CN111624725A - 一种实现变焦及光路整形的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现变焦及光路整形的系统，其包括机架、激光器、第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件、变焦组件及出光组件，其中激光器设置在机架上，第一反射组件间隔设置在激光器的出光端，光路整形组件设置在激光器一侧且位于第一反射组件的出光端，第二反射组件设置在激光器一侧且位于光路整形组件的出光端，变焦组件设置在激光器一侧且位于第二反射组件的出光端，出光组件设置在激光器一侧且位于变焦组件的出光端，激光器射出激光依次经由第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件及变焦组件至出光组件。本发明一方面可以提升加工效率，另一方面可实现对厚度不均匀的材料的精密加工，同时该系统又具有调节简单、灵活度高的特性。
Description
技术领域
本发明涉及光路整形，尤其是指一种实现变焦及光路整形的系统。
背景技术
传统的激光加工是采用高斯光束对材料进行微加工的，而由于高斯光束的激光能量分布呈高斯形式，即光斑中间的能量密度远高于边缘的能量密度，所以高斯光束所形成的这种光斑在某些激光加工中存在弊端，比如太阳能晶硅电池掺杂工艺及半导体解键合工艺。
在太阳能晶硅电池掺杂工艺中，激光掺杂工艺主要运用激光的局域热效应，使得掺杂原子被激活并扩散至硅基底里面形成重掺杂区域，从而带来非掺杂区域高方阻和掺杂区域良好的欧姆接触平衡，可显著地提高晶硅电池的转换效率。但是由于激光掺杂工艺采用高斯光束，所以在激光能量密度合适的区域发生掺杂元素激活和扩散，形成了需要的结型；在激光能量密度过高区域发生物相变化，损坏了原来的材料结构，引入了新的复合中心，一方面降低了电池的转换效率，另一方面带来了加工效率低、加工粗糙的问题。
在半导体解键合工艺中，需要加工多层膜结构中的特定层，需要把聚焦的激光光斑范围内的激光能量密度控制在一个合适的范围内，而且由于材料幅面比较大，材料平整度不高，所以采用高斯光束对材料进行微加工时，就导致了加工效率低、加工粗糙的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现变焦及光路整形的系统，在太阳能晶硅电池掺杂工艺及半导体解键合工艺中，该系统可实现对材料的高效及精密加工。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种实现变焦及光路整形的系统，其包括：
机架、激光器、第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件、变焦组件及出光组件，所述激光器设置在机架上，所述第一反射组件间隔设置在激光器的出光端，所述光路整形组件设置在激光器一侧且位于第一反射组件的出光端，所述第二反射组件设置在激光器一侧且位于光路整形组件的出光端，所述变焦组件设置在激光器一侧且位于第二反射组件的出光端，所述出光组件设置在激光器一侧且位于变焦组件的出光端，所述激光器射出激光依次经由第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件及变焦组件至出光组件。
进一步的，所述光路整形组件包括扩束镜及整形光学元件，所述扩束镜间隔设置在第一反射组件的出光端，所述整形光学元件间隔设置在扩束镜远离第一反射组件一端。
进一步的，所述扩束镜为变倍扩束镜。
进一步的，所述整形光学元件为平顶光衍射光学元件。
进一步的，所述变焦组件包括第一凹透镜、凸透镜及第二凹透镜，所述第一凹透镜间隔设置在第二反射组件的出光端，所述第二凹透镜间隔设置在出光组件的入光端，所述凸透镜设置在第一凹透镜及第二凹透镜之间。
进一步的，所述变焦组件还包括电机，所述电机设置在机架上且电连接于第一凹透镜。
进一步的，所述出光组件包括振镜及场镜，所述振镜间隔设置在变焦组件的出光端，所述场镜连接在振镜远离第一反射组件一端。
进一步的，所述第一反射组件包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜呈一定角度间隔设置在激光器的出光端，所述第二反射镜呈一定角度间隔设置在第一反射镜一侧且位于光路整形组件的入光端，所述激光器射出激光依次经过第一反射镜及第二反射镜并垂直居中入射至光路整形组件。
进一步的，所述第二反射组件包括第三反射镜及第四反射镜，所述第三反射镜呈一定角度间隔设置在光路整形组件的出光端，所述第四反射镜呈一定角度间隔设置在第三反射镜一侧且位于变焦组件的入光端，从所述光路整形组件射出的激光依次经由第三反射镜及第四反射镜并垂直居中入射至变焦组件。
进一步的，所述实现变焦及光路整形的系统还包括载物台，所述载物台设置在机架上且位于出光组件的出光端。
本发明的有益效果在于：
该实现变焦及光路整形的系统中，光路整形组件可以实现光束的整形，形成方形平顶光斑或者圆形平顶光斑等。而且经过光路整形组件整形过后的激光通过变焦组件及出光组件，构成了焦距在毫米级可变的系统，一方面可以提升加工效率，另一方面可实现对厚度不均匀的材料的精密加工，同时该系统又具有调节简单、灵活度高的优秀特性。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的实现变焦及光路整形的系统的光路图一；
图2为本发明的实现变焦及光路整形的系统的光路图二；
图3为本发明的变焦组件的变焦示意图；
图4为本发明的实现变焦及光路整形的系统打样的最终效果图；
图5为本发明的实现变焦及光路整形的系统打样后的光斑分析仪显视效果图；
图6为本发明的实现变焦及光路整形的系统变焦后的光斑对比图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明提供了一种实现变焦及光路整形的系统，该实现变焦及光路整形的系统包括机架、激光器100、第一反射组件200、光路整形组件300、第二反射组件400、变焦组件500及出光组件600，其中激光器100设置在机架上，第一反射组件200间隔设置在激光器100的出光端，光路整形组件300设置在激光器100一侧且位于第一反射组件200的出光端，第二反射组件400设置在激光器100一侧且位于光路整形组件300的出光端，变焦组件500设置在激光器100一侧且位于第二反射组件400的出光端，出光组件600设置在激光器100一侧且位于变焦组件500的出光端，激光器100射出激光依次经由第一反射组件200、光路整形组件300、第二反射组件400及变焦组件500至出光组件600。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
该实现变焦及光路整形的系统中，光路整形组件可以实现光束的整形，形成方形平顶光斑或者圆形平顶光斑等。而且经过光路整形组件整形过后的激光通过变焦组件及出光组件，构成了焦距在毫米级可变的系统，一方面可以提升加工效率，另一方面可实现对厚度不均匀的材料的精密加工，同时该系统又具有调节简单、灵活度高的优秀特性。
请参阅图1以及图2，在本发明的第二实施例中，光路整形组件300包括扩束镜301及整形光学元件302，其中扩束镜301间隔设置在第一反射组件200的出光端，整形光学元件302间隔设置在扩束镜301远离第一反射组件200一端。
优选的，扩束镜301为变倍扩束镜，整形光学元件302为平顶光衍射光学元件。
本实施例中，扩束镜301采用变倍扩束镜，可以改变入射光束的大小和发散角，进而满足整形光学元件302对入射光斑和发散角的要求。而整形光学元件302采用平顶光衍射光学元件，可在场镜602的焦点处形成平顶光斑。变倍扩束镜301与平顶光衍射光学元件302构成的光路整形组件300，可以实现在激光束聚焦后的焦点处，激光能量在空间上均匀分布，而这种整形后在焦点上均匀分布的激光能量密度比较易于控制，有利于对晶硅掺杂层和半导体多层膜进行处理，能有效地避免加工过程因为激光能量密度差异较大导致的加工不稳定现象。
请参阅图1、图2以及图3，在本发明的第三实施例中，变焦组件500包括电机、第一凹透镜501、凸透镜502及第二凹透镜503，其中电机设置在机架上且电连接于第一凹透镜501，第一凹透镜501间隔设置在第二反射组件400的出光端，第二凹透镜503间隔设置在出光组件600的入光端，凸透镜502设置在第一凹透镜501及第二凹透镜503之间。
实际工作过程中，通过电机控制第一凹透镜501相对于凸透镜502及第二凹透镜503进行精确地移动。
变焦组件500的具体变焦方式，请参阅图3。
另外，出光组件600包括振镜601及场镜602，其中振镜601间隔设置在变焦组件500的出光端，场镜602连接在振镜601远离第一反射组件200一端。
本实施例中，场镜602可以把光斑聚焦在待加工材料800上面。而通过电机控制第一凹透镜501相对于凸透镜502及第二凹透镜503进行精确地移动，使得场镜602的焦点上下移动，从而可以方便地实现变焦。重要的是，变焦组件500与出光组件600的结合，构成了焦距在毫米级可变的系统，能够实现厚度不均匀的待加工材料800的精密加工。
请参阅图1以及图2，在本发明的第四实施例中，第一反射组件200包括第一反射镜201及第二反射镜202，其中第一反射镜201呈一定角度间隔设置在激光器100的出光端，第二反射镜202呈一定角度间隔设置在第一反射镜201一侧且位于光路整形组件300的入光端，激光器100射出激光依次经过第一反射镜201及第二反射镜202并垂直居中入射至光路整形组件300。
第二反射组件400包括第三反射镜401及第四反射镜402，其中第三反射镜401呈一定角度间隔设置在光路整形组件300的出光端，第四反射镜402呈一定角度间隔设置在第三反射镜401一侧且位于变焦组件500的入光端，从光路整形组件300射出的激光依次经由第三反射镜401及第四反射镜402并垂直居中入射至变焦组件500。
本实施例中，采用第一反射组件200及第二反射组件400的共四块反射镜，可以更加方便的进行光路调节。
请参阅图2，在本发明的第五实施例中，本发明提供的实现变焦及光路整形的系统还包括载物台700，载物台700设置在机架上且位于出光组件600的出光端。
本实施例中，载物台700用于承载待加工材料800。
下面，对本发明提供的实现变焦及光路整形的系统的工作过程，进行详细地描述：
第一步，激光器100射出的高斯光束经过第一反射镜201和第二反射镜202调节后，使得光路垂直居中入射至变倍扩束镜301；
第二步，光束经过变倍扩束镜301扩展成一定大小的光束垂直入射至平顶光衍射光学元件302，平顶光衍射光学元件302通过衍射在聚焦镜焦点处使高斯光斑形成平顶光斑，需要说明的是，平顶光衍射光学元件302对入射光束的要求为小发散角、固定光斑入射；
第三步，通过平顶光衍射光学元件302的光束先经过第三反射镜401和第四反射镜402垂直入射至振镜601后，再垂直通过场镜602打在待加工材料800上；
第四步，微调变倍扩束镜301的发散角和倍率使激光打在待加工材料800上的光斑为平顶光斑；
第五步，通过电机控制第一凹透镜501相对于凸透镜502及第二凹透镜503进行精确地前后移动，使得场镜602的焦点上下移动，进而实现焦点在待加工材料800上的上下移动。
另外，本发明提供的实现变焦及光路整形的系统对待加工材料800进行加工的最终效果，请参阅图4。
下面通过具体实例，对本发明提供的实现变焦及光路整形的系统的工作过程，进行详细说明：
第一步，激光器100射出1mm的532nm的高斯光束经过第一反射镜201和第二反射镜202调节后，使得光路垂直居中入射至变倍扩束镜301；
第二步，光束经过变倍扩束镜301扩展成一定大小的光束垂直入射至平顶光衍射光学元件302，平顶光衍射光学元件302通过衍射在聚焦镜焦点处使高斯光斑形成平顶光斑，需要说明的是，平顶光衍射光学元件302对入射光束的要求为小发散角、固定光斑入射；
第三步，通过平顶光衍射光学元件302的光束先经过第三反射镜401和第四反射镜402垂直入射至振镜601后，再垂直通过场镜602打在待加工材料800上；
第四步，微调变倍扩束镜301，使光束变成3mm无发散角的光速打在待加工材料800上形成平顶光斑，效果如图5所示；
第五步，通过电机控制第一凹透镜501相对于凸透镜502及第二凹透镜503进行精确地前后移动，使得场镜602的焦点上下移动，进而实现焦点在待加工材料800上的上下移动，效果如图6所示。
综上所述，本发明提供的实现变焦及光路整形的系统，其有益效果在于：
该实现变焦及光路整形的系统中，光路整形组件可以实现光束的整形，形成方形平顶光斑或者圆形平顶光斑等。而且经过光路整形组件整形过后的激光通过变焦组件及出光组件，构成了焦距在毫米级可变的系统，一方面可以提升加工效率，另一方面可实现对厚度不均匀的材料的精密加工，同时该系统又具有调节简单、灵活度高的优秀特性。
扩束镜采用变倍扩束镜，可以改变入射光束的大小和发散角，进而满足整形光学元件对入射光斑和发散角的要求。而整形光学元件采用平顶光衍射光学元件，可在场镜的焦点处形成平顶光斑。变倍扩束镜与平顶光衍射光学元件构成的光路整形组件，可以实现在激光束聚焦后的焦点处，激光能量在空间上均匀分布，而这种整形后在焦点上均匀分布的激光能量密度比较易于控制，有利于对晶硅掺杂层和半导体多层膜进行处理，能有效地避免加工过程因为激光能量密度差异较大导致的加工不稳定现象。
场镜可以把光斑聚焦在待加工材料上面。而通过电机控制第一凹透镜相对于凸透镜及第二凹透镜进行精确地移动，使得场镜的焦点上下移动，从而可以方便地实现变焦。重要的是，变焦组件与出光组件的结合，构成了焦距在毫米级可变的系统，能够实现厚度不均匀的待加工材料的精密加工。
采用第一反射组件及第二反射组件的共四块反射镜，可以更加方便的进行光路调节。而载物台的设置，更是方便了待加工材料的承载。
此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。
此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，包括：机架、激光器、第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件、变焦组件及出光组件，所述激光器设置在机架上，所述第一反射组件间隔设置在激光器的出光端，所述光路整形组件设置在激光器一侧且位于第一反射组件的出光端，所述第二反射组件设置在激光器一侧且位于光路整形组件的出光端，所述变焦组件设置在激光器一侧且位于第二反射组件的出光端，所述出光组件设置在激光器一侧且位于变焦组件的出光端，所述激光器射出激光依次经由第一反射组件、光路整形组件、第二反射组件及变焦组件至出光组件。
2.如权利要求1所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述光路整形组件包括：扩束镜及整形光学元件，所述扩束镜间隔设置在第一反射组件的出光端，所述整形光学元件间隔设置在扩束镜远离第一反射组件一端。
3.如权利要求2所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于：所述扩束镜为变倍扩束镜。
4.如权利要求3所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于：所述整形光学元件为平顶光衍射光学元件。
5.如权利要求1所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述变焦组件包括：第一凹透镜、凸透镜及第二凹透镜，所述第一凹透镜间隔设置在第二反射组件的出光端，所述第二凹透镜间隔设置在出光组件的入光端，所述凸透镜设置在第一凹透镜及第二凹透镜之间。
6.如权利要求5所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述变焦组件还包括：电机，所述电机设置在机架上且电连接于第一凹透镜。
7.如权利要求6所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述出光组件包括：振镜及场镜，所述振镜间隔设置在变焦组件的出光端，所述场镜连接在振镜远离第一反射组件一端。
8.如权利要求1所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述第一反射组件包括：第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜呈一定角度间隔设置在激光器的出光端，所述第二反射镜呈一定角度间隔设置在第一反射镜一侧且位于光路整形组件的入光端，所述激光器射出激光依次经过第一反射镜及第二反射镜并垂直居中入射至光路整形组件。
9.如权利要求8所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，所述第二反射组件包括：第三反射镜及第四反射镜，所述第三反射镜呈一定角度间隔设置在光路整形组件的出光端，所述第四反射镜呈一定角度间隔设置在第三反射镜一侧且位于变焦组件的入光端，从所述光路整形组件射出的激光依次经由第三反射镜及第四反射镜并垂直居中入射至变焦组件。
10.如权利要求1所述的实现变焦及光路整形的系统，其特征在于，还包括：载物台，所述载物台设置在机架上且位于出光组件的出光端。
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