚焦单元2聚焦激光束后的焦深L，故光束的焦点在材料内部的作用深度减小，从而降低光束对材料的损坏范围，提高材料的利用率。

作为一种可能的实现方式，如图2至图7所示，导向单元1包括第一光学元件11和第二光学元件12。其中，第一光学元件11用于将光束3转换为发散的锥形空心光束4。第二光学元件12用于将锥形空心光束4转换为环形空心光束5。锥形空心光束4的发散角大于0°小于180°。

应理解，在第一光学元件11的作用下，光束3转换为发散的锥形空心光束4。锥形空心光束4的各部分沿着相互远离的方向传输。并且，随着锥形空心光束4传播路径的增长，锥形空心光束4各部分的顶点之间的距离越大。在此基础上，锥形空心光束4在第二光学元件12的作用下转换为环形空心光束5后。环形空心光束5各部分的间距随着环形空心光束5各部分的顶点间距的变大而变大，从而使得环形空心光束5各部分与光轴的间距变大。由此可见，在第一光学元件11和第二光学元件12先后转换作用下，可以方便地增大环形空心光束5各部分与光轴之间的距离。从而增大环形空心光束5各部分穿过聚焦单元2后的汇聚角度，最终使得光束聚焦后的焦深L变短。

在一种可选的方式中，如图2至图7所示，上述第一光学元件11具有第一圆锥面111，第一圆锥面111具有的圆锥角大于0°小于180°，第一圆锥面111用于将光束3转换为发散的锥形空心光束4。

上述第二光学元件12具有第二圆锥面121，第二圆锥面121具有的圆锥角大于0°小于180°，第二圆锥面121用于将锥形空心光束4转换为环形空心光束5。

如图2至图7所示，第一圆锥面111具有的圆锥角可根据实际需要转换成的环形空心光束5各部分与聚焦单元2的光轴之间的距离设置。

示例性的，第一圆锥面111具有的圆锥角的大小，影响光束3转换为锥形空心光束4后，锥形空心光束4的发散角的大小。进而影响锥形空心光束4沿着此发散角传播时，锥形空心光束4各部分的顶点之间的距离。第一圆锥面111具有的圆锥角越大，锥形空心光束4各部分的顶点之间的距离越大。在此基础上，获得的环形空心光束5各部分之间的距离越大。

例如：如图8所示，当第一光学元件11为反射镜，且两个第一圆锥面111具有的圆锥角为120°时，经这第一圆锥面111反射得到的锥形空心光束4的发散角为120°。如图9所示，当第一光学元件11为反射镜，且第一圆锥面111具有的圆锥角为150°时，经第一圆锥面111反射得到的锥形空心光束4的发散角为150°。

应理解，为保证光束3可转换为锥形空心光束4，并由锥形空心光束4转换为环形空心光束5。第一圆锥面111和第二圆锥面121应按照光路设置，具体位置由光路决定。

具体来说，在光束聚焦过程中，光束3由第一圆锥面111转换为锥形空心光束4，第二光学元件12所具有第二圆锥面121应当位于锥形空心光束4的传输方向上，用以将此锥形空心光束4转换为环形空心光束5。由此可见，第二圆锥面121具有的圆锥角，需要参考第一圆锥面111所具有的角进行设置。

需要说明的是，如图2至图7所示，上述第一光学元件11可以为光学透镜或反射镜。上述第二光学元件12也可以为光学透镜或反射镜。第一光学元件11为光学透镜还是反射镜，可以根据实际情况进行选择。第二光学元件12的光学性质需要参考第一光学元件11的光学性质进行选择。

在一种可选方式中，当第一光学元件11为光学透镜时，第二光学元件12应选光学透镜，以避免第二光学元件12将第一光学元件11折射出的锥形空心光束4反射回第一光学元件11。

如图2、图3、图6和图7所示，当上述第一光学元件11为第一光学透镜时。第一圆锥面111形成的空间沿着远离第一光学元件11的方向逐渐外扩。或，第一圆锥面111形成沿着远离第一光学元件11的方向逐渐收缩的突起。第一圆锥面111用于将光束3折射为发散的锥形空心光束4。

在一种示例中，如图2和图3所示，当上述第一光学元件11为第一光学透镜，并且第一圆锥面111形成的空间沿着远离第一光学元件11的方向逐渐外扩时，此第一圆锥面111构成类似空心喇叭形的圆锥面。基于光的折射原理，光束3由凹面型的第一圆锥面111折射出去后，会由第一圆锥面111的中心向第一圆锥面111的边缘发散，便于获得锥形空心光束4。

在另一示例中，如图6和图7所示，当上述第一光学元件11为第一光学透镜，并且第一圆锥面111形成沿着远离第一光学元件11的方向逐渐收缩的突起时，此第一圆锥面111构成中心位置厚度较大、边缘位置厚度较小的凸面。基于光的折射原理，光束3由凸面型的第一圆锥面111折射出去后，先由沿着第一圆锥面111的边缘向第一圆锥面111的中心的方向汇聚。聚焦到焦点后，光束沿着第一圆锥面111的中心向第一圆锥面111的边缘的方向发散，从而获得锥形空心光束4。

如图2、图3、图6和图7所示，至于第一圆锥面111所具有的圆锥角的大小，可设置为大于90°小于170°。应理解，第一圆锥面111具有的圆锥角越大，获得的锥形空心光束4的发散角越大。在此基础上，利用第二圆锥面121对锥形空心光束4进行导向后，得到的环形空心光束5的各部分与光轴之间的距离越大，从而缩短环形空心光束5聚焦后的焦深L。

示例性的，第一圆锥面111所具有的圆锥角为120°。将第一圆锥面111所具有的圆锥角设置为此值，既可以方便地获得锥形空心光束4，又可以使得锥形空心光束4的发散角足够大。

应理解，当上述第一光学元件11为第一光学透镜时，第一圆锥面111可以为第一入射面或第一出射面。具体的，第一圆锥面111为第一入射面还是第一出射面，可以根据实际应用场景设计，只要保证第一圆锥面111可以将光束3折射为发散的锥形空心光束4即可。

示例性的，当第一圆锥面111为第一出射面时，第一光学元件11还具有与第一圆锥面111相对的第一入射面。而第一圆锥面111为第一入射面时，第一光学元件11还具有与第一圆锥面111相对的第一出射面。

具体的，如图2、图3、图6和图7所示，对于与第一圆锥面111相对设置的折射面(第一入射面或第一出射面)来说，此折射面可为平面折射面或斜面折射面，只要保证第一圆锥面111可以将光束3折射为发散的锥形空心光束4即可。

应理解，根据上述折射面的倾斜角度的不同，可以将折射面定义为平面折射面和斜面折射面。平面折射面是与水平面平行的折射面。斜面折射面是与水平面形成夹角大于0°的折射面。

上述折射面的倾斜角度，影响光束3入射折射面的角度。示例性的，当投射面为入射面，且此入射面为平面入射面时，此光束3可以垂直入射的方式折射入平面入射面。

例如：如图2和图3所示，第一光学元件11为平凹锥透镜。平凹锥透镜中的平面部为第一入射面，平凹锥透镜中的锥面部为第一出射面。光束3以垂直入射的方式，透射入平凹锥透镜中的平面部。并经平凹锥透镜中的锥面部将光束3折射为发散的锥形空心光束4。

又例如：如图6和图7所示，第一光学元件11为平凸锥透镜。平凸锥透镜中的平面部为第一入射面，平凸锥透镜中的锥面部为第一出射面。光束3以垂直入射的方式，透射入平凸锥透镜中的入平面部。并经平凸锥透镜中的锥面部将光束3折射为发散的锥形空心光束4。

如图2、图3、图6和图7所示，当第一光学元件11如前文所述的第一光学透镜时，第二光学元件12也可为第二光学透镜。此时，第二光学元件12还具有与第二圆锥面121相对的第二出射面122。第二圆锥面121为第二入射面。第二圆锥面121形成沿着远离第二光学元件12的方向逐渐收缩的突起。第二圆锥面121用于将锥形空心光束4折射为环形空心光束5。

应理解，当第一光学元件11为第一光学透镜时，第一光学透镜的第一出出射面与第二光学透镜的第二入射面临近。在此基础上，构成第二入射面的第二圆锥面121形成中心位置厚度较大、边缘位置厚度较小的凸面。基于光的折射原理，锥形空心光束4由第二圆锥面121折射出去后，会由第二入射面的边缘向第二入射面的中心偏折，便于获得环形空心光束5。

如图2、图3、图6和图7所示，对于第二出射面122来说，第二出射面122为平面出射面或斜面出射面，只要保证第二圆锥面121可以将发散的锥形空心光束4折射为环形空心光束5即可。

应理解，根据第二出射面122的倾斜角度的不同，可以将第二出射面122定义为平面出射面和斜面出射面。平面出射面是与水平面平行的出射面。斜面出射面是与水平面形成夹角大于0°的出射面。此外，第二出射面122的倾斜角度的大小，影响光束透射出第二光学元件12后的传输方向。具体的，第二出射面122的倾斜角度越大，锥形空心光束4各部分透射出第二光学元件12后传输方向的变化程度越大。

示例性的，为保证经第二入射面转换得到的环形空心光束5在经第二出射面122折射后不改变传输方向。当第二出射面122为平面出射面时，环形空心光束5需要以垂直入射的方式折射出第二出射面122。

如图2、图3、图6和图7所示，第二圆锥面121所具有的圆锥角的设置可为大于90°小于170°。第二圆锥面121所具有的圆锥角越大，第二圆锥面121对锥形空心光束4的偏折作用越大，即锥形空心光束4经第二圆锥面121转换为环形空心光束5后传播方向的变化程度越大。

需要说明的是，为保证锥形空心光束4可转换为环形空心光束5，在第一光学透镜和第二光学透镜材料相同的情况下，需要将第二圆锥面121具有的圆锥角等于第一圆锥面111具有的圆锥角。

在实际应用过程中，上述第二光学元件12可为平凸锥透镜。平凸锥透镜的锥面部为第二入射面。平凸锥透镜的平面部为第二出射面122。平凸锥透镜的锥面部与第一光学元件11的第一圆锥面111相对。平凸锥透镜的平面部与聚焦单元2相对。

在另一种可选方式中，当第一光学元件11为反射镜时，第二光学元件12应选反射镜，以确保第二光学元件12能够将锥形空心光束4转换为环形空心光束5。

如图4和图5所示，当第一光学元件11为第一反射镜时，第一圆锥面111为第一反射面。第一圆锥面111形成沿着远离第一光学元件11的方向逐渐收缩的突起。第一圆锥面111用于将光束3反射为发散的锥形空心光束4。

当第一圆锥面111形成沿着远离第一光学元件11的方向(即沿着背离光束的传输方向)逐渐收缩的突起时。第一圆锥面111的中心位置的高度大于边缘位置的高度。换句话说，第一圆锥面111为锥形凸面。基于光的反射原理，凸型反射面对光束有发散的作用。光束3经第一圆锥面111反射后，光束3中的各部分会向相互远离的方向发散，可以方便地获得锥形空心光束4。进而在第二圆锥面121的作用下，将锥形空心光束4转换为环形空心光束5后，从而增大了环形空心光束5的各部分与光轴的距离。最终使得环形空心光束5聚焦后焦深L变短。

在实际应用过程中，第一光学元件11为凸面锥形反射镜。凸面锥形反射镜的锥面部为第一反射面。光束3经凸面锥形反射镜的锥面部反射后，可获得锥形空心光束4。

在一种示例中，如图4和图5所示，第一圆锥面111具有的圆锥角可为大于90°小于170°。第一圆锥面111具有的圆锥角的大小，影响锥形空心光束4的发散角的大小。具体的，第一圆锥面111具有的圆锥角越大，锥形空心光束4的发散角越大。例如，如图8所示，第一圆锥面111具有的圆锥角的设置为120°时，得到的锥形空心光束4的发散角为120°。

在一种可选方式中，如图4和图5所示，第二光学元件12为第二反射镜。第二反射镜开设有光束3传输的通孔123。第二圆锥面121为第二反射面，第二圆锥面121形成的空间沿着远离第二光学元件12的方向逐渐外扩。第二圆锥面121用于将锥形空心光束4反射为环形空心光束5。应理解，第二圆锥面121形成的空间沿着远离第二光学元件12的方向(及沿着背离光束的传输方向)逐渐外扩，即第二圆锥面121的中心位置高度较小，边缘位置高度较大，形成锥形凹面。基于光的反射原理，凹型反射面对光束具有会聚作用，便于第二圆锥面121将锥形空心光束4反射为环形空心光束5。

需要说明的是，光束3经第一光学元件11反射后，获得的锥形空心光束4形成的空间与光束3形成的空间重叠。而第二光学元件12需要将锥形空心光束4整体反射为环形空心光束5，在这样的情况下，第二光学元件12的设置位置可能影响光束3照射到第一光学元件11的第一反射面上。而在第二光学元件12上开设供光束3传输的通孔123，既可以保证光束3可以传输至第一光学元件11，不会影响第二光学元件12对锥形空心光束4各部分的反射。

在一种示例中，如图4和图5所示，第二圆锥面121形成的夹角的范围可为大于90°小于170°。第二圆锥面121具有的圆锥角的大小，影响锥形空心光束4经反射后传输方向的变化程度。具体的，第二圆锥面121具有的圆锥角越小，锥形空心光束4经反射后传输方向的变化程度越小。

需要说明的是，为保证锥形空心光束4可转换为环形空心光束5，第二圆锥面121具有的圆锥角的大小应等于第一圆锥面111具有的圆锥角的大小。

作为一种可能的实现方式，如图2至图7所示，上述聚焦单元2包括第三光学元件21，第三光学元件21具有用于对环形空心光束5进行聚焦的抛物面211或球面。在抛物面211或球面的作用下，环形空心光束5可以汇聚于一点，实现对环形空心光束5的聚焦。

具体来说，第三光学元件21可以为光学透镜或反射镜。第三光学元件21的光学性质可以根据实际情况选择，在此不做具体限定。

在一种可选方式中，如图2、图4和图6所示，当第三光学元件21为第三光学透镜时，此第三光学元件21还包括与抛物面211或球面相对的第三入射面。抛物面211或球面为第三出射面。抛物面211或球面形成沿着远离第三入射面的方向逐渐收缩的突起，使得第三出射面形成凸面。基于光的折射原理，凸面可将环形空心光束5折射于一点，从而实现对环形空心光束5进行聚焦。

在实际应用过程中，上述第三光学元件21包括平凸聚焦镜。平凸聚焦镜的平面部为第三入射面。平凸聚焦镜的抛物面部为第三出射面。环形空心光束5由平凸聚焦镜的抛物面部折射出后可以汇聚于一点，实现对环形空心光束5的聚焦。

在另一种可选方式中，如图3、图5和图7所示，当第三光学元件21为第三反射镜时，此第三反射镜开设有光束传输的通光孔。抛物面211或球面为第三反射面。抛物面211或球面形成的空间沿着远离第三光学元件21的方向逐渐外扩，使得第三反射面形成凹型抛物面或凹型球面。基于光的反射原理，凹型抛物面或凹型球面对光束有会聚作用。环形空心光束5经凹型抛物面或凹型球面反射后，可以由通光孔传出，并会聚于一点，从而实现对环形空心光束5进行聚焦。

在实际应用过程中，第三光学元件21包括抛物面反射镜。抛物面反射镜的抛物面部为第三反射面。环形空心光束5由抛物面反射镜的抛物面部反射后可以汇聚于一点，实现对环形空心光束5的聚焦。

实施例二

本发明实施例体提供了一种激光聚焦系统，如图2至7所示，该激光聚焦系统包括激光发生器和上述实施例一提供的光束聚焦装置。

本发明实施例提供的激光聚焦系统具有的有益效果与本发明实施例一提供的光束聚焦装置的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例三

本发明实施例提供了一种激光聚焦方法，如图10所示，该激光聚焦方法包括：

步骤S101、提供一激光束。此激光束可以由上述实施例二中提供的激光发生器获得。

步骤S102、将激光束转换为环形空心激光束。示例性的，可以利用上述实施例一中的导向单元1将激光束转换为环形空心激光束。

步骤S103、对环形空心激光束进行聚焦。示例性的，可以通过上述实施例一中提供的聚焦单元2对环形空心激光束进行聚焦。

本发明实施例提供的激光聚焦方法，将激光束转换为环形空心激光束，增大了激光束各部分与光轴之间的距离，从而使得环形空心激光束各部分与聚焦单元2中心的距离变大。对环形空心激光束进行对心聚焦时，因环形空心激光束各部分与聚焦单元2中心的距离变大，使得环形空心激光束各部分穿过聚焦单元2后的汇聚角度增大。这样环形空心激光束穿过聚焦单元2后会聚重叠在一起的部分会缩小，最终使得激光束聚焦后的焦深L变短。由此可见，本发明实施例提供的激光聚焦方法应用在激光剥离材料时，利用导向单元1可以缩小聚焦单元2聚焦激光束后的焦深L，故激光束的焦点在材料内部的作用深度减小，从而降低激光束对材料的损坏范围，提高材料的利用率。

作为一种可能的实现方式，将激光束转换为环形空心激光束包括：

步骤S102.1、将激光束转换为发散的锥形空心激光束。锥形空心激光束的发散角大于0°小于180°。

步骤S102.2、将锥形空心激光束转换为环形空心激光束。

应理解，激光束转换为发散的锥形空心激光束，锥形空心激光束的各部分沿着相互远离的方向传输，增大了激光束各部分与光轴的距离。在将锥形空心激光束转换为环形空心激光束，并对环形空心激光束进行聚焦后，因增大了激光束各部分与光轴的间距，从而增大了激光束各部分穿过聚焦单元2后的汇聚角度，最终使得激光束聚焦后的焦深L变短、降低激光束在材料内部的作用范围。

实施例四

本发明实施例提供了一种光束聚焦装置在材料剥离中的应用，该光束聚焦装置为利用上述实施例一提供的光束聚焦装置。

本发明实施例提供的光束聚焦装置在材料剥离中的应用具有的有益效果与本发明实施例一提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例五

本发明实施例提供了一种激光聚焦系统在材料剥离中的应用，该激光聚焦系统为利用本发明实施例二提供的激光聚焦系统。

本发明实施例提供的激光聚焦系统在材料剥离中的应用具有的有益效果与本发明实施例一提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例六

本发明实施例提供了一种材料剥离方法，如图11所示，该材料剥离方法包括：

步骤S201、提供一基底。应理解，此基底为广义上的基底。此基底可以仅包括衬底。或者，此基底可以包括衬底，以及形成在该衬底上的外延结构。

步骤S202、利用实施例三提供的激光聚焦方法对基底的材料进行剥离。

本发明实施例提供的材料剥离方法具有的有益效果与本发明实施例一提供的光束聚焦系统的有益效果相同，在此不再赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光束聚焦装置，其特征在于，所述光束聚焦装置用于形成对材料进行剥离的光束；所述光束聚焦装置包括：

导向单元，用于将光束转换为环形空心光束；

聚焦单元，用于对所述环形空心光束进行聚焦；其中，

所述导向单元包括：第一光学元件和第二光学元件；

所述第一光学元件用于将所述光束转换为发散的锥形空心光束，所述锥形空心光束的发散角大于0°小于180°；所述第一光学元件具有第一圆锥面，所述第一圆锥面具有的圆锥角大于0°小于180°，所述第一圆锥面用于将所述光束转换为发散的所述锥形空心光束；所述第一光学元件为第一光学透镜或第一反射镜；

在所述第一光学元件为第一光学透镜的情况下，所述第一圆锥面用于将所述光束折射为发散的所述锥形空心光束；所述第一圆锥面形成的空间沿着远离所述第一光学元件的方向逐渐外扩，或，所述第一圆锥面形成沿着远离所述第一光学元件的方向逐渐收缩的突起；

在所述第一光学元件为第一反射镜的情况下，所述第一圆锥面用于将所述光束反射为发散的所述锥形空心光束；所述第一圆锥面为反射面，所述第一圆锥面形成沿着远离所述第一光学元件的方向逐渐收缩的突起；

所述第二光学元件用于将所述锥形空心光束转换为所述环形空心光束；所述第二光学元件具有第二圆锥面，所述第二圆锥面具有的圆锥角大于0°小于180°，所述第二圆锥面用于将所述锥形空心光束转换为所述环形空心光束；所述第二光学元件为第二光学透镜或第二反射镜；

在所述第二光学元件为第二光学透镜的情况下，所述第二光学元件还具有与所述第二圆锥面相对的第二出射面，所述第二圆锥面为第二入射面，所述第二圆锥面形成沿着远离所述第二光学元件的方向逐渐收缩的突起；所述第二圆锥面用于将所述锥形空心光束折射为所述环形空心光束；

在所述第二光学元件为第二反射镜的情况下，所述第二光学元件开设有所述光束传输的通孔；所述第二圆锥面为第二反射面，所述第二圆锥面形成的空间沿着远离所述第二光学元件的方向逐渐外扩；所述第二圆锥面用于将所述锥形空心光束反射为所述环形空心光束。

2.根据权利要求1所述的光束聚焦装置，其特征在于，在所述第一光学元件为第一光学透镜的情况下，所述第一光学元件还具有与所述第一圆锥面相对的第一入射面，所述第一圆锥面为第一出射面；或，

所述第一光学元件还具有与所述第一圆锥面相对的第一出射面，所述第一圆锥面为第一入射面。

3.根据权利要求1或2所述的光束聚焦装置，其特征在于，所述聚焦单元包括第三光学元件，所述第三光学元件具有用于对所述环形空心光束进行聚焦的抛物面或者球面。

4.一种激光聚焦系统，其特征在于，包括激光发生器和权利要求1～3任一项所述的光束聚焦装置。

5.一种激光聚焦方法，其特征在于，所述激光聚焦方法应用权利要求1～3任一项所述的光束聚焦装置；所述激光聚焦方法包括：

提供一激光束；

将所述激光束转换为环形空心激光束；

对所述环形空心激光束进行聚焦；其中，

所述将所述激光束转换为环形空心激光束包括：

将所述激光束转换为发散的锥形空心激光束；所述锥形空心激光束的发散角大于0°小于180°；

将所述锥形空心激光束转换为环形空心激光束。

6.一种光束聚焦装置在材料剥离中的应用，其特征在于，利用权利要求1～3任一项所述的光束聚焦装置，形成用于对材料进行剥离的光束。

7.一种激光聚焦系统在材料剥离中的应用，其特征在于，利用权利要求4所述的激光聚焦系统，形成用于对材料进行剥离的激光束。

8.一种材料剥离方法，其特征在于，包括：

提供一基底；

利用权利要求5所述的激光聚焦方法对所述基底的材料进行剥离。

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