EP3058412A1 - Appareil laser modulaire - Google Patents

Appareil laser modulaire

Info

Publication number
EP3058412A1
EP3058412A1 EP14796810.1A EP14796810A EP3058412A1 EP 3058412 A1 EP3058412 A1 EP 3058412A1 EP 14796810 A EP14796810 A EP 14796810A EP 3058412 A1 EP3058412 A1 EP 3058412A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
beams
line
modules
laser beams
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.)
Withdrawn
Application number
EP14796810.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Brice DUBOST
Emmanuel Mimoun
Jean-Philippe Schweitzer
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.)
Saint Gobain Glass France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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 Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP3058412A1 publication Critical patent/EP3058412A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B23K26/043—Automatically aligning the laser beam along the beam path, i.e. alignment of laser beam axis relative to laser beam apparatus
    • 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
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • 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
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • 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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • 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
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/38—Heating by cathodic discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0083—Array of reflectors for a cluster of light sources, e.g. arrangement of multiple light sources in one plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/143—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using macroscopically faceted or segmented reflective surfaces
    • 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405—Two-dimensional arrays
    • 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/20—Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
    • 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for laser annealing of substrates of large width formed of a plurality of juxtaposable laser modules without particular limitation.
  • Laser annealing is used to heat thin coatings at high temperatures, on the order of several hundred degrees, while preserving the underlying substrate.
  • the scroll speeds are of course preferably the highest possible, preferably at least several meters per minute.
  • the present invention is particularly concerned with lasers using laser diodes. These are currently the most interesting laser sources in terms of price and power.
  • each individual laser module must have side dimensions less than or equal to the length of the elementary line that it generates. If these lateral dimensions were larger, the juxtaposition of the modules would result in a discontinuous final line.
  • the present invention provides laser modules using, as a light source, laser diode arrays for generating laser lines having a length greater than or equal to the module dimension in the direction parallel to the laser line generated by said module. Furthermore, the proposed laser modules do not have the drawbacks of the lasers with vertical stack of diodes of the state of the art and form laser lines having a satisfactory quality and a depth of field sufficiently high to withstand the defects of common flatness of the glass substrates, the effects of conveying, the vibrations of the system etc., which are generally of the order of a millimeter.
  • a plurality of laser modules are aligned next to each other so that the elementary laser lines they generate combine into a single laser line of homogeneous power density over a large area. length.
  • the spatial space of the laser apparatus in the direction parallel to the main axis of the laser line is not substantially greater than the length of the line.
  • the idea underlying the present invention was to superpose two rows of diode strips, preferably substantially parallel to one another, and then to join the two parallel sets of laser beams into a laser line. unique by means of a set of mirrors described in more detail below.
  • the clever system of mirrors used to gather the beams emitted by the two rows of superimposed bars makes it possible to avoid the known drawbacks resulting from the vertical stack of laser diodes of the state of the art, that is to say the loss of quality of the laser line obtained.
  • the present invention relates to a laser apparatus comprising a plurality of laser modules each generating a laser line at a work plane, said laser modules being juxtaposed and aligned along their length so that the laser lines generated by the modules are combine in a single laser line, each of the laser modules comprising at least one means for generating a laser line,
  • said laser apparatus being characterized in that the or each means for generating a laser line comprises two alignments of laser diode arrays, wherein the arrays are aligned along their length, each emitting a focused laser beam, the two alignments being arranged parallel to each other so that the bars are staggered, the two sets of parallel laser beams generated respectively by the two rows of bars being united into a single laser line by means of a set of mirrors, the alignments of laser diode bars and the mirrors being arranged so that all the laser beams, ie the two sets of laser beams, traverse an optical path of the same length before being united into a single laser line.
  • the two superimposed diode array alignments in each laser line generation means may be perfectly identical to each other, i.e., have the same number of arrays or one of the two alignments may have one more than the other.
  • the bars of the two alignments are advantageously all identical (power, wavelength, size, etc.). In each alignment, they are preferably juxtaposed with a minimum of space between them.
  • Each array of diode arrays therefore has a periodicity with a period that is greater than or equal to the size of a bar.
  • the two alignments are arranged parallel to each other so that the bars are arranged in staggered rows, in other words the two alignments are offset by half a period so as to that each bar of an alignment is exactly equidistant from the bars closest to the other alignment.
  • Each bar array emits as many beams as the array has bars.
  • the two sets of beams emitted respectively by the two alignments are parallel to each other and reproduce the lateral offset in staggered bars.
  • the two sets of laser beams emitted by the two array alignments have traveled an optical path of the same length before being joined into a single monochromatic laser line. If this were not the case, the two sets of beams would not have the same size and / or divergence and the quality of the laser line resulting from their unification would be unsatisfactory.
  • the "first set of laser beams” will be called the set of laser beams reflected by a segmented mirror and will be called “second set of laser beams" or "Other set of laser beams” means the set whose beams pass through the gaps between segments of the segmented mirror. This second / other set of beams is not reflected by any mirror (first embodiment, shown in FIG. 1) or is reflected by a mirror which can be continuous (second embodiment, represented in FIG. 2), but also segmented.
  • first set of laser beams only one of the two sets of laser beams - hereinafter referred to as "first set of laser beams" - is redirected and brought by a set of mirrors in the plane of the second set of beams. laser beams.
  • the optical path of this first set of laser beams is then lengthened because of this change of direction.
  • the laser diode array alignment that emits the first set of laser beams is shifted - in the propagation direction of the second laser beam - a distance equal to the elongation of the optical path that entails its redirection by the set of mirrors.
  • this double reflection resulting in the union of the two sets of beams is shown in FIG.
  • these two successive reflections are at right angles, that is to say the first set of laser beams undergoes two orthogonal reflections.
  • the optical path of the first set of laser beams is then extended by the initial distance between the two propagation planes.
  • the alignment of laser diode arrays emitting the first set of laser beams is advanced - i.e. shifted in the direction of propagation of the second set of beams - by a distance equal to the distance between the two propagation planes of the two sets of beams.
  • the orthogonal double reflection is only a particular embodiment and it is quite possible to position the mirrors so as to perform two non-orthogonal reflections.
  • Those skilled in the art are able, by a simple trigonometric calculation, to calculate the offset of the first alignment of diode bars necessary to compensate for the elongation of the corresponding optical path.
  • the first reflection of the first set of laser beams towards the plane of the second set of laser beams is by means of a single mirror, hereinafter referred to as a continuous mirror.
  • a single mirror hereinafter referred to as a continuous mirror.
  • this single continuous mirror could be replaced by several mirrors placed in the same plane, this would render this part of the apparatus unnecessarily complex and the use of a segmented mirror is therefore not desirable to perform the first reflection of the first mirror. set of beams.
  • a segmented mirror consisting of at least as many mirror segments as the first set of laser beams has laser beams is therefore used for the second reflection, each beam of the first set of laser beams being reflected by a mirror segment.
  • the use of a segmented mirror takes advantage of the half-period lateral shift of two rows of diode strips. Indeed, thanks to this shift, the beams of the first set of beams are alternating with those of the second set of beams and a mirror segment of appropriate size can reflect the beams of the first set without intercepting those of the second set.
  • the first set of laser beams propagates in the plane of propagation of the second set of laser beams, the two sets forming a single monochromatic laser line.
  • the set of mirrors used in the present invention therefore preferably comprises
  • a second segmented mirror consisting of at least as many mirror segments as the first set of laser beams comprises laser beams, each beam of the first set of laser beams being reflected by a mirror segment.
  • the first and second sets of beams each undergo mirror reflection.
  • the two sets of beams are reflected at the same angle so that after this reflection, the two propagation planes of the two sets of laser beams coincide and form a single laser line.
  • the first set of laser beams is reflected by a segmented mirror that allows both to reflect the beams of the first set and to let the beams of the other set at the intervals between the mirror segments.
  • the other set of beams is preferably reflected by a continuous mirror.
  • the laser beams generated by each of the laser diode arrays are focussed beams thanks to a focusing lens at the output of the bar.
  • segments of the segmented mirror are positioned to reflect the laser beams of the first set at their focus point. This positioning of the mirror segments at the focal point of the first beams is advantageous because it makes it possible to limit as much as possible the surface of these mirror segments and thus to prevent them blocking the passage of the beams of the second set of beams. .
  • Each means of generating a laser line as described above results in the formation of a monochromatic laser line having a given linear polarization state. Indeed, all the laser diodes of the two rows of diode arrays produce laser radiation of the same wavelength and the same state of polarization. Double reflection does not change the linear polarization state of the laser radiation.
  • the laser apparatus of the present invention thus comprises at least two means for generating a laser line, each means generating a monochromatic laser line which differs from the other one or more monochromatic laser lines by its wavelength and / or its state of polarization. It comprises for example four pairs of means for generating a laser line, each pair generating two monochromatic laser lines of the same wavelength and which differ from each other by their polarization state.
  • the various laser lines thus generated, eight in number in the aforementioned example, are then combined in a known manner by means of combining laser lines into a single polychromatic laser line and / or double polarization.
  • double polarization here describes a line or a mixture of laser beams polarized in two planes perpendicular to each other.
  • the modular laser apparatus of the present invention preferably comprises at least 5 modules, in particular at least 10 modules.
  • a plurality of laser modules are aligned next to each other so that the elementary laser lines they generate combine into a single laser line of homogeneous power density over a large area. length.
  • the laser modules are juxtaposed so that the laser lines generated by the modules combine in a single laser line with a total length preferably greater than 1.2 m, in particular greater than 2 m, and ideally greater than 3 m.
  • the central part of the laser line where the power density is substantially constant preferably has a length of between 3.20 and 3. , 22 m.
  • the laser modules are assembled and mounted on the laser apparatus so that the generated laser lines cut the substrate, or working plane, preferably at a small angle, typically less than 20 °, preferably less than 10 ° by compared to normal to the substrate.
  • the apparatus may be designed so that the laser modules are stationary, the substrate to be treated moving below or above the array of modules, generally in a direction perpendicular to the main axis of the laser line .
  • the apparatus may be designed so that the substrate is fixed and the alignment of laser modules scrolls above or below the substrate by projecting the laser line preferably at right angles.
  • Figure 1 is a perspective view of a first embodiment of a means for generating a laser line.
  • Figure 2 is a perspective view of a second embodiment of a means for generating a laser line.
  • each of the alignments 1 a, 1 b here comprises only two bars.
  • the alignments comprise more than two bars, they are spaced regularly, each row of bars thus emitting a set of regularly spaced laser beams.
  • the first set of beams 3a generated by the bars 2 of the lower alignment 1a undergoes two orthogonal successive reflections: a first upward reflection provided by a continuous mirror 4, then a second reflection provided by a series of mirror segments 5 , also called segmented mirror.
  • the beams 3b of the upper laser diode array alignment 1b are not reflected.
  • the segments of the segmented mirror 5 intersect the propagation plane of the second set of beams 3b and are positioned in the intervals between the beams of the second set of beams 3b, more particularly in the vicinity of the focusing points 6 thereof where the intervals between beams are maximal.
  • the staggered arrangement of the bars 2 of the two alignments 1 a, 1 b means that, in this position, the mirrors 5 intercept and reflect the beams of the first set of beams 3a emitted by the lower alignment of diode bars 1 a. These beams are focused so as to be reflected by the mirror segments 5 at their focus point.
  • the focusing of the two sets of beams 3a, 3b is thus adjusted so that all the focusing points are aligned on the same line, which is essentially superimposed on the line defined by the second orthogonal reflection of the first set of laser beams 3a. .
  • the two sets of beams propagate in the same plane, thus forming a single laser line 8.
  • the two sets of laser beams 3a, 3b traverse an optical path of the same length before being united in a single propagation plane.
  • the two sets of beams 3a, 3b generated by the two rows of bars 1a, 1b are each reflected once.
  • the first set of beams 3a generated by the first alignment 1a is reflected at right angles by a segmented mirror 5 positioned at focus point of the beams, each mirror segment 5 reflecting a beam 3a.
  • the second set of beams 3b emitted by the second alignment of bars 1b propagates first parallel to the first set of beams 3a, then, when its plane of propagation intersects the second propagation plane of the first set of beams 1a, the second set of beams undergoes a reflection identical to that of the first set of beams which results in a superposition of the propagation planes of the two sets of beams.
  • the focal points of the first and second sets of beams are identical and the second alignment 1b of bars is positioned in such a way that the focusing points of all the beams 3a, 3b are aligned at the level of the segmented mirror 5.
  • the reflecting mirror 4 the second beam assembly 3b is a continuous mirror.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un appareil laser comprenant plusieurs modules laser générant chacun une ligne laser au niveau d'un plan de travail, lesdits modules laser étant juxtaposés de manière à ce que les lignes laser générées par les modules se combinent en une ligne laser unique, chacun des modules laser comprenant au moins un moyen de génération d'une ligne laser, ledit appareil laser étant caractérisé par le fait que le ou chaque moyen de génération d'une ligne laser comprend deux alignements (1a,1b) de barrettes (2) de diodes laser émettant chacune un faisceau laser focalisé (3a,3b), les deux alignements (1a, 1b) étant disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre de manière à ce que les barrettes (2) soient disposées en quinconce, les deux ensembles de faisceaux laser (3a,3b) parallèles générés respectivement par les deux alignements (1a,1b) de barrettes étant réunis en une unique ligne laser (8) au moyen d'un ensemble de miroirs (4,5), les alignements de barrettes de diodes laser (1a,1b) et les miroirs (4,5) étant disposés de manière à ce que les deux ensembles de faisceaux laser (3a,3b) parcourent un chemin optique de même longueur avant d'être réunis en une unique ligne laser (8).

Description

APPAREIL LASER MODULAIRE
La présente invention concerne un appareil pour le recuit laser de substrats de grande largeur formé d'une pluralité de modules laser juxtaposables sans limitation particulière.
Il est connu d'effectuer un recuit laser local et rapide {laser flash heating) de revêtements déposés sur des substrats plats. Pour cela on fait défiler le substrat avec le revêtement à recuire sous une ligne laser, ou bien une ligne laser au-dessus du substrat portant le revêtement.
Le recuit laser permet de chauffer des revêtements minces à des températures élevées, de l'ordre de plusieurs centaines de degrés, tout en préservant le substrat sous-jacent. Les vitesses de défilement sont bien entendu de préférence les plus élevées possibles, avantageusement au moins de plusieurs mètres par minute.
La présente invention s'intéresse en particulier aux lasers utilisant des diodes laser. Celles-ci constituent actuellement les sources laser les plus intéressantes du point de vue de leur prix et de leur puissance.
Afin d'obtenir les puissances linéiques nécessaires à la mise en œuvre d'un procédé avec une vitesse de défilement élevée, il est souhaitable de concentrer le rayonnement d'un très grand nombre de diodes laser au niveau d'une ligne laser unique. Au niveau du substrat portant le revêtement à recuire la densité de puissance de cette ligne laser doit généralement être la plus uniforme possible, de manière à exposer tous les points du substrat à une même énergie de recuit.
Le grand nombre de diodes laser nécessaires à l'obtention d'une puissance linéique suffisante, de l'ordre de 50 W/mm, crée toutefois un problème d'encombrement spatial.
Pour les barrettes de diodes laser disponibles sur le marché, on estime qu'en les juxtaposant parallèlement à l'axe principal de la ligne laser (empilement horizontal), la longueur de l'alignement de barrettes est environ deux fois plus importante que la longueur de la ligne laser finale générée. Cet encombrement spatial - qui pourrait être considéré comme acceptable pour des lignes de faible taille, de l'ordre de quelques dizaines de centimètres - ne l'est plus pour des longueurs de ligne de plusieurs mètres. Or, il serait souhaitable de pouvoir traiter à grande vitesse des substrats de grande largeur, tels que les feuilles de verre plat de taille « jumbo » (6 m x 3,21 m) sortant des procédés de float.
Par ailleurs, le problème d'encombrement spatial évoqué ci-dessus interdit une conception modulaire du système optique d'un appareil laser. En effet, on comprendra facilement que, pour pouvoir combiner plusieurs lignes laser élémentaires de faible longueur en une ligne laser unique plus longue, chaque module laser individuel doit avoir des dimensions latérales inférieures ou égales à la longueur de la ligne élémentaire qu'il génère. Si ces dimensions latérales étaient plus importantes, la juxtaposition des modules se traduirait par une ligne finale discontinue.
Une autre approche pour augmenter la puissance des lasers à diodes a consisté à juxtaposer des barrettes de diodes les unes au-dessus des autres (empilement vertical) et à réunir les faisceaux générés par ces empilements de barrettes au moyen d'une lentille de focalisation. La qualité de la ligne laser obtenue ainsi est toutefois insuffisante pour les applications visées dans la présente invention où il est important de conserver, au niveau du plan de travail (substrat), une profondeur de champ de +/- 1 mm de la ligne laser, i.e. une ligne dont la largeur ne varie pas de plus de 10 % sur +/- 1 mm.
La présente invention fournit des modules laser utilisant, comme source de lumière, des barrettes de diodes laser permettant de générer des lignes laser ayant une longueur supérieure ou égale à la dimension du module dans la direction parallèle à la ligne laser générée par ledit module. Par ailleurs, les modules laser proposés ne présentent pas les inconvénients des lasers à empilement vertical de diodes de l'état de la technique et forment des lignes laser ayant une qualité satisfaisante et une profondeur de champ suffisamment élevée pour supporter les défauts de planéité courants des substrats verriers, les effets du convoyage, les vibrations du système etc., qui sont généralement de l'ordre du millimètre.
Pour former l'appareil laser de la présente invention, plusieurs modules laser sont alignés les uns à côté des autres de manière à ce que les lignes laser élémentaires qu'ils génèrent se combinent en une ligne laser unique de densité de puissance homogène sur une grande longueur. L'encombrement spatial de l'appareil laser dans le sens parallèle à l'axe principal de la ligne laser n'est pas sensiblement supérieur à la longueur de la ligne.
L'idée à la base de la présente invention a été de superposer deux alignements de barrettes de diodes, de préférence sensiblement parallèlement l'un par rapport à l'autre, et de réunir ensuite les deux ensembles parallèles de faisceaux laser en une ligne laser unique au moyen d'un ensemble de miroirs décrits plus en détail ci-après. Le système astucieux de miroirs utilisé pour réunir les faisceaux émis par les deux alignements de barrettes superposés permet d'éviter les inconvénients connus découlant de l'empilement vertical de diodes laser de l'état de la technique, c'est-à-dire la perte de qualité de la ligne laser obtenue.
La présente invention a pour objet un appareil laser comprenant plusieurs modules laser générant chacun une ligne laser au niveau d'un plan de travail, lesdits modules laser étant juxtaposés et alignés selon leur longueur de manière à ce que les lignes laser générées par les modules se combinent en une ligne laser unique, chacun des modules laser comprenant au moins un moyen de génération d'une ligne laser,
ledit appareil laser étant caractérisé par le fait que le ou chaque moyen de génération d'une ligne laser comprend deux alignements de barrettes de diodes laser, où les barrettes sont alignées selon leur longueur, émettant chacune un faisceau laser focalisé, les deux alignements étant disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre de manière à ce que les barrettes soient disposées en quinconce, les deux ensembles de faisceaux laser parallèles générés respectivement par les deux alignements de barrettes étant réunis en une unique ligne laser au moyen d'un ensemble de miroirs, les alignements de barrettes de diodes laser et les miroirs étant disposés de manière à ce que tous les faisceaux laser, i.e. les deux ensembles de faisceaux laser, parcourent un chemin optique de même longueur avant d'être réunis en une unique ligne laser.
Les deux alignements de barrettes de diodes superposés dans chaque moyen de génération d'une ligne laser peuvent être parfaitement identiques l'un à l'autre, c'est-à-dire comporter le même nombre de barrettes ou bien l'un des deux alignements peut comporter une barrette de plus que l'autre. Les barrettes des deux alignements sont avantageusement toutes identiques (puissance, longueur d'onde, taille, etc.). Dans chaque alignement, elles sont de préférence juxtaposées avec un minimum d'espace entre elles.
Chaque alignement de barrettes de diodes a donc une périodicité avec une période qui est supérieure ou égale à la taille d'une barrette.
Comme déjà indiqué ci-avant, les deux alignements sont disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre de manière à ce que les barrettes soient disposées en quinconce, autrement dit les deux alignements sont décalés d'une demi-période de manière à ce que chaque barrette d'un alignement se trouve exactement à égale distance des barrettes les plus proches de l'autre alignement.
Chaque alignement de barrettes émet autant de faisceaux que l'alignement comporte de barrettes. Les deux ensembles de faisceaux émis respectivement par les deux alignements sont parallèles l'un à l'autre et reproduisent le décalage latéral en quinconce des barrettes.
On comprendra ci-après, à la lecture de la description détaillée du jeu de miroirs utilisé, que ce décalage d'une demi-période est indispensable à l'unification des deux ensembles de faisceaux en une ligne laser unique.
Dans la présente invention, il est essentiel que les deux ensembles de faisceaux laser émis par les deux alignements de barrettes aient parcouru un chemin optique de même longueur avant d'être réunis en une unique ligne laser monochromatique. Si tel n'était pas le cas, les deux ensembles de faisceaux n'auraient pas la même taille et/ou divergence et la qualité de la ligne laser résultant de leur unification serait insatisfaisante. Dans la description détaillée ci-après d'un moyen de génération d'une ligne laser, on appellera « premier ensemble de faisceaux laser » l'ensemble de faisceaux laser réfléchi par un miroir segmenté et on appellera « deuxième ensemble de faisceaux laser » ou « autre ensemble de faisceaux laser » l'ensemble dont les faisceaux passent par les intervalles entre les segments du miroir segmenté. Ce deuxième/autre ensemble de faisceaux n'est réfléchi par aucun miroir (premier mode de réalisation, représenté à la figure 1 ) ou bien est réfléchi par un miroir qui peut être continu (deuxième mode de réalisation, représenté à la figure 2), mais également segmenté.
Donc, dans un premier mode de réalisation de la présente invention, un seul des deux ensembles de faisceaux laser - appelé ci-après « premier ensemble de faisceaux laser » - est redirigé et amené par un ensemble de miroirs dans le plan du deuxième ensemble de faisceaux laser. Le chemin optique de ce premier ensemble de faisceaux laser se trouve alors allongé du fait de ce changement de direction. Pour compenser cet allongement du chemin optique du premier ensemble de faisceaux laser résultant de la redirection par les miroirs, l'alignement de barrettes de diode laser qui émet le premier ensemble de faisceaux laser est décalé - dans la direction de propagation du deuxième faisceau laser - d'une distance égale à l'allongement du chemin optique qu'entraîne sa redirection par l'ensemble de miroirs.
La redirection du premier ensemble de faisceaux se fait avantageusement par deux réflexions successives :
- une première réflexion qui modifie le plan de propagation du premier ensemble de faisceaux de manière à ce qu'il coupe le plan de propagation du deuxième ensemble de faisceaux, et
- une deuxième réflexion, au niveau de l'intersection des deux plans de propagation, aboutissant au recouvrement des deux plans de propagation et à la formation d'une seule « nappe » ou ligne de rayonnement laser.
La géométrie de cette double réflexion aboutissant à la réunion des deux ensembles de faisceaux est représentée à la figure 1 . Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, ces deux réflexions successives se font à angle droit, c'est-à-dire le premier ensemble de faisceaux laser subit deux réflexions orthogonales. Le chemin optique du premier ensemble de faisceaux laser se trouve alors allongé de la distance initiale entre les deux plans de propagation. Pour compenser cet allongement, l'alignement de barrettes de diodes laser émettant le premier ensemble de faisceaux laser est avancé - c'est-à-dire décalé dans la direction de propagation du deuxième ensemble de faisceaux - d'une distance égale à la distance initiale entre les deux plans de propagation des deux ensembles de faisceaux.
Bien entendu, la double réflexion orthogonale n'est qu'un mode de réalisation particulier et il est tout à fait envisageable de positionner les miroirs de manière à effectuer deux réflexions non orthogonales. L'homme du métier est capable, par un simple calcul trigonométrique, de calculer le décalage du premier alignement de barrettes de diodes nécessaire pour compenser l'allongement du chemin optique correspondant.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, la première réflexion du premier ensemble de faisceaux laser en direction du plan du deuxième ensemble de faisceaux laser se fait au moyen d'un miroir unique, appelé ci-après miroir continu. Bien que ce miroir continu unique puisse être remplacé par plusieurs miroirs placés dans un même plan, cela rendrait cette partie de l'appareil inutilement complexe et l'utilisation d'un miroir segmenté n'est donc pas souhaitable pour effectuer la première réflexion du premier ensemble de faisceaux.
La situation est très différente dans le cas de la deuxième réflexion. Celle-ci se fait au niveau de la droite d'intersection des deux plans de propagation et il est impossible d'utiliser un miroir unique continu qui interdirait la propagation du deuxième ensemble de faisceaux laser. Un miroir segmenté constitué d'au moins autant de segments de miroir que le premier ensemble de faisceaux laser comporte de faisceaux laser est donc utilisé pour la deuxième réflexion, chaque faisceau du premier ensemble de faisceaux laser étant réfléchi par un segment de miroir. L'utilisation d'un miroir segmenté met à profit le décalage latéral, d'une demi-période, des deux alignements de barrettes de diodes. En effet, grâce à ce décalage, les faisceaux du premier ensemble de faisceaux se trouvent en alternance avec ceux du deuxième ensemble de faisceaux et un segment de miroir de taille appropriée peut réfléchir les faisceaux du premier ensemble sans intercepter ceux du deuxième ensemble.
Après cette deuxième réflexion, le premier ensemble de faisceaux laser se propage dans le plan de propagation du deuxième ensemble de faisceaux laser, les deux ensembles formant une unique ligne laser monochromatique.
L'ensemble de miroirs utilisé dans la présente invention comprend donc, de préférence,
un premier miroir continu réfléchissant le premier ensemble de faisceaux laser en direction du plan du deuxième ensemble de faisceaux laser, et
un deuxième miroir segmenté constitué d'au moins autant de segments de miroir que le premier ensemble de faisceaux laser comporte de faisceaux laser, chaque faisceau du premier ensemble de faisceaux laser étant réfléchi par un segment de miroir.
Dans un deuxième mode de réalisation de l'appareil laser modulaire de la présente invention représenté à la figure 2, le premier et deuxième ensembles de faisceaux subissent chacun une réflexion par un miroir.
Les deux ensembles de faisceaux sont réfléchis d'un même angle de manière à ce que, après cette réflexion, les deux plans de propagation des deux ensembles de faisceaux laser coïncident et forment une ligne laser unique. Le premier ensemble de faisceaux laser est réfléchi par un miroir segmenté qui permet à la fois de réfléchir les faisceaux du premier ensemble et de laisser passer les faisceaux de l'autre ensemble au niveau des intervalles entre les segments de miroir. L'autre ensemble de faisceaux est réfléchi de préférence par un miroir continu.
Les faisceaux laser générés par chacune des barrettes de diodes laser sont des faisceaux focalisés grâce à une lentille de focalisation en sortie de barrette. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'appareil laser de la présente invention, les segments du miroir segmenté sont positionnés de manière à réfléchir les faisceaux laser du premier ensemble à leur point de focalisation. Ce positionnement des segments de miroir au point de focalisation des premiers faisceaux est avantageux parce qu'il permet de limiter le plus possible la surface de ces segments de miroir et d'éviter ainsi qu'ils bloquent le passage des faisceaux du deuxième ensemble de faisceaux.
Chaque moyen de génération d'une ligne laser tel que décrit ci-dessus aboutit à la formation d'une ligne laser monochromatique présentant un état de polarisation linéaire donné. En effet l'ensemble des diodes laser des deux alignements de barrettes de diodes produisent un rayonnement laser de même longueur d'onde et de même état de polarisation. La double réflexion ne modifie pas l'état de polarisation linéaire du rayonnement laser.
Il est connu d'augmenter la puissance d'un appareil laser à diodes en combinant plusieurs faisceaux ou lignes laser de longueurs d'onde différentes ou d'états de polarisation différents grâce à un système optique appelé dans la présente demande « moyen de combinaison de lignes laser ». Un tel système optique est décrit par exemple dans les demandes US 201 1/0176219.
Il permet, grâce à un ensemble de coupleurs de polarisation et de miroirs dichroïques, de combiner des faisceaux laser générés séparément par des barrettes de diodes laser distinctes. Typiquement plusieurs barrettes ou ensembles de barrettes de diodes génèrent respectivement plusieurs faisceaux de différentes longueurs d'onde, les faisceaux de même longueur d'onde pouvant exister en outre avec deux polarisations différentes, orthogonales l'une par rapport à l'autre.
Dans un mode de réalisation préféré, l'appareil laser de la présente invention comprend donc au moins deux moyens de génération d'une ligne laser, chaque moyen générant une ligne laser monochromatique qui diffère de l'autre ou des autres lignes laser monochromatique par sa longueur d'onde et/ou par son état de polarisation. Il comprend par exemple quatre paires de moyens de génération d'une ligne laser, chaque paire générant deux lignes laser monochromatiques de même longueur d'onde et qui diffèrent l'une de l'autre par leur état de polarisation. Les différentes lignes laser ainsi générées, au nombre de huit dans l'exemple précité, sont ensuite réunies de manière connue par un moyen de combinaison de lignes laser en une ligne laser unique polychromatique et/ou à double polarisation. Le terme « double polarisation » décrit ici une ligne ou un mélange de faisceaux laser polarisé selon deux plans perpendiculaires l'un à l'autre.
L'appareil laser modulaire de la présente invention comprend de préférence au moins 5 modules, en particulier au moins 10 modules.
Pour former l'appareil laser de la présente invention, plusieurs modules laser sont alignés les uns à côté des autres de manière à ce que les lignes laser élémentaires qu'ils génèrent se combinent en une ligne laser unique de densité de puissance homogène sur une grande longueur.
Plus particulièrement, les modules laser sont juxtaposés de manière à ce que les lignes laser générées par les modules se combinent en une ligne laser unique d'une longueur totale de préférence supérieure à 1 ,2 m, en particulier supérieure à 2 m, et idéalement supérieure à 3 m.
Dans la perspective du traitement laser de substrats de type « jumbo » ayant une largeur de 3,21 m, la partie centrale de la ligne laser où la densité de puissance est sensiblement constante, a de préférence une longueur comprise entre 3,20 et 3,22 m.
Les modules lasers sont assemblés et montés sur l'appareil laser de manière à ce que les lignes laser générées coupent le substrat, ou plan de travail, de préférence à un petit angle, typiquement inférieur à 20 °, de préférence inférieur à 10 ° par rapport à la normale au substrat. L'appareil peut être conçu de manière à ce que les modules laser soient fixes, le substrat à traiter défilant en-dessous ou au-dessus de l'alignement de modules, généralement dans une direction perpendiculaire à l'axe principal de la ligne laser. En variante, l'appareil peut être conçu de manière à ce que le substrat soit fixe et l'alignement de modules laser défile au-dessus ou en-dessous du substrat en y projetant la ligne laser de préférence à angle droit.
L'appareil laser modulaire de la présente invention est à présent décrit plus en détail en référence aux figures annexées dans lesquelles
La figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un moyen de génération d'une ligne laser.
La figure 2 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un moyen de génération d'une ligne laser.
Sur la figure 1 sont représentés deux alignements de barrettes 1 a,1 b de diodes laser. Les alignements 1 a,1 b sont disposés l'un au-dessus de l'autre avec un décalage latéral tel que les barrettes 2 sont positionnées en quinconce les unes par rapport aux autres. Chacune des barrettes 2 génère un faisceau laser 3a,3b focalisé. Dans un souci de simplification, chacun des alignements 1 a, 1 b comporte ici deux barrettes seulement. Lorsque les alignements comportent plus de deux barrettes, celles-ci sont espacées régulièrement, chaque alignement de barrettes émettant ainsi un ensemble de faisceaux laser espacés régulièrement. Le premier ensemble de faisceaux 3a généré par les barrettes 2 de l'alignement inférieur 1 a subit deux réflexions successives orthogonales : une première réflexion vers le haut assurée par un miroir continu 4, puis une deuxième réflexion assurée par une série de segments de miroir 5, également appelée miroir segmenté. Les faisceaux 3b de l'alignement de barrettes de diodes laser supérieur 1 b ne sont pas réfléchis.
Les segments du miroir segmenté 5 coupent le plan de propagation du deuxième ensemble de faisceaux 3b et sont positionnés dans les intervalles entre les faisceaux du deuxième ensemble de faisceaux 3b, plus particulièrement à proximité des points de focalisation 6 de ces derniers où les intervalles entre faisceaux sont maximaux. La disposition en quinconce des barrettes 2 des deux alignements 1 a, 1 b fait que, dans cette position, les miroirs 5 interceptent et réfléchissent les faisceaux du premier ensemble de faisceaux 3a émis par l'alignement inférieur de barrettes de diodes 1 a. Ces faisceaux sont focalisés de manière à être réfléchis par les segments de miroir 5 au niveau de leur point de focalisation.
La focalisation des deux ensembles de faisceaux 3a,3b est donc réglée de manière à ce que tous les points de focalisation soient alignés sur une même droite, qui se superpose essentiellement à la droite définie par la deuxième réflexion orthogonale du premier ensemble de faisceaux laser 3a.
Après la deuxième réflexion orthogonale du premier ensemble de faisceaux laser 3a, les deux ensembles de faisceaux se propagent dans un même plan, formant ainsi une ligne laser unique 8.
Il est essentiel dans la présente invention que les deux ensembles de faisceaux laser 3a,3b parcourent un chemin optique de même longueur avant d'être réunis en un seul plan de propagation.
C'est la raison pour laquelle l'alignement inférieur de barrettes 1 a est décalé vers l'avant par rapport à l'alignement supérieur, c'est-à-dire dans la direction de propagation des faisceaux 3b de cet alignement supérieur 1 b. Ce décalage compense l'allongement du chemin optique que subit le premier ensemble de faisceaux du fait de sa double réflexion. Dans le cas présent, cet allongement est égal à la distance entre les plans de propagation initiaux, autrement dit à la distance entre les deux réflexions que subit le premier ensemble de faisceaux.
Dans le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2, les deux ensembles de faisceaux 3a,3b générés par les deux alignements de barrettes 1 a, 1 b sont réfléchis chacun une seule fois.
Le premier alignement 1 a et le deuxième alignement 1 b, situé au-dessus du premier, comportent chacun deux barrettes 2. Le premier ensemble de faisceaux 3a généré par le premier alignement 1 a est réfléchi à angle droit par un miroir segmenté 5 positionné au point de focalisation des faisceaux, chaque segment de miroir 5 réfléchissant un faisceau 3a.
Le deuxième ensemble de faisceaux 3b émis par le deuxième alignement de barrettes 1 b se propage d'abord parallèlement au premier ensemble de faisceaux 3a, puis, lorsque son plan de propagation coupe le deuxième plan de propagation du premier ensemble de faisceaux 1 a, le deuxième ensemble de faisceaux subit une réflexion identique à celle du premier ensemble de faisceaux qui entraîne une superposition des plans de propagation des deux ensembles de faisceaux.
Les focalisations des premier et deuxième ensembles de faisceaux sont identiques et le deuxième alignement 1 b de barrettes est positionné de manière à ce que les points de focalisation de tous les faisceaux 3a,3b soient alignés au niveau du miroir segmenté 5. Le miroir 4 réfléchissant le deuxième ensemble de faisceau 3b est un miroir continu.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Appareil laser comprenant plusieurs modules laser générant chacun une ligne laser au niveau d'un plan de travail, lesdits modules laser étant juxtaposés et alignés selon leur longueur de manière à ce que les lignes laser générées par les modules se combinent en une ligne laser unique, chacun des modules laser comprenant au moins un moyen de génération d'une ligne laser,
ledit appareil laser étant caractérisé par le fait que le ou chaque moyen de génération d'une ligne laser comprend deux alignements (1 a, 1 b) de barrettes (2) de diodes laser, où les barrettes sont alignées selon leur longueur, émettant chacune un faisceau laser focalisé (3a,3b), les deux alignements (1 a, 1 b) étant disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre de manière à ce que les barrettes (2) soient disposées en quinconce, les deux ensembles de faisceaux laser (3a,3b) parallèles générés respectivement par les deux alignements (1 a,1 b) de barrettes étant réunis en une unique ligne laser (8) au moyen d'un ensemble de miroirs (4,5), les alignements de barrettes de diodes laser (1 a,1 b) et les miroirs (4,5) étant disposés de manière à ce que les deux ensembles de faisceaux laser (3a,3b) parcourent un chemin optique de même longueur avant d'être réunis en une unique ligne laser (8).
2. Appareil laser selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'un seul ensemble de faisceaux laser (3a), appelé premier ensemble de faisceaux laser, est redirigé et amené par l'ensemble de miroirs (4,5) dans le plan du deuxième ensemble de faisceaux laser (3b), l'alignement (1 a) de barrettes de diodes laser émettant le premier ensemble de faisceaux laser (3a) étant décalé, dans la direction de propagation du deuxième ensemble de faisceaux laser (3b), d'une distance égale à l'allongement du chemin optique qu'entraîne sa redirection par l'ensemble de miroirs (4,5).
3. Appareil laser selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier ensemble de faisceaux laser (3a) subit deux réflexions orthogonales et l'alignement de barrettes de diodes laser est décalé d'une distance égale à la distance initiale entre les deux plans de propagation des deux ensembles de faisceaux.
4. Appareil laser selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'ensemble de miroirs (4,5) comprend
un miroir continu (4) réfléchissant le premier ensemble de faisceaux laser (3a) en direction du plan du deuxième ensemble de faisceaux laser (3b), et
un miroir segmenté (5) constitué d'au moins autant de segments de miroir que le premier ensemble de faisceaux laser (3a) comporte de faisceaux laser, chaque faisceau du premier ensemble de faisceaux laser (3a) étant réfléchi par un segment de miroir (5).
5. Appareil laser selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que les deux ensembles de faisceaux laser (3a,3b) sont réfléchis d'un même angle de manière à ce que, après réflexion, les deux plans de propagation des deux ensembles de faisceaux laser coïncident, le premier des deux ensembles de faisceaux laser étant réfléchi par un miroir segmenté (5) et l'autre de préférence par un miroir continu (4).
6. Appareil laser selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que les segments du miroir segmenté (5) sont positionnés de manière à réfléchir les faisceaux laser (3a) au point de focalisation de ceux-ci.
7. Appareil laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux moyens de génération d'une ligne laser, chaque moyen générant une ligne laser monochromatique qui diffère de l'autre ou des autres lignes laser monochromatique par sa longueur d'onde et/ou par son état de polarisation.
8. Appareil laser selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moyen de combinaison de lignes laser permettant de réunir plusieurs lignes laser en une ligne laser unique polychromatique et/ou à double polarisation.
9. Appareil laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux alignements (1 a, 1 b) de barrettes de diodes laser comportent le même nombre de barrettes, ou bien l'un des alignements comporte une barrette de plus que l'autre.
10. Appareil laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins 5 modules, de préférence au moins 10 modules.
1 1 . Appareil laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les modules laser sont juxtaposés de manière à ce que les lignes laser générées par les modules se combinent en une ligne laser unique d'une longueur totale supérieure à 1 ,2 m, de préférence supérieure à 2 m, et en particulier supérieure à 3 m.
EP14796810.1A 2013-10-18 2014-10-13 Appareil laser modulaire Withdrawn EP3058412A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1360143A FR3012226B1 (fr) 2013-10-18 2013-10-18 Appareil laser modulaire
PCT/FR2014/052600 WO2015055932A1 (fr) 2013-10-18 2014-10-13 Appareil laser modulaire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3058412A1 true EP3058412A1 (fr) 2016-08-24

Family

ID=50101948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14796810.1A Withdrawn EP3058412A1 (fr) 2013-10-18 2014-10-13 Appareil laser modulaire

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9742155B2 (fr)
EP (1) EP3058412A1 (fr)
JP (1) JP6542764B2 (fr)
KR (1) KR102257001B1 (fr)
CN (1) CN105659451B (fr)
EA (1) EA030114B1 (fr)
FR (1) FR3012226B1 (fr)
TW (1) TWI643690B (fr)
WO (1) WO2015055932A1 (fr)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101758517B1 (ko) * 2015-12-23 2017-07-14 주식회사 포스코 강판 열처리 장치 및 방법
CN108886232B (zh) * 2015-12-25 2021-08-17 鸿海精密工业股份有限公司 线束光源及线束照射装置以及激光剥离方法
EP4331768A3 (fr) 2016-07-27 2024-04-24 TRUMPF Laser GmbH Éclairage de ligne laser
CN106253048B (zh) * 2016-08-30 2022-03-22 西安炬光科技股份有限公司 一种实现均匀光斑的高功率半导体激光系统
CN106229808B (zh) * 2016-09-20 2023-08-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 脉冲激光器
CN106707503B (zh) * 2016-12-08 2017-12-12 中国人民解放军国防科学技术大学 大功率半导体堆栈笑脸校正及线宽压窄装置及方法
CN107370230A (zh) * 2017-08-29 2017-11-21 北方民族大学 一种定向激光充电系统及激光充电方法
FR3072895B1 (fr) * 2017-10-31 2019-10-18 Saint-Gobain Glass France Procede d'alignement d'une pluralite de lignes lasers
FR3073839B1 (fr) * 2017-11-23 2019-11-15 Saint-Gobain Glass France Systeme d’alignement d’un dispositif de traitement thermique et son fonctionnement
WO2019149352A1 (fr) * 2018-01-31 2019-08-08 Trumpf Laser Gmbh Source d'éclairage de ligne à base de diode laser et éclairage à ligne laser
JP7021833B2 (ja) * 2018-05-17 2022-02-17 三菱電機株式会社 レーザ装置
US10822270B2 (en) 2018-08-01 2020-11-03 Guardian Glass, LLC Coated article including ultra-fast laser treated silver-inclusive layer in low-emissivity thin film coating, and/or method of making the same
CN109916279B (zh) * 2019-03-04 2020-09-22 Oppo广东移动通信有限公司 终端盖板的平整度检测方法、装置、测试机台及存储介质
FR3095605A1 (fr) * 2019-04-30 2020-11-06 Saint-Gobain Glass France Systeme d’alignement d’un dispositif de traitement thermique et son fonctionnement
FR3105044B1 (fr) * 2019-12-20 2022-08-12 Saint Gobain Dispositif de traitement d’un substrat
WO2023023390A1 (fr) 2021-08-20 2023-02-23 General Electric Company Dispositifs de rayonnement dotés de modulateurs optiques pour la fabrication additive d'objets tridimensionnels
US12030251B2 (en) 2021-08-20 2024-07-09 General Electric Company Irradiation devices with optical modulators for additively manufacturing three-dimensional objects
CN113664391B (zh) * 2021-09-03 2024-06-07 上海百琪迈科技(集团)有限公司 一种高效薄质材料组合式激光快速切割设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004111702A1 (fr) * 2003-06-11 2004-12-23 Coherent, Inc. Appareil permettant de reduire l'espacement des faisceaux produits par des barres de diodes laser empilees

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155623A (en) * 1988-09-23 1992-10-13 At&T Bell Laboratories Arrangement for imaging multiple arrays of light beams
CA1318162C (fr) * 1988-09-23 1993-05-25 David Andrew Barclay Miller Dispositif de combinaison de faisceaux lumineux pour l'imagerie
JP3017277B2 (ja) * 1989-12-07 2000-03-06 株式会社リコー 光アニール装置
JPH05226790A (ja) * 1992-02-18 1993-09-03 Hitachi Ltd レーザアニール装置
US6356577B1 (en) 1999-07-15 2002-03-12 Silicon Light Machines Method and apparatus for combining light output from multiple laser diode bars
US20030174405A1 (en) 2001-08-10 2003-09-18 Hamamatsu Photonics K.K. Laser light source and an optical system for shaping light from a laser-bar-stack
JP2003103389A (ja) * 2001-09-27 2003-04-08 Toyoda Mach Works Ltd 半導体レーザ集光装置
TWI289896B (en) * 2001-11-09 2007-11-11 Semiconductor Energy Lab Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing a semiconductor device
US7010194B2 (en) 2002-10-07 2006-03-07 Coherent, Inc. Method and apparatus for coupling radiation from a stack of diode-laser bars into a single-core optical fiber
US7768708B1 (en) * 2006-02-03 2010-08-03 Raytheon Company Light source having spatially interleaved light beams
DE102007034261B4 (de) 2007-07-20 2010-02-18 Lasos Lasertechnik Gmbh Vorrichtung zum Vereinigen einzelner Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zu einem koaxialen Lichtbündel
DE102008063006A1 (de) * 2008-12-23 2010-06-24 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung in einem Arbeitsbereich
US8215776B2 (en) * 2009-01-07 2012-07-10 Eastman Kodak Company Line illumination apparatus using laser arrays
CN101854031A (zh) * 2010-05-04 2010-10-06 长春德信光电技术有限公司 平行平板棱镜组实现半导体激光束耦合的激光装置
DE102010044875A1 (de) * 2010-09-09 2012-03-15 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene
US8432945B2 (en) * 2010-09-30 2013-04-30 Victor Faybishenko Laser diode combiner modules
JP2012216733A (ja) * 2011-04-01 2012-11-08 Japan Steel Works Ltd:The レーザ処理プロセスの温度測定装置および温度測定方法
US8842369B2 (en) * 2012-11-19 2014-09-23 Corning Incorporated Method and apparatus for combining light sources

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004111702A1 (fr) * 2003-06-11 2004-12-23 Coherent, Inc. Appareil permettant de reduire l'espacement des faisceaux produits par des barres de diodes laser empilees

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2015055932A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
TWI643690B (zh) 2018-12-11
FR3012226A1 (fr) 2015-04-24
US20160241001A1 (en) 2016-08-18
EA030114B1 (ru) 2018-06-29
US9742155B2 (en) 2017-08-22
WO2015055932A1 (fr) 2015-04-23
JP2016541108A (ja) 2016-12-28
CN105659451A (zh) 2016-06-08
KR20160074480A (ko) 2016-06-28
EA201690770A1 (ru) 2016-08-31
KR102257001B1 (ko) 2021-05-27
FR3012226B1 (fr) 2015-10-30
JP6542764B2 (ja) 2019-07-10
CN105659451B (zh) 2019-06-04
TW201527022A (zh) 2015-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015055932A1 (fr) Appareil laser modulaire
EP3060957B1 (fr) Appareil laser modulaire
JP6407958B2 (ja) 複数のレーザビーム群を形成するための装置及び方法
US20140009829A1 (en) Method for partitioning and incoherently summing a coherent beam
KR101582632B1 (ko) 프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법
WO2013115857A2 (fr) Système laser comprenant des impulsions laser multiples pour la fabrication de cellules solaire
EP3826798A1 (fr) Méthode et dispositif optique pour fournir deux faisceaux laser décalés
WO2015181137A1 (fr) Systeme de recombinaison spatiale d'impulsions laser ultra-breves par un element diffractif
EP4139079A1 (fr) Systeme optique d'usinage laser
CA3202454A1 (fr) Dispositif d'amplification d'un faisceau laser
CA3132943A1 (fr) Procede de realisation d'un effet d'irisation sur la surface d'un materiau, et dispositifs pour sa mise en oeuvre
WO2007026084A1 (fr) Dispositif de pompage optique
EP4327140A1 (fr) Dispositif pour produire un faisceau lumineux polychromatique par combinaison de plusieurs faisceaux lumineux individuels
WO2024002600A1 (fr) Dispositif optique de balayage d'un faisceau lumineux sur une pièce à usiner
FR2924039A1 (fr) Systeme de marquage de pieces comportant plusieurs lasers et procede de marquage utilisant un tel systeme
WO2024184382A1 (fr) Dispositif de mesure optique multipoints, utilisation et procédé associés
TWI557802B (zh) 用於在半導體基板上形成直線投射之方法及裝置
FR3048137A1 (fr) Systeme d'amplification laser et procede de correction d'un profil transversal asymetrique de pression de radiation dans un milieu a activite laser d'un corps solide
EP1617471A1 (fr) Dispositif a lasers semi-conducteurs

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20160518

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20170220

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: C21D 1/38 20060101ALI20220503BHEP

Ipc: C21D 9/50 20060101ALI20220503BHEP

Ipc: B23K 26/073 20060101ALI20220503BHEP

Ipc: B23K 26/06 20140101ALI20220503BHEP

Ipc: H01S 5/40 20060101ALI20220503BHEP

Ipc: G02B 27/14 20060101ALI20220503BHEP

Ipc: B23K 26/00 20140101ALI20220503BHEP

Ipc: G02B 19/00 20060101AFI20220503BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20220524

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20221005