KR101290665B1 - 레이저 시스템 성능 향상을 위한 ａｏｍ 변조 기술 - Google Patents

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Abstract

인트라캐비티 및/또는 익스트라캐비티 AOM(60)의 주파수 및/또는 진폭 변조의 디지털 제어 기술은, 원하지 않는 레이저 에너지가 작업 대상(80)에 충돌하는 것을 방지하기 위하여 레이저 빔(90)의 실질적인 완전 소멸을 용이하게 하며; 펄스-펄스 레이저 에너지의 폐쇄 루프 제어를 통하여 레이저 펄스 진폭 안정성을 용이하게 하며, 정렬 에러 정정, 빔 워크 정류, 또는 제 3의 위치지정과 같은 응용을 위한 폐쇄 루프 제어를 비제한적으로 포함하는 빔-위치지정 제어를 용이하게 하며, 또한 상기에 나열된 응용 중 임의의 것을 수행하기 위하여 하나의 AOM(60) 상에 하나 보다 많은 수의 변환기 사용을 용이하게 한다.

Description

레이저 시스템 성능 향상을 위한 ＡＯＭ 변조 기술 {AOM MODULATION TECHNIQUES FOR IMPROVING LASER SYSTEM PERFORMANCE}
본 발명은 레이저 미세 기계 가공(laser micromachinging)에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 레이저 기계 가공 성능을 향상시키기 위하여 AOM 주파수 및/또는 진폭 변조(modulation)를 사용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 전통적인 음향광 Q-스위치(10a)를 사용하는 전형적인 종래 기술의 레이저(2)의 개략도이다. 도 2a 및 도 2b (총칭하여, 도 2라 한다)는, 종래 기술의 음향광 변조기(acousto-optic modulator : AOM)(10)에 관한 것으로서, 상기 AOM(10)은 AOM(10)이 0차 빔(16) 및/또는 1차 빔(18)을 전송하도록 하는 정도를 제어하는 무선 주파수(RF) 구동기(14)에 응답하는 변환기(12)를 구비한다. 도 3은 RF 구동기(14)를 제어하는 전통적인 기술을 보여주는 개략도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, AOM(10)은 전통적으로 펄스 타이밍, 반복율, 및 캐비티 이득(cavity gain)을 제어하기 위하여 레이저(2)의 공진기 내부에서 Q-스위치(10a)로서 사용되었다. 전형적인 Q-스위치(10a){또는 전형적인 AOM(10)}은, 제조자에 의해 설정된 특정 주파수에서 RF 구동기(14)에 의해 진폭 변조되는 RF 변환기(12)를 포함한다. Q-스위치(10a)는 전형적으로, 레이저 펄스를 레이저 외부로 나가도록 허용하거나 또는 레이저 에너지를 레이저 공진기 내부에 붙잡기 위하여 선택가능한 전력량을 RF 변환기(12)에게 제공하도록 전원공급기(14a)를 제어하는 레이저 시스템 제어기(4)에 의하여 제어된다. 전원공급기(14a)는 또한 전형적으로, 레이저 시스템 제어기(4)로부터의 명령에 응답하여 레이저 매체(8)로 펌핑 방사를 제공하는 레이저 펌핑 소스(6)에 전력을 제공한다. 이들 구성부품들은 바람직한 때에 펄스형 레이저 빔(20)을 생성하도록 협력한다.
AOM(10)은 또한, 에몬스 주니어(Emmons, Jr.) 외 다수의 미국 특허번호 제5,197,074호에 기재되어 있는 것과 같이, AOM(10)상의 RF 변환기(12)로 전달되는 RF 신호의 진폭을 가변적으로 제어함으로써 레이저 펄스 타이밍과 강도를 제어하기 위한 가변 인트라-공진기(intra-resonator) 손실 변조기로서 사용되었다. AOM(10)은 또한, 광 에너지의 일부가 바람직한 빔 경로를 따라 진행하고 나머지 광 에너지의 대부분이 "빔 덤프"으로 진행할 수 있도록 여러 가지 회절율을 가지고 레이저 빔(20)을 회절시킴으로써 레이저 빔(20)의 강도를 제어하는 익스트라-캐비티 빔 감쇠기로서 사용되었다.
더 최근에, 오레곤주 포틀랜드 소재 일렉트로 사이언티픽 인터스트리즈 인크(Electro Scientific Industries, Inc.)사는, 명령받았을 때 레이저(2)로부터의 펄스가 다양한 위치지정 시스템 부품을 통과하거나 따라서 진행하여 작업대상에 충돌할 수 있게 하며 명령받지 않았을 때에는 레이저 펄스가 작업대상에 충돌하지 못하도록 하는 게이팅 제어(gating control) 디바이스 또는 "펄스 뽑기(pulse picker)"로서 AOM(10)을 사용하였다. 이 프로세스는 베어드(Baird)외 다수의 미국 특허번호 제6,172,325호에 더 상세히 기재되어 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 변환기(12)는 아날로그 RF 구동기(14)로부터의 RF 입력 신호를 AOM(10)에서 셋업되는 음향파(19)로 변환한다. 음향파(19)가 AOM(10)을 통과하여 횡단할 때, 음향파(19)는 AOM(10)의 광 매체를 비틀어서, AOM(10) 내의 굴절율에서의 증가 및 감소를 야기한다. 이에 따라, 인입 레이저 빔(20)은 음향파(19)에 의해 회절되고 회절 법칙을 따르게 되며, 결과적으로 축 상에 있는 0차 빔(16) 및 회절 프로세스에 관련된 방정식에 의해 특정된 각도에서 1차(또는 더 고차의) 빔(18)으로 된다.
AOM(10)에 RF 전력(22)이 인가되지 않을 때, 인입 레이저 빔은 실질적으로 원래의 빔 경로를 따라 AOM(10)을 통과한다. AOM(10)에 RF 전력(22)이 인가될 때는, 인입 레이저 빔의 에너지 중 일부가 0차 빔(16)의 빔 경로로부터 1차 빔(18)의 빔 경로로 회절된다. 회절율은 인입 레이저 빔(20) 내 레이저 에너지에 대한 1차 빔(18) 내 레이저 에너지의 비율로서 정의된다.
도 4를 참조하면, 다양한 응용 조건에 기초하여, 1차 빔(18) 또는 0차 빔(16) 중 어느 하나가 작업대상(30)에 충돌하는 작업 빔으로서 사용될 수 있다. 1차 빔(18)이 작업 빔으로서 사용될 때, RF 전력(22)이 각각 그 최대 전력에서 실질적인 0으로 변화함에 따라, 작업 레이저 펄스의 에너지는 그 최대 값의 100%로부터 실질적인 0까지 동적으로 제어될 수 있다. 허용된 최대 RF 전력 부하 하에서 AOM(10)의 실질 한계 회절율이 약 75% 내지 90%이기 때문에, 작업 레이저 펄스의 최대 에너지 값은 레이저로부터의 레이저 펄스 에너지 값의 약 75% 내지 90%이다.
그러나 0차 빔(16)이 작업 빔으로 사용될 때는, RF 전력(22)이 각각 그 최대 전력에서 실질적인 0으로 변화함에 따라, 작업 레이저 펄스의 에너지는 레이저로부터의 레이저 펄스 에너지의 최대 값의 {아마도 열적 및 분산 조건에 기인하는 몇퍼센트 만큼 AOM(10)을 통과하여 진행하는 동안의 손실을 뺀} 약 100%로부터 상기 최대값의 약 15% 내지 20%까지 동적으로 제어될 수 있다. 예컨대 메모리 링크 처리에 있어서, 작업 레이저 펄스가 온디맨드(on demand)가 아닐 때, 시스템 레이저 펄스 에너지의 누출이 바람직하지 않고(즉, 작업 레이저 펄스 에너지가 0으로 되어야만 한다), 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 1차 빔(18)이 작업 빔으로서 사용되며 0차 빔(16)은 흡수체(32)와 같은 빔 덤프로 향해진다.
AOM(10)의 소멸율(34)은 "비차단"(또는 "전송") 상태(38)와 "차단" 또는 "비전송" 상태(40) 사이에서 레이저 펄스(36)(도면에서는, 36a 또는 36b)의 전송 전력에서의 차이를 한정한다. 도 5는 특정 주파수에서 AOM(10)으로 인가되는 데시벨(dB) 레벨의 함수로서 차단 및 비차단 레이저 빔(20)의 전송에서의 차이를 보여주는 단순화된 일반적인 그래프이다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 펄스-뽑기 레이저 시스템에서 사용된 종래 AOM(10)은, 상수 주파수 생성기(24)(전형적으로 PLL 또는 결정)로부터, 제조자에 의해 정해지고 변경될 수 없는 특정한 단일 무선 주파수를 수신한다. 이 주파수는 출력 각도를 결정하며 소멸율(34)의 한계 내에서 RF 진폭에 의해 회절량을 제어한다.
종래 AOM(10)의 아날로그 RF 구동기(14)로 송신된 신호의 진폭은, RF 구동기(14)로, 온/오프 디지털 제어기(26)로부터 트랜지스터-트랜지스터 로직(TTL) "ON" 또는 "OFF" 신호 중 어느 하나를 송신함으로써, 및/또는 아날로그 진폭 제어판(28)으로부터 정수가 아닌 증가분으로 0 - 1 볼트의 아날로그 신호를 송신함으로써 제어될 수 있다. TTL "OFF" 신호는, RF 구동기(14)가 허용할 최하 전력 출력인 최소 레벨로 출력을 낮추도록 아날로그 RF 구동기(14)를 제어한다. RF 구동기(14)로의 아날로그 신호를 그 최소 레벨로 세팅하는 것은 동일한 결과를 가져온다. 그러나 이들 옵션 둘 모두 RF 전력(22)의 작은 양이 변환기(12)로 전송되는 것을 여전히 허용할 것이고, 이는 원하지 않을 때 작업 대상(30)으로 전달되는 저-에너지 1차 빔(18)을 생성할 것이다.
레이저 전력이 (레이저 DRAM 처리, 레이저 트리밍 및 미세 기계 가공, 및 레이저 미세-비아 드릴링과 같은) 레이저 응용의 다양성을 위해 계속 증가하고 있기 때문에, 이들 레이저 응용 중 많은 것들이 작업 면에 대해 레이저 전력을 완전히 턴 오프할 수 있는 성능을 구하고 있다. 이들 레이저 동작에 있어서, 작업 대상은 재료 및/또는 선행 처리의 면에서 고가일 수 있다. 만약 레이저 출력이 완전히 턴 오프되지 않는다면, 재료의 성질이나 특성에 해가 되거나, 이를 변경하거나, 또는 영향을 끼치는 것이 수용될 수 없는 위치에서 작업 대상에 "누출된" 또는 회절된 에너지가 존재할 가능성이 있다. 레이저 트리밍(laser trimming)에 있어서, 예컨대 바라지 않은 에너지는, 바람직하지 않은, 재료 내의 바람직하지 않은 전기-광학적 효과를 유도할 수 있다. 레이저 동작에도 불구하고, 누출된 레이저 에너지는 예컨대 웨이퍼 상의 디바이스들과 같은 소비자 제품에 대해 상당한 되돌릴 수 없는 피해를 야기할 가능성을 가지며, 이러한 피해는 반드시 시각적인 조사에 의해 알 수 있는 것이 아닐 수 있다. 레이저 시스템에서의 에너지 누출 문제는, 장파장 CO2 (약 10 ㎛), (1.3 ㎛ 내지 1.0 ㎛와 같은) 적외선 및 근적외선, 가시광선, 및 (약 400 ㎛ 미만의) UV를 포함하는, 연속적인 파장 범위에서 발생할 수 있다.
레이저 처리 응용에서 AOM(10)의 사용을 증가시킴에 따라, 에너지 누출 문제는 더욱 크게 명백해지고 있다. 공교롭게도, 최소 RF 레벨이 최신 AOM 제어기로 송신되는 경우에 조차, AOM(10) 내로 누출하여 레이저 빔 에너지의 일부가 잠재적으로 원하지 않는 위치로 회절되도록 하는 일부 RF 전력(22)이 여전히 존재한다. 이러한 누출은, 전통적인 Q-스위치(10a)가 사용되어, 레이저 출력이 바람직하지 않은 레이저 에너지 축적(buildup) 동안 일부 레이저 에너지가 레이저(2)에서 나가도록 허용하는 경우에도 역시 발생할 수 있다.
본 명세서에서 기술된 특정 실시예와 기법은 종래 레이저 시스템 및 종래 레이저 기계 가공 분야에 걸쳐 다양한 레이저 처리 장점을 성취할 수 있다. 이들 실시예 및 기법은 다음, 즉: 주파수 및/또는 진폭 AOM 변조의 디지털 제어 기법; 원하지 않는 레이저 에너지가 작업 대상에 충돌하는 것을 막기 위하여 레이저 빔의 실질적으로 완전한 소멸을 용이하게 하는 주파수 및/또는 진폭 변조를 비제한적으로 포함하는 인트라캐비티 및/또는 익스트라캐비티 AOM 변조 기법; 레이저 펄스 에너지 안정성을 용이하게 하는 폐쇄루프 제어를 가진 펄스-펄스 레이저 에너지의 AOM 변조 기법; 및 AOM 상의 하나 이상의 변환기를 사용하는 것, 정렬 에러 정정, 빔 워크 교정, 또는 제3차 위치지정과 같은 응용을 위하여 폐쇄 루프 제어를 사용하는 것을 비제한적으로 포함하는 빔-위치지정 제어를 용이하게 하는 주파수 및/또는 진폭 AOM 변조 기법 중 하나 이상을 비제한적으로 포함한다.
따라서 본 발명의 목적은 하나 이상의 선택된 AOM 응용을 통하여 향상된 레이저 시스템 성능을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적과 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이루어지는, 아래의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명으로부터 명확할 것이다.
도 1은 Q-스위치로서 종래 기술의 AOM 디바이스를 사용하는 종래 레이저의 개략도.
도 2a 및 도 2b는 수신된 RF 전력의 양에 응답하여 0차 및 1차 빔의 부분을 전송하는 종래 기술의 AOM 디바이스의 대안적인 개략도들.
도 3은 종래 기술의 AOM 디바이스를 제어하는 방법을 보여주는 개략도.
도 4는 펄스 게이팅 디바이스로서 종래 기술의 AOM 디바이스를 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 5는 특정 주파수에서 AOM에 인가된 데시벨 레벨의 함수로서 차단 및 비차단 레이저 빔의 전송 차를 보여주는 단순화된 그래프.
도 6은 주파수-변조형 AOM을 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 7은 AOM으로부터 완전한 소멸을 성취하기 위하여 AOM 변환기에 의하여 표현되는 예시적인 고-대역폭 주파수-이동 파형을 보여주는 타이밍도.
도 8은 AOM으로부터 완전한 소멸을 성취하기 위하여 고-대약 주파수-이동을 사용하는 것과 관련된 이벤트 및 결과를 보여주는 타이밍 흐름표.
도 9는 AOM으로부터 0의 회절을 성취하기 위하여 백색 잡음을 사용하는 것과 관련된 이벤트를 보여주는 타이밍 흐름표.
도 10은 주파수-변조형 AOM 및 제2의 빔 덤프를 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 11은 DC 전원 스위치를 사용하는 AOM 제어 시스템의 개략도.
도 12는 레이저 내의 Q-스위치로서 주파수-변조형 AOM을 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 13은 Q-스위치로서 익스트라캐비티 주파수-제어형 AOM 및 주파수-변조형 AOM을 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 14는 2개의 익스트라캐비티 주파수-제어형 AOM을 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 15는 레이저 펄스들 사이의 전형적인 피크 에너지 드리프트를 보여주는 진폭 대 시간의 그래프.
도 16은 익스트라캐비티 진폭 및/또는 주파수-제어형 AOM을 사용하는 폐쇄 루프 빔 에너지 제어를 구비하는 레이저 시스템의 개략도.
도 17은 AOM 폐쇄 루프 에너지 제어를 통하여 성취가능한 진폭 안정성을 보여주는 진폭 대 시간의 그래프.
도 18은 빔 위치지정을 시행하기 위하여 익스트라캐비티 AOM을 사용하는 레 이저 시스템의 개략도.
도 19는 AOM의 예시적인 편향 각도 범위를 보여주는 개략도.
도 20은 2개의 축에서 빔 위치지정을 시행하기 위하여 직렬로 연결된 AOM들을 사용하는 AOM 스캐닝 시스템을 보여주는 개략도.
도 20a는 예시적인 UV 및 IR 파장에 대하여, 스캐닝 각도 회절율 대 특정 브래그(Bragg) 각도로부터의 각도 변화의 그래프.
도 20b는 하나의 주어진 축에서 빔 위치지정 범위를 확장하기 위하여 직렬로 연결된 AOM들을 사용하는 AOM 스캐닝 시스템을 보여주는 개략도.
도 20c는 예시적인 UV 및 IR 파장에 대하여, 스캐닝 각도 회절율 대 직렬로 연결된 동일 축-변조 AOM(60)으부터의 야기되는 각도 변화의 그래프.
도 21은 빔 위치지정을 시행하기 위하여 익스트라캐비티 AOM 및 폐쇄 루프 정정 제어를 사용하는 레이저 시스템을 보여주는 개략도.
도 22는 AOM 입사면에 대해 경사진 빔을 우회시키기 위하여 적어도 2개의 변환기를 사용하는 AOM의 개략도.
도 22a는 AOM 입사면에 대해 수직인 빔을 우회시키기 위하여 적어도 2개의 변환기를 사용하는 AOM의 개략도.
도 23a 및 도 23b는 동일 축을 따라 AOM 상에 서로 다른 주파수를 전파시키는 적어도 2개의 변환기의 효과를 예시하는 개략도.
도 23c는 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 서로에 대해 상이한 각도에서 위치 지정된 2개의 변환기의 효과를 예시하는 개략도.
도 23d는 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 서로에 대해 상이한 각도에서 위치 지정된 2개의 변환기를 구비하는 것의 효과를 예시하는 대안적인 실시예의 개략도.
도 23e는 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 서로에 대해 상이한 각도에서 위치 지정된 다수의 변환기를 구비하는 것의 장점을 예시하는 개략도.
도 23f는 도 23e의 일부를 확대한 것을 보여주는 개략도.
도 23g는 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 서로에 대해 상이한 각도에서 위치 지정된 다수의 변환기를 구비하는 대안적인 실시예를 예시하는 개략도.
도 24는 적어도 2개의 변환기를 가진 AOM을 사용하는 AOM 스캐닝 시스템을 보여주는 개략도.
도 25는 적어도 2개의 변환기 및 폐쇄 루프 제어 시스템을 가진 AOM을 사용하는 AOM 스캐닝 시스템을 보여주는 개략도.
도 26은 4개의 변환기를 사용하는 AOM의 개략도.
도 27은 레이저 펄스 게이팅을 시행하기 위한 익스트라캐비티 AOM, 및 폐쇄 루프 제어를 가지고 빔 위치지정 및 진폭 변조를 시행하기 위한 다수의 변환기를 사용하는 익스트라캐비티 AOM를 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 28은 레이저 펄스 게이팅을 시행하기 위한 익스트라캐비티 AOM, 및 갈바노미터와 관련된 제3의 빔 위치지정을 시행하기 위한 적어도 2개의 변환기를 사용하는 익스트라캐비티 AOM를 사용하는 레이저 시스템의 개략도.
도 29는 레이저 트리밍 응용을 위한 것과 관련되어 사용될 수 있는 것과 같 은 갈바노미터 스캔 헤드 및 AOM의 예시적인 스캔 필드의 표현.
도 30은 비아 드릴링과 같은 집적회로(IC) 패키지 처리를 위한 것과 관련되어 사용될 수 있는 것과 같은, 갈바노미터 스캔 헤드 및 AOM의 예시적인 스캔 필드의 표현.
도 31은 레이저 링크 절단 응용을 위한 것과 관련되어 사용될 수 있는 것과 같은, 갈바노미터 스캔 헤드 및 AOM의 예시적인 스캔 필드의 표현.
도 6은 펄스 게이팅 디바이스로서 변조-향상형 AOM(60)을 사용하는 레이저 시스템(50)의 실시예를 보여주는데, AOM(6)은 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)을 가진다. 도 6을 참조하면, 레이저 시스템 제어기(62)는 이후 더 상세하게 설명되는 바와 같이 AOM(60)의 성능을 직접 또는 간접 제어하는 레이저(64) 및 RF 구동기(66)에 직접 또는 간접으로 제어 신호를 제공한다. 레이저(64)는 광경로(72)를 따라 전파되는 레이저 빔을 방출하며, 상기 광경로(72)는 레이저 빔이 0차 및/또는 1차 빔(16, 18)을 전파하는 AOM(60)에 입사하기 전에 빔-확장 광학계와 같은 다수의 광 부품(74), 또는 다수의 턴 미러(미도시)를 포함할 수 있다. 레이저 빔은 대부분의 응용에 있어서 Q-스위칭형 또는 펄스형 레이저 빔인 것이 바람직하지만, 일부 응용에 있어서는 연속파(CW) 빔일 수 있다.
전형적으로, 0차 빔(16) 또는 1차 빔(18) 중 하나는 하나 이상의 턴 미러(76) 및 다양한 빔-위치지정 부품(미도시됨)에 의해 순차적으로 향해지고 집속 렌즈(78)를 통과하여 작업 대상(80) 위의 하나 이상의 타겟 위치에 충돌한다. 0차 빔(16) 또는 1차 빔(18)(또는 더 고차의 빔) 중 어느 하나는, 작업 빔 경로(72a)를 따라 전파하여 척(88) 또는 다른 종류의 위치지정 시스템 플랫폼에 의해 지지될 수 있는 작업 대상(80)에 충돌하는 작업 빔(90)으로서 사용될 수 있다. 1차 또는 0차 빔 중 다른 하나는, 비작업 빔 경로(72b)를 따라 전파하여 포화가능 흡수체와 같은 빔 덤프(94)로 향해질 수 있는 비작업 빔(92)이다. 많은 실시예에서 작업 빔(90)으로서 1차 빔(18)을 사용하는 것이 바람직하기 때문에, 도면들은 일반적으로 이러한 배열을 도시할 것이다.
그러나 숙련된 작업자라면, 작업 빔(90)으로서 0차 빔(16)이 사용되는 배열을 가진 실시예를 사용하기 위하여, 본 명세서에서 논의되는 임의의 AOM에 관련하여 반대의 논리 및 작업 빔 경로(72a)의 재배치가 과도한 실험 없이 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 실시예에서, 작업 빔이 필요하지 않을 때마다, 약 15%보다 더 큰 레이저 펄스 에너지가 작업 대상(80)에 충돌하는 빔 경로를 따라 전파하는 것을 방지하고, 또한 약 10% 이하의 레이저 펄스 에너지가 작업 대상(80)에 충돌하는 빔 경로를 따라 전파하는 것을 허용하기 위하여 AOM(60)이 사용될 수 있다. 더 나아가, 이러한 AOM(60)의 배열은 이러한 레이저 펄스 에너지가 필요할 때마다 약 75%의 레이저 펄스 에너지가 작업 대상(80)에 충돌하는 빔 경로를 따라 전파하는 것을 허용하고, 또한 일부 바람직한 실시예에서는 이러한 레이저 펄스 에너지가 필요할 때마다 약 90%보다 더 크고 심지어 약 100%에 이르는 레이저 펄스 에너지가 작업 대상(80)에 충돌하는 빔 경로를 따라 전파하는 것을 허용한다.
변조-향상형 AOM(60)에 관하여, AOM 구동기 신호의 직접 디지털 합성(또는 그 외의 고속 신호-변조 기법)은 AOM(60)의 명령이 놀라운 정밀도와 안정성을 가지고 매우 높은 속도(예컨대 10 MHz 직렬 및 100 MHz 병렬에 이르기까지 또는 더 큰)로 RF 구동 신호의 무선 주파수와 진폭을 구동하고 변조할 수 있게 한다. 이러한 변조 기법은 작업 빔 경로(72a)를 따라 작업 대상(80)을 향해 이동하여 바람직하지 않은 시간 또는 장소에 충돌하는 것을 완전히 방지하도록 AOM(60)으로부터 완전한 소멸을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 이들 기법은 AOM RF 신호의 진폭을 저 레벨 또는 "OFF" 상태로 세팅하는 것과 같이 전통적인 AOM 변조에 추가하여 사용될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 AOM(60)이 AOM(60)를 통과하는 광과 상호작용하도록 음향파를 셋업할 수 있는 대역폭보다 더 높은 대역폭에서 AOM(60)의 무선 주파수를 변조하는 예시적인 기법을 보여주는 타이밍도이다. 도 7은 AOM(60)으로부터 완전한 소멸을 성취하기 위하여 AOM 변환기(70)(도 11)에 의해 표현되는 예시적인 고-대역폭 주파수-이동 파형을 보여주는 타이밍도이다. 도 8은 AOM(60)으로부터 완전한 소멸을 성취하기 위한 고-대역폭 주파수-이동과 관련된 이벤트와 결과를 보여주는 타이밍 흐름표이다.
도 6, 7 및 8을 참조하면, 예시적인 일 실시예에서 AOM(60)으로 보내진 RF 에너지의 RF 신호는 AOM(60)의 대역폭보다 더 높은 속도로 "OFF" 상태로 변조된다. 몇몇 실시예에서, AOM(60)의 대역폭은 음향파가 광 경로(72)를 따라 이동하는 레이저 빔의 허리를 가로지르는데 걸리는 시간의 함수에 의해 정의될 수 있다. 따라서 대역폭은 레이저 빔의 직경 및 AOM(60)의 매체 내의 음향 속도에 의해 영향을 받는 다. AOM(60)의 물질 내의 음향 속도로 레이저 빔의 직경을 나눔으로서, 레이저 빔을 가로지르는 음향의 통과시간을 얻을 수 있다. 통과시간을 주파수로 변환(1/통과시간)하면 이러한 실시예에 관한 AOM(60)의 최대 대역폭을 제공할 수 있다.
AOM(60)이 수용할 수 있는 것보다 더 높은 대역폭에서, RF 신호의 무선 주파수를 변조하면, AOM(60) 내에서 음향파가 셋업되는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 광 경로(72)를 따라 이동하는 레이저 빔의 회절을 방지할 수 있다. AOM(60)을 통과하는 광의 광학적 회절은 AOM(60)의 대역폭보다 더 큰 속도로 무선 주파수가 변화하는 한 방지될 수 있다. 작업 빔 경로가 0차 보다 더 큰 차수인 경우, 광 에너지는 더 큰 차수로 이전되지 않을 것이다.
도 7에서, "ON" 상태에서는, RF 신호 주파수는 회절된 빔 경로(72a)가 작업 대상(80)으로 가도록 바람직한 회절 각도를 성취하도록 설정되고, RF 신호 진폭은 링크 제거 또는 비아 드릴링과 같은 처리 응용을 성취하기 위하여 작업 대상(80)에서 바람직한 에너지 레벨을 성취하도록 설정된다. 도 7에서, "OFF" 상태에서는, 작업 대상(80)으로 회절 에너지가 가지 않는 것을 보장하도록 하기 위하여, RF 신호 주파수는 고속으로 변화되면서 한편으로는 또한 RT 신호 진폭을 최소화하는, 즉 이를 스위칭 오프시키거나 낮은 바이어스 전력 레벨로 스위칭한다. 도 8은 도 7에 도시된 파형의 결과를 설명하는 타이밍 흐름표이다. 다시 도 6에 도시된 구성을 참조하면, 이 경우 작업 대상(80)을 향하는 빔 경로는 회절된 빔(72a)이고 빔 덤프(94)는 0차 전송 빔(72b)을 수신하는데, 레이저 에너지는 이러한 더 높은 대역폭 주파수 변조 동안에 완전히 전송될 것이고, 이에 따라 작업 대상(80)을 향해서는 완전히 소멸(100%)될 것이다.
DC에 대해 "OFF" 상태 또는 도 6은 또한 바람직한 회절이 발생하는 RF 신호에 비교될 때 초 저-주파수 신호 레벨(또는 최소 진폭 레벨)로 RF 신호를 세팅하는 기법을 나타낸다. 이러한 저-주파수 신호 또는 DC RF 신호는 작업 대상(80)으로 향하는 광 경로(72a)로 회절하는 빔을 야기시키지 않을 것이다. RF 신호를 회절 각을 생성하지 않는 값 또는 않을 정도로 충분한 값의 DC인 레벨로 변조하는 것은 파동이 AOM(60) 내부에서 세팅되는 것을 방지한다. 최소 회절 각으로의 RF 신호 변조는, 회절된 빔이 빔 덤프(94)로 향하는 전송 빔과 사실상 동일선상에 있게 되도록 하는 작은 RF 신호를 이용한다. AOM(60)에 대해 0의 주파수의 세팅을 가지는 경우에, AOM(60)에서 회절 그레이팅은 존재하지 않을 것이며, 100%의 광이 빔 덤프(94)로 전송될 것이다. "ON" 상태에서, RF 신호는 작업 대상(80)으로 가는 광 경로를 위한 바람직한 회절 각도(F1)를 성취하도록 설정되고, RF 신호 진폭은 처리를 위해 작업 대상(80)에서 바람직한 에너지 레벨을 성취하도록 설정된다.
고-주파수 RF 신호를 저-주파수 또는 DC 레벨과 구별하기 위한 주파수 변조를 구현하기에 적합한 주파수 신호의 하나의 소스는 디지털-아날로그(D/A) 컨버터를 구동하는 디지털 주파수 합성기이다. A/D 컨버터 출력 및 관련 신호 조정 회로는 제어된-임피던스 (전형적으로 50Ω) 전송 라인을 구동하기 위하여 RF 전력 구동기에 주파수 신호를 인가한다. 상업적으로 구매가능한 주파수 신호 소스의 일 예는, 메사추세츠주 노우드에 소재하는 아날로그 디바이시스 인크(Analog Devices, Inc.)사에 의해 제조된, 모델 AD 9852 ASQ 직접 디지털 합성기(DDS)이다. 모델 AD 9852 ASQ는 내부 고속 D/A 컨버터와 연결되며 매초 300 메가샘플의 출력 갱신 속도를 가진다. 100 MHz의 갱신은 48-비트 주파수 해상도, 14-비트 위상 오프셋 해상도, 및 12-비트 진폭 제어를 나타내는 병렬 디지털 인터페이스를 사용하여 AD 9852 ASQ DDS를 제어함으로써 성취될 수 있다. 모델 AD 9852 ASQ의 출력은, AOM 변환기(70)를 구동하기 위하여, 모토롤라 인크(Motorola, Inc.)사, 및 그 외 다른 집적-회로-디바이스 제조 회사에 의해 제조된 것과 같은 다수의 상업적으로 구매가능한 통합형 RF 구동기 모듈 중 임의의 것에 인가될 수 있다.
아날로그 디바이시스 인크사에 의해 제조된 모델 TigerSHARC
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과 같은 디지털 신호 프로세서(DSP)와 캘리포니아주 산 호세 소재의 실링스 인크(Xilinx, Inc.)사에 의해 제조된 모델 Virtex-II와 같은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)를 결합하고, 이들과 통합형 DDS를 매칭시킴으로써, 주파수 신호 및 출력 제어에 있어서 더 큰 유연성이 성취될 수 있다.
"ON" 상태에서 "OFF" 상태로의 고속 스위칭은, D/A 컨버터 출력을 수시하며 인덕터 L을 구동하는 이득 k를 가진 고-대역폭 연산 증폭기를 포함하도록 RF 구동기(66)를 구성하므로써 성취될 수 있다. "ON" 상태에서 동작 RF 주파수에서 공진을 설정하기 위한 L 값은 연산 증폭기에 의한 감지가능한 전력 소모없이 AOM 변환기(70)의 입력단에 큰 전압을 제공한다. {공진 회로는 인덕터 L 및 AOM 변환기(70)의 저항 손실과 AOM 변환기(70)의 커패시턴스를 포함한다.} 공진은 천이 링잉(ringing)을 야기함으로써 "ON" 상태에서 "OFF" 상태로의 스위칭을 느리게 한다.
DDS는, D/A 컨버터로부터 AOM 변환기(70)의 입력단에서의 전압으로의 전이 함수를 측정하기 위하여, DSP 및 FPGA와 연결하여 사용될 수 있다. 전이 함수의 결정은, AOM 변환기(70) 입력 전압에 대해 D/A 컨버터를 사용하고 이를 DSP/FPGA 회로로 향하게 하여, 임펄스 응답, 스웹트-사인 보데-플롯(swept-sin Bode plot), 또는 백색 잡음 입력/출력 측정에 의하여 성취될 수 있다. 측정이 완료되면, 측정된 아날로그 회로 주파수 응답을 반전시키도록 맞춰진 디지털 바이쿼드(biquad) 필터가, 아날로그 구동 회로를 특징짓는 평평한 전이 함수를 제공하도록 시스템-반전 노치 필터로서 FPGA 내에 구성된다.
선형 시스템 이론에 따라, FPGA 바이쿼드 필터, D/A 컨버터 입력, 및 아날로그 구동 회로의 조합은, 0의 DC 또는 RF "OFF" 상태와 RF "ON" 상태 사이를 순간적으로 스위칭하도록 인에이블하는, 평평한 전이 함수를 나타낸다. RF를 순간적으로 턴온시키는 것은, 이를 개시시키기 위해 큰 에너지량을 전달할 것과 이를 정지시키기 위해 큰 에너지량을 추출할 것을 요구한다. 이것은 요구되는 대역폭에서 연산 증폭기의 전류/전압/슬루-레이트(slew-rate) 성능을 포화시킬 수 있다.
구동 회로를 유용하게 만들기 위해, RF 신호의 램프-업 또는 램프-다운이 바람직할 수 있다. 이들 함수는, 램프-업에 대해서는 k_ramp*t를, 그리고 램프-다운에 대해서는 (1-k_ramp*t)를 사인파에 곱함으로써 DSP/FPGA 에서 쉽게 구현될 수 있다. k_ramp 파라미터는 연산 증폭기 전류, 전압, 및 슬루-레이트 출력의 선형 동작 한계에 대해 설계될 것이고, 부품 변동에 대해 조정되는 것이 아니라, 설계-특정 기초 상에서 선택될 것이다. 비록 램프-업/램프-다운이 시간을 요구하지만, 이 시간은 전이가 자연적으로 쇠퇴하도록 하는데 요구되는 시간보다 크게 짧을 것이 예상된다.
이 경우 DDS 보드의 출력은 RF 전력 모듈에 제공될 수 있고, 그러면 이는 50-오옴 전송 라인에 연결되어 AOM 변환기(70)로 제공될 것이다.
도 9는 RF 신호에 백색 잡음을 주입함으로써 AOM 대역폭보다 더 높은 속도에서 무선 주파수를 변조하는 대안적이지만 유사한 기법을 제공한다. 신호의 광대역폭 스펙트럼에서 다수의 주파수 성분을 가짐으로써, AOM(60)은 AOM 매체 내에 회절 그레이팅을 셋업할 수 있는 음향파를 가지지 않을 것이다. 다시 도 6을 참조하면, "OFF" 상태에서, 백색 잡음은 AOM(60)으로 송신되어, 빔이 완전히 빔 덤프(94)로 전송되도록 야기한다. "ON" 상태에서, 무선 주파수는 작업 대상(80)으로 가는 광 경로(72a)를 위한 바람직한 회절 각도를 성취하도록 설정되고, RF 신호 진폭은 처리를 위한 작업 대상(80)에서의 바람직한 에너지 레벨을 성취하도록 설정된다. AOM 디바이스 내부에서 음향파를 위한 셋업 시간보다 더 큰 무선 주파수를 가진 백색 잡음을 도입하는 것도 역시 기술된 바와 같은 결과를 제공할 것이다.
기술자라면 도 7 내지 도 9에 관하여 논의된 기법들이 브래그 방정식에 관하여 낮은 또는 실질적으로 0의 효율을 가지는 주파수를 사용하여 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 완전한 소멸을 성취하기 위하여, 변환기(70)에 인가된 RF 신호는 단순히 실질적으로 0의 브래그 효율을 제공하는 주파수 중 하나로 설정될 수 있고, 진폭은 선택적으로 0으로 설정되거나 바람직한 경우 어떤 기본 양으로 설정될 수 있다. 대안적으로, 주파수 호핑 및 다른 기법이 사용될 수 있으며, 또는 실 질적으로 0의 브래그 효율을 제공하는 주파수로 제한될 수 있다.
도 10은 레이저 시스템(50)과 유사하지만 2개 이상의 빔 덤프(94a, 94b)를 사용하는 레이저 시스템(50a)의 구성을 제공한다. 빔 덤프(94a)가 전송 빔의 광 경로(72b)를 따라 위치 지정되는 반면에, 빔 덤프(94b)는 작업 대상(80)으로 이어지지 않는 회절각(F2)을 생성하는 무선 주파수 신호(F2)에 의해 광 경로(72c)를 따라 위치 지정된다. "ON" 상태에서, RF 신호는 작업 대상(80)으로 가는 광 경로를 위한 바람직한 회절각(F1)을 성취하도록 설정되고, RF 신호 진폭은 처리를 위해 작업 대상(80)에서의 바람직한 에너지 레벨을 성취하도록 설정된다. "OFF" 상태에서, RF 신호는 주파수 F2 및 최소 진폭으로 설정되는데, 이는 빔이 제 2 빔 덤프(94b)로 회절하도록 야기하는 회절각을 생성할 것이다. 이 "OFF" 경우의 총 레이저 에너지는 전송 빔과 F2 회절빔 사이에서 나누어질 것이어서, 작업 대상(80)으로 가는 광 경로(72a)를 레이저 에너지가 없는 상태로 남길 것이다.
도 11은 RF 증폭기(68) 또는 AOM 변환기(70)로 전달된 전력을 격리시키기 위한 제어 스위치(102) 및/또는 RF 구동기(66)에서 RF 증폭기(68) 또는 AOM 변환기(70)로 전달된 주파수 신호를 격리시키기 위한 제어 스위치(104)를 제어하기 위하여 시스템 제어기(62)를 사용하는 AOM 제어 시스템(100)의 예시적인 실시예의 단순 개략도를 제공한다. 제어 스위치(102 및 104)의 예시적인 실시예는, 레이저 처리 응용의 대역폭을 허용하기 위하여 바람직하게는 레이저(64)의 반복율보다 더 큰, 빠른 스위칭 및 안정화 시간을 가진다. 제어 스위치(102 및 104)는 기계적인 릴레이 또는 고체 릴레이거나 또는 RF 증폭기(68) 또는 AOM 변환기(70)로 가는 RF 신호 또는 전력을 차단할 수 있는 다른 종류의 디바이스일 수 있다. "ON" 상태에서, DC 전력 및 RF 및 진폭 신호는 RF 증폭기(68)를 통과하여 AOM(60)까지 전달되도록 허용된다. "OFF" 상태에서, DC 전력 및/또는 RF 및 진폭 신호는 제어 스위치(102 및 104)를 통해 AOM(60)으로부터 격리된다.
도 12는 AOM(60a)을 레이저(64a) 내부에서 Q-스위치로서 사용하는 앞서 언급된 AOM 변조 기법을 사용하는 레이저 시스템(50b)의 예시적인 단순 개략 구성을 보여준다. 비록 공통 전원공급기(110)가 펌핑 소스(112)와 RF 신호 구동기(66a)에 전력을 공급하기 위하여 사용될 수 있으나, RF 구동기 신호는 AOM 변조 제어가 앞에서 기술된 것과 거의 동일한 방식으로 생성되어 Q-스위치 AOM(60a)으로 보내진다. 다만 도 12에서는, AOM(60a)은 AOM(60a)이 "OFF" 상태일 때마다 레이저 광을 작업 빔 광 경로(72c)를 따라 전송하는 것으로, AOM(60a)이 "ON" 상태일 때마다 비작업 빕 광 경로(72d)를 따라 빔 덤프(94c)로 광을 회절시키는 것으로 도시되어 있다.
기술자라면 AOM(60a)이 적응되어 "ON" 상태일 때 레이저 광을 작업 빔 경로로 회절시킴으로써 반대 구성으로 작업하도록 배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 구성과는 상관없이, 앞서 논의된 AOM 변조 기법은, 외부 AOM(60)의 사용과 함께 또는 사용하지 않으면서, 작업 대상(80)으로 가는 레이저 에너지가 없어야 되는 때마다 완전 소멸을 성취하기 위하여 사용될 수 있다.
도 13은 완전 소멸을 성취하기 위하여 레이저(64a)에 대해 외부의 AOM(60)과 레이저(64a) 내부의 AOM(60a)(미도시됨)를 사용하는 앞서 언급된 AOM 변조 기법을 사용하는 레이저 시스템(50c)의 예시적인 단순 개략 구성을 보여준다. 기술자라면 AOM(60, 60a)이 동일 또는 별도의 RF 구동기(66b)를 통해 제어될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14는 완전 소멸을 성취하기 위하여 레이저(64)에 대해 외부에서 직렬로 연결된 2개 이상의 AOM(601 및 602)을 사용하여, 심지어 최소 에너지조차 작업 대상(80)에 도달하여 "차단된" 상태가 원해질 때에 작업 대상(80)에 피해를 입히는 것을 방지하는 앞서 언급된 AOM 변조 기법을 사용하는 레이저 시스템(50d)의 예시적인 단순 개략 구성을 보여준다. 도 14를 참조하면, 예시적인 일 실시예에서, AOM(601)은 "OFF" 상태에서 레이저 광을 광 경로(72b1)를 따라 빔 덤프(941)로 전송할 수 있고 또한 "ON" 상태에서는 레이저 광을 X 축{광 경로(72b1)에 대하여}을 따라 작업 빔 광 경로(72a1)로 결국에는 작업 대상(80)에 도달하도록 회절시킬 수 있다. 작업 빔 광 경로(72a1)는 AOM(602)과 교차하며, AOM(602)은 "OFF" 상태에서 레이저 광을 광 경로(72b2)를 따라 빔 덤프(942)로 전송할 수 있고 또한 "ON" 상태에서는 레이저 광을 Y 축{광 경로(72b2)에 대하여)}을 따라 작업 빔 광 경로(72a2)로 결국에는 작업 대상(80)에 도달하도록 회절시킬 수 있다. 기술자라면, 비록 AOM(601 및 602)가 빔 경로를 수직 축을 따라 변경시키는 것으로 도시되고 기재되었을지라도, AOM(601 및 602)는 적응되어 동일 축을 따라 또는 수직이 아닌 횡단 축을 따라 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 또한, AOM(601 및 602)이 둘 모두 적응되어 반대의 "ON"/"OFF" 상태(0차가 작업 빔 경로를 가지는 것과 같은) 구성을 가지도록 위치될 수 있거나, 또는 다른 "ON"/"OFF" 상태 구성을 가지도록 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 덧붙여서, AOM(601 및 602)은 둘 모두 동일 또는 별도의 RF 구동기(66b)(미도시됨)을 통해 제어될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 단일 AOM(60)은 N의 소멸율을 가지도록 한정될 수 있고, 반면에 2개의 직렬로 연결된 AOM(601 및 602)을 가지는 것은 그 가산성 감쇠값에 기인하여 증가된 총 소멸율을 허용하는 N1 및 N2의 소멸율을 가질 것이다. 기술자라면 특히 민감한 작업 대상(80)에 대하여 또는 특히 민감한 처리 응용에 대하여 바람직한 경우 N개의 더 많은 AOM(60)이 사용되어 총 소멸율을 증가시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 앞의 실시예들과 그 조합 및 결합은, 펄스 에너지가 바람직하지 않을 때 작업 대상(80)에 도달하지 않도록 완전히 소멸시키거나 펄스 에너지를 우회시켜, 민감한 재료에 피해를 입히는 가능성을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
기술자라면 이들 기법이, 약 266 ㎚, 355 ㎚, 532 ㎚, 1064 ㎚, 1320 ㎚, 및 10 ㎛의 파장을 비제한적으로 포함하는 극자외선(deeo UV)로부터 원적외선까지를 범위로 하는 파장을 가지는, Nd:YAG 또는 Nd:YLF 레이저를 포함하는 고체 레이저, 및 CO2 레이저를 비제한적으로 포함하는 임의의 종류의 레이저에 응용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이들 기법은 링크 처리 시스템, 레이저 트리밍 및 미세 기계 가공 시스템, 및 마이크로-비아 드릴링 시스템을 포함하는 레이저 처리 시스템에 사용될 수 있다.
하나 이상의 AOM(60)이 또한, 위에-기술된 주파수 변조 기법과 함께 또는 없이, 다양한 다른 새로운 응용을 위해 사용될 수 있다. 예컨대 도 15는 다양한 레이저 불안정성 또는 열적 드리프팅에 기인하는 레이저 출력 검출기에 충돌하는 레이저 펄스들 간의 전형적인 피크 에너지 드리프트를 보여주는 진폭 대 시간의 그래프이다. 이 펄스-대-펄스 에너지의 변동은, 특히 고 반복률에서의 UV 시스템인 특정 종류의 레이저 시스템에서 (비록 장기적인 평균 변동은 5% 이하일 수 있을지라도) 22% 와 같이 클 수 있다. 레이저 에너지에서의 이러한 변동은 잠재적으로 작업 대상(80)에 문제를 야기할 수 있다. 주어진 레이저 동작에 있어서, 총 "처리 윈도우"는, 제품의 생산에 악영향을 미치지 않을 (레이저 출력 에너지를 포함하는) 파라미터 각각 또는 파라미터 집합에서의 변동 허용오차에 의해 한정될 수 있는데, 상대적으로 작을 수 있다. 따라서 처리 윈도우를 크게 유지하는 것, 또는 처리 윈도우에 영향을 주는 성분, 특히 레이저 에너지를 제어하는 것은 매우 유용할 수 있다.
도 16은, 작업 대상(80)으로 가는 레이저 펄스의 입사 진폭 및 에너지를 결정하는데 사용될 수 있는 레이저 출력 검출기(122)로 빔 경로(72a)를 따라 전파하는 레이저의 일부를 향하게 하는 빔-분할 광 요소(120)를 사용하는 예시적인 레이저 시스템(50e)을 보여준다.
비록 도 16이 변환기(70)의 빔 입사면(52) 또는 변환기 변조 영역(116)에 대하여 브래그 각도에 또는 브래그 각도 근처에 있는 입사각(114)에서 AOM(60)의 빔 입사면(52)에 충돌하는 광 경로(72)를 보여주지만, 기술자라면 광 경로(72)가 일반적으로 수직인 비-브래그 입사각(114)에서 AOM(60)의 빔 입사면(52)에 충돌하도록 정렬될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 또한, 입사각(114)이 빔 입사면(52)에 수직으로 정렬되면서도 여전히 주어진 주파수에 대하여 브래그 조건을 실질적으로 만족시킬 수 있도록 하기 위하여 AOM(60){특히 고-굴절율 재료를 가진 AOM(60)에 대하여}의 빔 입사면(52) 상에서 각도 컷(angle cut)이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
기술자라면 도면들 중 임의의 것에 관련하여 앞서의 또는 이후 기술될 임의의 실시예에 대하여 브래그 AOM 정렬이 구현될 수 있다는 것을 더 이해할 것이다. 일반적으로 만족스러운 브래그 효율{또는 AOM(60)를 통과하는 회절 효율}은 입사각(114)이 광 경로(72)를 횡단하는 빔 입사면(52) 및/또는 변환기 변조 영역(116)에 대하여 브래그 각도의 약 ±0.5도 내에 있을 때 성취된다. 레이저 빔이 다수의 IR 파장 성분을 가지는 일부 실시예에서, 입사각(114)은 바람직하게는 브래그 각도의 약 ±0.4도 내에 있고, 더 바람직하게는 브래그 각도의 약 ±0.1도 내에 있으며, 물론 가장 바람직하게는 브래그 각도이다. 레이저 빔이 다수의 UV 파장 성분을 가지는 일부 실시예에서, 입사각(114)은 바람직하게는 브래그 각도의 약 ±0.2도 내에 있고, 더 바람직하게는 브래그 각도의 약 ±0.05도 내에 있으며, 물론 가장 바람직하게는 브래그 각도이다.
다시 도 16을 참조하면, 빔-분할 광학 요소(120)는 그 자체가 추가적인 AOM(60)일 수 있다. 일부 실시예에서, 진폭-제어 AOM(60)은 고차 빔 또는 반대의 1차 빔이 레이저 출력 검출기(122)로 향해지는 경우 빔-분할 광학 요소(120)로서 사용될 수 있다. 기술자라면 추가적인 레이저 출력 검출기(122){및, 필요한 경우, 빔-분할 광학 요소(120)}가 진폭 모니터링 및 제어를 위한 추가 정보를 제공하기 위하여 AOM(60)의 업스트림에서 빔 경로(72)를 따라 위치될 수 있다는 것을 더 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 빔-분할 광학 요소(120) 및 레이저 출력 검출기(122)는 진폭 정정이 빔 경로(72a) 내의 다른 성분들에 의해 야기되는 진폭 이탈을 보상할 수 있도록 빔 경로를 따라 다른 다운스트림 위치에 위치될 수 있다. 레이저 출력 검출기(122)는 기술 실무자에게 알려져 있으며 많은 레이저 응용에서 사용되고 있다. 그러나 레이저 출력 검출기(122)는 시스템 제어기(62)로 직접 또는 간접적으로 신호(124)를 보내도록 적응될 수 있으며, 시스템 제어기(62)는 정정 신호를 RF 구동기(66)로 보내거나 또는 RF 구동기(66)에 전달된 기존 진폭 또는 주파수 제어 신호를 조정할 수 있다.
따라서 하나 이상의 AOM(60)이, 주파수 제어 기법과 함께 또는 없이, 높은 갱신율에서 펄스 진폭 안정성을 증가시키기 위하여 폐쇄 루프 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 진폭 또는 주파수 조정은, 레이저 출력 있어서의 레이저 드리프트 및/또는 열적 불안정성, 및/또는 AOM(60)의 변덕스러운 RF-유도 가열에 대해 레이저 펄스 에너지를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. AOM(60)에 인가된 RF 신호는 하나 이상의 이전 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지에 관한 정보에 응답하여 임의의 주어진 레이저 출력 펄수의 진폭 또는 에너지에 영향을 끼치기 위하여 변조될 수 있다. 다수의 (예컨대 수십, 수백, 또는 수천의) 연속적인 펄스들로 된 하나의 연속 스트링 내의 임의의 주어진 연속적인 레이저 출력 펄스들의 진폭 또는 에너지는 종래 응용가능한 레이저 기계 가공 시스템의 펄스-대-펄스 에너지의 전형적인 7% (또는 더 많은)보다 적게 변동하도록 제어될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 펄스-대-펄스 에너지 변동은 약 3% 보다 작을 수 있거나 또는 심지어 약 0.5% 내지 1%보다도 더 작을 수 있다. 이러한 펄스-대-펄스 에너지 안정성은 고체 고조파 레이저, 특히 UV 파장을 생성하기 위하여 사용되는 레이저를 사용하는 실시예에 대하여 특히 유용하다.
주파수 제어의 추가 이점 때문에, 펄스 진폭 안정성은 광범위한 시간 스케일 상에서, 레이저(64), AOM(60) 자체에서의 열적 변동, 또는 그 외 선형적인 또는 잠재적으로 비선형적인 이벤트와 같은 다양한 이벤트에 의하여 야기되는 에너지에서의 레이저 변동 효율을 제한하면서 성취될 수 있다. 복수의 변환기들은 또한, 이후 기술되는 바와 같이 회절 효율을 증가시키기 위하여 동일 빔 축을 변조시키기 위하여 사용될 수 있다.
도 17은, 도 16에서 도시된 레이저 시스템(50e)의 실시예에서와 같이, AOM(60)을 사용하는 폐쇄 루프 에너지 제어를 통하여 성취가능한 예시적인 진폭 안정성을 보여주는 진폭 대 시간의 그래프이다. AOM(60)으로 가는 RF 전력의 진폭을 변경하기 위하여 피드백이 사용되며, 이에 의해 작업 대상(80)으로 가는 고차 광 경로(72a)를 따라 전파하는 전송 에너지를 변경시킨다.
AOM 응용의 다른 예에 있어서, 도 18은 횡단하는 데카르트 축 내에서 작업 대상(80)의 표면 상의 빔 위치지정에 영향을 끼치기 위하여 2개의 익스트라캐비티 AOM(601 및 602){총칭해서 AOM(60)라 한다}을 사용하는 레이저 시스템(50f)의 개략도이다. 바람직한 실시예에서, AOM(60) 중 하나는 X축을 따른 움직임을 제어하고 다른 것은 Y축을 따라 움직임을 제어하여, 작업 대상(80)의 표면 상에서 X 및 Y 로 레이저 빔의 각도 조정의 완전한 범위를 제공할 것이다. 도 18에서, 제 1 AOM(601)은 X축으로 변조하고 제 2 AOM(602)은 Y축으로 변조하는 것이 도시되지만, 기술자라면 순서 또는 위치지정이 반대로 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 또한, AOM(601 및 602) 중 어느 하나 또는 둘 모두, 그리고 특히 AOM(602)의 크기는 더 큰 수용각을 허용하기 위하여 증가될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
AOM(601 및 602)은 바람직하게는, 앞서 기술된 실시예들 중 임의의 것에서와 같이, 변환기(70)에 전달된 RF 전력의 진폭 및/또는 주파수를 가변적으로 제어할 능력을 가진 별도의 각각의 RF 구동기(661 및 662)에 의하여 구동되며, 따라서 작업 대상(80)에서의 출력 빔의 진폭 및 위치는 정확하게 제어될 수 있다. RF 구동기 주파수가 매우 고속으로 조정될 수 있기 때문에, AOM(60)은 원하지 않는 위치 에러 효과를 조정하여 제거하기 위하여 선형 효과를 특징으로 하는 룩업 테이블을 사용하여 개방 루프 스캐닝 시스템에서 실시간으로 빔을 조정하는데 사용될 수 있다.
도 19는 2 W에서 50 MHz까지 구동되는 RF 구동기에 응답하는 예시적인 AOM(60)의 예시적인 위치지정 및 편향 각 범위를 도시하는 개략도이다. AOM(60)이 집속 렌즈(78)로부터 약 40 ㎜의 예시적인 높이에 위치 지정되고, 집속 렌즈(78)는 작업 대상(80)으로부터 약 40 ㎜의 예시적인 높이에 위치 지정되며, 약 96 mrad 또는 5.5 도의 θ(theta)에 대한 총 편향각을 가정하는 경우, 작업 대상(80)에 대한 유효 스캔 크기가 적어도 X 및/또는 Y로 4 ㎜ 스캔 필드가 나온다는 것을 보여주도록 계산될 수 있다.
각 해상도에 관해서는, 일 실시예에서, RF 전력에 대한 DDS 구동기의 출력은 다음 방정식 즉 수학식 1에 의해 설정된 이론적인 해상도를 허용하는, 1 Hz의 매우 작은 증가분으로 설정될 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00002
예컨대, 355 ㎚의 파장과 650 m/s의 음향 속도를 사용하면, 음향파의 1 Hz 주파수 변화에 관련된 각도 변화는 2.73-10도이다. 그러나 이러한 해상도는 실질적으로 주파수를 분해하는 시스템의 기계적인 한계 때문에 비실제적일 수 있다. 따라서 일부 실시예에 있어서, 제어를 위한 값의 범위는 4.1-6도, 또는 동격인 0.72 마이크로 라디안의 최소 해상도 스텝에 의해 특정될 수 있는데, 이는 주파수에서 15 KHz 스텝 크기와 동격이다. 약 50 밀리라디안의 각도 세팅을 가지는 예시적인 AOM 광 스캐닝 시스템은 각 해상도의 69,444 스텝을 제공할 것이다.
AOM(60)의 대역폭은 일차적으로 3개의 항목, 즉: RF 구동기(66)와 같은, 새 로운 주파수를 생성하기 위한 전자 디바이스로부터 이용가능한 최대 속도; 새로운 주파수의 진동을 생성하기 위한 AOM 변환기(70)의 능력; 및 새로운 음향파가 AOM(60)에서 생성되는데 걸리는 시간에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, 새로운 음향파의 형성과 관련된 이 3번째 항목이 대부분의 시간을 가지며 따라서 스캐닝 대역폭의 결정에 있어서 가장 중요하다.
특정 주파수에 대응하는 각도에 관한 하나의 방정식은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00003
여기서, νs는 매체 내에서의 음향의 속도이다.
그러면 대역폭 B는 수학식 3과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00004
여기서, D는 AOM(60)을 통과하는 레이저 빔의 폭이다.
통상적인 AOM(60)에 있어서 파라미터는 다음과 같을 수 있다:
재료 : 융해된 석영 (n = 1.46, νs = 6 km/s);
음향 : 주파수 f = 100 MHz;
광 : 1047 nm 파장; 및
레이저 빔 직경 : 12 mm.
이들 파라미터를 사용하여, 스캐닝 시스템 내의 하나의 예시적인 AOM(60)은 수용가능한 각도에서 약 500 kHz까지 이르는 대역폭을 가질 것이다. 대비하면, 전형적인 갈바노미터 대역폭은 약 4 kHz이고 고속 조정 미러를 사용하여 약 12 kHz까지 상승될 수 있다. 갈바노미터 스캐너의 일차적인 한계는 질량을 움직임으로써 생성되는 관성과 움직임의 공진이다. AOM(60)은 이러한 질량-관련 효과를 초래하지 않으므로, 그 대역폭은 100배 더 높게 올라갈 수 있다.
도 20은 도 18의 AOM(601 및 602)의 일 실시예를 더 상세하게 보여주는 개략도이며, 서로 다른 축을 따라 정렬된 AOM(60)들이 2중-축 스캐닝 시스템을 제공한다. AOM(601)은 AOM(602)의 축 A에 수직하게 축 A와 접촉하는 위치에 설정된다. 따라서 AOM(601)로의 구동 신호의 주파수를 변화시키는 것은, 변동하는 주파수는 출사각 θX를 변동시킨다는 관계에 의하여, X 축에서 AOM(601)의 출력 각도를 변화시킬 것이다. AOM(602)로의 구동 신호의 주파수를 변화시키는 것은, 변동하는 주파수는 θY를 변동시킨다는 관계에 의하여, Y 축에서 AOM(602)의 출사 각도를 변화시킬 것이다. AOM(601, 602)는 가까이 함께 있을 수 있고 동일한 또는 상이한 주파수 및 진폭을 사용하여 독립적으로 변조될 수 있다. 이에 따라 출력 빔은 진폭에서 변화될 수 dT고 X 및 Y축 방향으로 이동할 수 있다. 빔 덤프(941 및 942)의 크기와 형상은 바람직한 스캔 필드를 수용하고 작업 대상(80)으로 원하지 않는 광의 전파를 방지 하도록 적응될 수 있다.
도 20a는 예시적인 UV 및 IR 파장에서 특정 브래그 각도로부터 스캐닝 각도 회절 효율 대 각도 변화의 그래프를 제공한다. AOM의 회절 효율을 발견하기 위한 방정식은 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00005
여기서 재료 성질은 다음 수학식 5와 같이 기술될 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00006
여기서 λ는 광 파장이고, M는 재료의 장점 수치이고, L은 변환기 상호작용 영역의 길이고, H는 변환기(70)의 높이이며, P는 인가된 RF 전력이다. 신호의 주파수 변조에 기인하는 변화는 수학식 6에서 표현된 바와 같이 ΔΦ에 의해 기술될 수 있다.
Figure 112006090707250-pct00007
여기서 ν는 재료 내 음향의 음향 속도이고, Δf는 변조에 대한 주파수 변화이고, L은 상호작용 길이이며, Λ0는 재료 내 음향의 파장이다. 수학식 5와 수학식 6을 수학식 4에 대입하면 특정 브래그 각도에 있어서 주파수에서의 변화에 대한 회 절 효율이 귀결된다. 회절 효율은, 예컨대 355 nm의 UV 파장에서 1.2도의 브래그 각도를 생성하는 75 MHz의 초기 주파수는 ±14 MHz (UV 파장에 대하여 약 ±0.175도의 스캐닝 각도 변화))만큼 변화되는 예에 대하여 도시되어 있다. 따라서 예컨대, 약 80%보다 큰 회절 효율을 유지하기 위하여, ±0.1도의 이용가능한 스캔 각도 변화를 사용할 수 있다.
1064 nm에서의 회절 효율은 또한, 파장이 감소함에 따라 허용가능한 스캑 각도가 감소하는 것을 나타내는 것으로 도시되어 있다. 사용가능한 "스캔 각도" 영역은, 시스템이 레이저 전력 처리 윈도우의 면에서 견딜 수 있는 최소 회절 효율에 의해 한정될 수 있다. 만약 큰 프로세스 윈도우가 존재한다면, 시스템은 더 큰 스캔 각도를 허용하기 위하여 더욱 많은 레이저 오버헤드 전력 예산을 가진다.
도 18 내지 도 20을 다시 참조하면, 만약 하나 이상의 추가 AOM(60) (또는 FSM과 같은 다른 이동가능 디바이스)가 각각의 축에 대하여 스캐닝 AOM(601) 및/또는 AOM(602)의 전면에 위치하고 있다면, 인입 브래그 각도 조건은 스캐닝 AOM(60)의 스캐닝 범위를 증가시키도록 선택될 수 있는 제 2의 브래그 각도 또는 복수의 브래그 각도를 제공하도록 이동될 수 있다.
도 20b는 주어진 데카르트 또는 작업 대상 축 내에서 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 직렬로 연결된 AOM(60x1 및 60x2)를 사용하는 AOM 스캐닝 시스템을 보여주는 개략도이다. 도 20b를 참조하면, 업스트림 AOM(60x1)은, 그 0차 출력이 다 운스트림 AOM(60x2)에 대하여 브래그 각도를 성취하도록 빔 경로(72)를 따라 (바람직하게는 그 브래그 각도에서) 위치될 수 있다. 이 경우 업스트림 AOM(60x1)의 1차 출력은 다운스트림 AOM(60x2)에 대한 제 2 브래그 각도를 위해 설정될 수 있다. 이 빔-위치지정 범위의 확장은, 도시된 바와 같고 이후 도 23c에 관하여 기술되는 바와 같이 분리된 AOM(60x1 및 60x2)를 사용하는 대신 다수의 변환기를 구비하는 하나의 AOM(603)을 통해서도 역시 성취될 수 있다.
일 예에서, 업스트림 AOM(60x1)은 1차 빔을 1.2도만큼 이동시키고 다운스트림 AOM(60x2)는 효율에서 큰 손실없이 인입 빔을 추가적인 0.2도 만큼 이동시킨다. 도 20c는 예시적인 UV 및 IR 파장에서 직렬로 연결된 동일 축-변조 AOM(60)들로부터 귀결되는 스캐닝 각도 회절 효율 대 각도 변화의 그래프를 제공한다. 도 18 내지 도 20c를 참조하면, 동일 축 변조를 위한 직렬로 연결된 AOM(60)들을 사용하는 것은 업스트림 AOM(60x1) 또는 그 외 다른 디바이스의 스캔 각도의 확장에 의하여 정해지는 것과 같이 다운스트림 AOM(60x2)의 스캔 각도를 확장시킬 수 있다. 업스트림 브래그 조정 디바이스로서의 AOM(60x1)은 하나의 단일 AOM(60) 만을 사용하는 것보다 더 큰 스캔 각도를 제공할 수 있고, 대부분의 레이저 반복률보다 더 높은, 즉 100 kHz보다 더 큰 대역폭에서 성취될 수 있다. 기술자라면 심지어 작은 AOM 스캐닝 범위 향상일지라도 브래그 효율 팩터가 다소 제한적일 수 있는 UV 파장의 경우 특히 유익할 것임을 이해할 것이다.
업스트림 브래그 조정 디바이스로서, FSM 또는 갈바노미터 시스템과 같은 더 느린 디바이스는 다운스트림 AOM(60x2)의 스캔 각도를 더욱 크게 확장시킬 수 있지만, 총 속도 성능은 이러한 업스트림 위치지정 장치의 대역폭에 의하여 제한된다. 이러한 느린 업스트림 브래그 조정 디바이스는 그럼에도 불구하고, 특히 브래그 효율이 떨어지게 야기하는 레이저 빔 위치지정에 있어서의 느린 오프셋을 보상하기 위하여 각도 이동을 시키는데 있어서는 유용할 수 있다. 예컨대 다운스트림 AOM(60x2)이, 집속 렌즈(78)를 통과하는 레이저 빔 기울기가 약간 벗어나게 야기함으로써 예시적인 링크 절단 시스템에서 정밀도 문제를 야기하는 레이저 광학 시스템에서의 불안정성을 정정하기 위하여 사용된다면, 이러한 작은 정정은 AOM(60x2)을 사용하여 매우 빠르게 될 수 있어, 작은 열적 효과 및 그 외 효과로부터 야기되는 포인팅 드리프트를 거의 제거할 수 있다. 그러나 수일 후 또는 잠재적으로 수주 후에, 처음 눈금조정(calibration)으로부터의 오프셋은 AOM(60x2)의 입사면에 대한 입사각의 면에서 클 수 있어, AOM(60x2)을 통해 효율에서의 손실을 야기할 수 있다. 이 문제에 대한 하나의 해결책은, AOM(60x2)의 정확한 브래그 조건을 조정하여 이를 통한 효율의 최대화를 허용하도록 인입 빔을 조정(또는 눈금조정)할 수 있는 (더 큰 조정 각도가 필요하거나 또는 더 느린 조정 시간이 충분할 수 있는 경우) 더 느린 업스트림 브래그 조정 디바이스를 포함할 것이다. 이러한 AOM(60x2) 이전의 AOM(60x1) 느린 업스트림 브래그 조정 디바이스없이는, 눈금조정은 디바이스를 수동으로 {또는 잠재적으로 AOM(60x2) 아래에 있는 수동으로 또는 전자 수단으로 이동가능한 기계적인 스테이지를 통해} 정밀 위치지정하는 것을 필요로 할 수 있다.
기술자라면 업스트림 브래그 조정 디바이스가 큰 범위에 걸쳐 가변적으로 제어될 수 있거나 또는 단지 다운스트림 AOM(60x2)의 효율적인 브래그 각도를 충분히 만족시키는 2개 이상의 특정 각도 사이에서 스위치로서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제 3의 직렬로 연결된 AOM(60)(또는 그 외 다른 빔 조정 디바이스, 미도시됨)는 또한 2개의 브래그 조건 사이에서 이동할 때 동공(pupil)의 이동에 대한 정정을 위하여 사용될 수 있다. 기술자라면 또한, 직렬로 연결된 동일-축 AOM(60)(또는 그 외 다른 업스트림 브래그 조정 디바이스)가 AOM 스캐닝 시스템의 어느 하나의 축 또는 두개의 축 모두를 따라 스캔 범위를 향상시키기 위하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 또한, 이후 기술되는 바와 같이, 변환기(70)에 인가된 RF 신호의 진폭은 AOM(60x1 및 60x2) 중 어느 하나에서 출사각의 이동에 의해 야기되는 브래그 효율로부터의 이탈을 보상하기 위하여 조정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 21은 펄스 에너지, 진폭, 및 작업 대상(80)의 표면에서의 레이저 빔 위치의 폐쇄 루프 제어를 제공하기 위하여 익스트라캐비티 AOM(601 및 602), 2개의 빔-분할 광학 요소(120a, 120b), 하나의 에너지 및 진폭 검출기(122), 및 위치-감지 검출기(130)를 사용하는 레이저 시스템(50g)의 개략도이다. 빔 정렬은 많은 처리 동작의 결과에, 특히 마이크론이하의 정밀도가 필요할 때, 중요할 수 있다. 빔 정렬은 기계적인 운동, 진동 또는 광 매체 중 임의의 것에서의 열적 변동, 및/또는 그 외 다른 빔 워크 기여자들과 같은 다양한 팩터에 의해 영향을 받을 수 있다. 폐쇄 루프 AOM 빔-위치지정 제어는 이러한 팩터에 의해 야기되는 빔 오정렬과 제품 손실을 감소시킬 수 있다.
AOM RF 전력의 주파수 제어를 이용하여 각도 정정을 구현함에 있어서, 각도가 브래그 조건을 수용하는 각도보다 더 높아지거나 또는 더 낮아질수록 1차 빔의 회절 효율은 작아질 것이다. 브래그 조건에 의해 정의되는 각도는 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112006090707250-pct00008
여기서 θB는 인입 광의 입사각이고, λ는 광의 파장이며, Λ는 AOM 매체 내의 음향의 파장이다.
만약 변환기(70)의 주파수가 수정되면, 음향파의 파장이 수정되어, 브래그 방정식을 만족하는 브래그 각도가 변화하도록 야기할 것이다. 이런 경우, 반사율 또는 회절 효율은 수학식 8과 같은 관계를 가지고 떨어질 것이다.
Figure 112006090707250-pct00009
여기서 L은 음향과 광의 상호작용의 길이(또는 광 빔의 직경)이다.
이 sin c 함수는 레이저 기계 가공 동작에서는, 처리에 전형적으로 고 효율이 요구되기 때문에, 사용가능한 각도를 제한한다. 그러나 레이저 전력 또는 에너지의 과예산이 각도 제어 동안의 효율 저하 뿐만 아니라, 시스템의 에너지 또는 진폭을 고조파화하는 것을 고려하도록 집행될 수 있다. 예컨대 TeO2 AOM 결정을 이용할 때, 2 mm 빔 직경을 가진 1064 nm 레이저에 대하여 2 W 보다 더 큰 RF 전력 및 650 m/s의 음향 속도를 사용하여 60 ~ 80 MHz에서 동작시키는 것은, 0의 효율이 1차 빔으로 회절되기 이전에 대략 50 밀리라디안의 최대 허용가능한 각도를 제공한다.
광학 시스템에서 천이에 대한 정정을 하기 위한 레이저 빔 정정 응용에 있어서, 예컨대 적어도 ±0.5 밀리라디안의 각도 범위가 바람직하다. 만약 브래그 조건에서 AOM(60)의 효율이 80%라면, 브래그 조건으로부터의 이탈은 대략 0.8%의 1차 빔에 대한 효율 손실, 즉 79.2%의 새로운 1차 회절 효율로 귀결될 것이다.
이러한 경우, 일부 추가적인 레이저 에너지를 허용하기 위한 레이저 전력 예산이, 각도 정정에 기인하는 이러한 초과 손실을 위해서 뿐만 아니라 레이저 천이, 열적 효과, 또는 그 외 광학 트레인 내의 다른 교란에 대한 진폭 정정에 대해서도 허용하기 위하여 집행될 수 있다. 이에 따라, AOM(60)에 대한 RF 전력은 Emax 의 최대 레이저 에너지를 출력하도록 브래그 조건에서 더 낮은 레벨로 세팅될 수 있는 바; 가능한 숫자는 본 예에서 75% 효율의 동격 에너지이다. 이렇게 하여, 5% 효율 의 총 제어 예산이 진폭 조정 및 각도 보정을 위해 사용하기 위해 이용가능할 수 있다. 각도가 브래그 조건으로부터 +0.5 밀리라디안으로 조정되면, 효율은 79.2%로 떨어질 것이지만, RF 진폭은 각도 정정에 기인하는 감소된 효율을 오프셋시키기 위하여 0.8%만큼 증가될 수 있다. 이 예에 있어서, 4.5%의 추가 오버헤드 여유가 바람직할 수 있는 그 외 다른 진폭 정정을 위해 여전히 이용가능할 것이다.
이렇게 하여, 변환기(70)로 인가된 RF 신호의 진폭은, 정상적인 빔 위치에 충돌할 브래그 각도에서의 빔 경로(72)로부터 정상적인 빔 위치로부터 오프셋된 바람직한 빔 위치에 충돌하도록 빔 경로(72)를 향하게 하는 위치지정된 각도로, 출사각의 이동으로부터 귀결되는 브래그 효율에서의 이탈에 대해 보상하도록 조정될 수 있다. 브래그 효율 진폭 보상 정보는 특정한 특징을 가지는 각 AOM(60)에 대하여 수학적으로 및/또는 실험적으로 결정될 수 있다. 보상 데이터는 룩업 테이블에 배치될 수 있거나 또는 sin c 함수에 기초하는 알고리즘과 같은 알고리즘에 의하여 제공될 수 있다. 브래그 효율 진폭 보상 정보는 레이저 시스템 제어기(62)로부터 또는 중간 제어기나 별도의 제어기로부터 RF 구동기(66)에서 구현될 수 있다.
브래그 효율 보상은 작업 대상(80)의 표면 상에서 각각의 X 및 Y축에 대한 진폭 정정에 영향을 미치기 위하여 AOM(601 및 602) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 대해 실시될 수 있다. 유사하게 브래그 효율 보상은, 이후 기술되는 바와 같이, 횡으로 또는 직각으로 위치 지정된 변환기(70x 및 70y)(도 24) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 대해 실시될 수 있다.
도 21을 다시 참조하면, 진폭 검출기(122) 및 위치-감지 검출기(130)로부터의 신호는 레이저 시스템 제어기(62)로 및/또는 직접적으로나 간접적으로 X 및 Y RF 구동기(661 및 662)로 피딩될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 빔-분할 요소(120) 및 위치-감지 검출기(130)는 각각의 AOM(60) 이후에 사용될 수 있다. 심지어 빔-분할 요소(120)는 AOM(60) 중 하나 또는 둘 모두의 출력 면에 직접 부착될 수도 있다.
이들 피드백 제어 시스템을 위한 피드백 방법은 기계적인 회전의 커패시턴스 검출로부터 레이저 스폿을 검출하기 위한 위치-감지 전자장치까지 변화한다. 위치-감지 검출기(130)의 전자장치는 AOM(60)의 각도 위치를 정확하게 검출할 수 있다는 면에서 AOM 성능에 대한 한계 팩터일 수 있다. 따라서 기술 실무자에게 알려져 있는 다른 폐쇄 루프 시스템 구성부품 및 기법이 사용될 수 있다.
폐쇄 루프 제어 시스템에서 위치-감지 검출기(130)의 대역폭은 전자장치로부터의 잡음을 감소시킴으로써 위치 정확도를 향상시키기 위하여 필터링 기법을 사용할 수 있다. 바람직한 정확도가 극도로 높은 경우, 매우 높은 잡음 감소가 이용될 수 있지만, 위치-감지 검출기(130)의 대역폭은 필터링에 기인하여 제한될 수 있다.
제어 시스템의 계수는 바람직한 총 시스템 대역폭보다 더 큰 속도로, 그러나 AOM 갱신의 매 사이클 마다는 아니게, 갱신될 수 있다. 이 갱신 파라미터는 시스템의 바람직한 정확도 및 바람직한 대역폭에 종속하여 설정될 수 있다. 예시적인 시스템은 다음의 파라미터를 가질 수 있다.
AOM 대역폭 = 250 kHz;
바람직한 시스템 대역폭 = 25 kHz; 및
위치-감지 대역폭 (필터링 이후) = 250 Hz.
이 경우 AOM 제어 파라미터는 시스템의 매 100 사이클 마다 갱신되어, 최고 250 Hz까지 제어될 천이의 검출을 허용하며 또는 25 kHz의 총 시스템 성능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 앞서 기술된 기법들 중 임의의 것에 의한 AOM(601 및 602)의 매우 빠른 주파수 갱신 및 조정 속도를 통하여, 폐쇄 루프 제어 시스템은 실시간으로 동작 중에 정렬 내에서 미세 조정을 할 수 있다.
도 22는 AOM(60)의 매체를 통해 전파하는 음향파의 방향을 선택할 수 있게 하기 위하여 중첩된 변환기 변조 영역(116)를 가지는 적어도 2개의 변환기(70A, 70B){총칭하여 변환기(70)라 한다}를 사용하는 AOM(603)의 개략도이다. 변환기(70A)는 경로(72B)를 따라 주파수 다운이동된 광의 반사를 생성하고 변환기(70B)는 마찬가지로 경로(72B)를 따라 주파수 업이동된 광의 반사를 생성한다. 동일 주파수에서 그리고 바람직하게는 위상-동기화된 주파수에서 사용된 때에, 이들 신호는 회절광의 효율에서 작은 크기의 이득을 생성할 수 있다. 추정된 효율 이득은, 파장 및 그 외 다른 전형적인 레이저 파라미터에 종속하여, 약 1% 에서 약 15% 이상까지의 범위를 가질 수 있다.
변환기(70A 및 70B) 중 오직 하나만이 주어진 시간에 활성화될 수 있거나, 또는 변환기(70A 및 70B) 둘 모두가 주어진 시간에 활성화될 수 있다. 기술자라면, 각 변환기(70)가 이전에 기술된 AOM 변조 기법들 또는 실시예들 중 임의의 것에 따라 동일 또는 서로 다른 주파수에서 동일 또는 서로 다른 RF 구동기(66)(미도시됨)에 의해 구동될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 만약 변환기(70A 및 70B)가 서로 다른 주파수에서 동작한다면, 디바이스 내에서 다수의 회절을 야기하여, 주파수에서의 차이에 의해 한정되는 각도에 의해 분리된 2개의 별도의 빔을 형성할 수 있게 하는 가능성이 있다. 변환기(70A 및 70B)는 또한 하나의 단일 변환기(70)에만 이용가능한 스캔 각도 해상도를 증가시키기 위하여 약간 서로 다른 위상으로 동시에 동작될 수도 있다. 적어도 2개의 변환기(70A 및 70B)는 또한 또는 대안적으로 유사한 장점을 성취하기 위하여 AOM(603)의 동일한 면 상에 위치될 수 있다. 이들 실시예들은 각각의 축에 대하여 배향된 AOM(60)들에도 적용될 수 있다.
만약 변환기(70A 및 70B)가 서로 다른 크기를 가지면, 변환기(70) 중 하나가 다른 하나보다 더 높은 주파수를 생성하는 것을 허용할 서로 다른 주파수 구동기들을 잠재적으로 허용할 수 있다. 수학식 7을 다시 참조하면, 브래그 각도는 변환기(70A 및 70B) 중 어느 하나의 음향 주파수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 전통적인 변환기(70)는 0.7도 내지 4도의 브래그 각도에 대하여 50 MHz 내지 250 MHz의 범위에 있다. 250 MHz보다 더 큰 주파수는 전형적으로 더 작은 변환기 및 더 높은 주파수에서 이들을 구동시킬 성능을 가진 RF 전력 생성기를 요구한다. 바람직한 때에 두 변환기(70A 및 70B)보다 더 작은 것을 사용하는 것은 인입 빔에 대하여 더 큰 브래그 각도의 형성을 허용(또한 따라서 더 큰 1차 출사각을 허용)하여, 잠재적 으로 0차로부터의 분리를 더 크게(그리고 빔 덤프(94)의 배치를 더 쉽게) 만들며, 이에 따라 작업 대상(80)으로 가는 1차 빔의 전파를 더 쉽게 만들 것이다. 바람직한 때에 두 변환기(70A 및 70B)보다 더 큰 것을 사용하는 것은 더 큰 브래그 각도가 바람직하지 않을 때마다 더 큰 회절 효율을 허용할 것이다. 유사하게 2개의 더 작은 주파수 및 위상-동기화된 변환기(70A 및 70B)는, 응용 및 시스템 구속조건이 더 큰 브래그 각도를 필요로 하는 경우, 단일의 더 작은 변환기(70)를 넘어서 회절 효율을 확장시키기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시예들은 AOM 스캐닝 시스템에 더 많은 다기능을 추가할 것이다.
도 22a는 AOM 입사면에 수직인 빔의 방향을 틀기 위하여 AOM(60)의 매체를 통해 진행하는 음향파의 방향을 선택할 수 있도록 허용하는 적어도 2개의 변환기(70A 및 70B)를 사용하는 AOM(603)의 개략도이다. 도 22와 관련해서 논의된 바와 같이, 본 실시예는 회절 효율을 증가시키기 위해서, 더 높은 결합된 주파수를 제공함으로써 회절 각도 범위를 증가시키기 위해서, 또는 서로 다른 크기의 변환기(70)를 사용함으로써 다기능성을 증가시키기 위하여 이용될 수 있다. 기술자라면 또한 입력 빔(72)이 변환기(70)들 중 어느 하나에 더 근접할 때, AOM(603)의 응답 시간은 약간 증가할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 23a 및 도 23b는 중첩된 변환기 변조 영역(116) 내에서 AOM(60)에 대해 서로 다른 주파수를 전파하는 적어도 2개의 변환기(70A 및 70B)의 효과를 예시하는 개략도이다. 도 23a는 변환기(70A 및 70B)가 동시에 "ON"일 때 AOM(60)을 통해 전 파하는 예시적인 서로 다른 주파수를 보여주며, 도 23b는 2개 소스의 조합인 AOM(60) 내부의 회절을 생성하는 잠재적인 예를 보여준다.
변환기(70) 둘 모두가 "ON"이고 제 1 변환기(70A)가 제 2 변환기(70B)의 주파수보다 2배의 주파수를 제공하는 것과 같은, 특정한 예시적인 경우에 있어서, AOM(60)의 매체 내에서 두 주파수의 회절 조합은 (변환기의 기계적인 한계 및 RF 전력 증폭기의 전기적 한계에 기인하는) 독립적인 AOM RF 구동기(66)들 각자 스스로 생성할 수 있는 주파수 한계 및 변환기(70) 중 어느 하나가 스스로 생성할 수 있는 주파수 한계를 넘어설 수 있다. 이러한 주파수 조합은 단일 변환기(70)를 구동하는 단일 RF 구동기(66)를 사용하는 실시예에 이용가능한 것보다도 더 높은 각도 빔-위치지정 해상도 또는 더 높은 브래그 각도를 성취하는 것으로 귀결될 수 있다. 기술자라면 일부 실시예에 있어서 변환기 변조 영역(116)들이 중첩되는 것이 아니라 평행하도록 변환기(70)가 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 실시예에 있어서, 변환기(70)는 둘 모두 동일면 상에 또는 대향 면들 상에 있도록 위치될 수 있다.
적어도 2개 이상의 변환기(70A 및 70B)는 또한 동일 빔으로부터 다수의 파장을 회절시키기 위해 사용될 수 있다. 도 22를 다시 참조하면, 예컨대 레이저(64)에 의하여 고조파가 생성되는 때와 같이, 인입 레이저 빔(72)은 다수의 파장을 포함할 수 있다. 예컨대, 만약 레이저 빔(72)이 제 3 고조파 생성 기법을 사용하여 1064 nm로부터 생성된 355 nm의 파장을 가진다면, 레이저 빔(72)은 355 nm뿐만 아니라 710 nm로부터의 에너지도 포함할 수 있다. 이러한 경우, AOM(603)은 브래그 방정식 즉 수학식 7을 만족시키는 특정 파장만을 허용하는 파장 선택기로서 행동할 수 있다. 따라서 제 1 변환기(70A)에 대해 선택된 주파수가 355 nm 파장의 브래그 회절로 귀결되는 주파수로 설정되면, 빔의 710 nm 부분은 회절되지 않고 0차 경로(72A)를 따라 이동할 것이다. 기술자라면, 다수의 선택된 파장을 가지는 레이저 출력을 사용하는 것은 몇몇 레이저 응용에서 유용하며, 따라서 두 파장 모두가 작업 표면을 향해 이동하게 하는 방법이 바람직할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 제 1 변환기(70A)가 제 1 파장에 대하여 브래그 방정식을 만족하도록 설정하는 것에 추가하여, 기술자라면 제 2 변환기(70B)를 제 2 파장에 대하여 브래그 방정식을 만족하고, 두 파장이 1차 경로(72B)에서 전파하도록 설정할 수 있다.
도 23c는 하나의 단일 데카르트 축에서 빔-분할 범위를 확장시키기 위하여 서로에 대하여 서로 다른 각도에서 위치 지정된 적어도 2개의 변환기(70)의 효과를 예시하는 개략도이다. 도 20 내지 도 20c 및 도 23a 내지 도 23c를 참조하면, 제 2 변환기(70B)는 제 1 변환기(70A)에 대하여 경사각(132)에 위치 지정되고, 각자의 변환기 변조 영역(116b, 116a)은 서로 평행하지 않지만 동일 평면 내에서 빔 경로(72)를 횡단하여, 이들은 동일한 데카르트 축에서 출사각 또는 회절각을 변조한다. 변환기(70A 및 70B)는 각자의 변환기 변조 영역(116a 및 116b)가 중첩되지 않도록 위치 지정되는 것이 바람직하지만, 중첩도 허용가능하며 몇몇 상황에서는 바람직할 수도 있다.
기술자라면 만약 적절한 경사각(132)이 제공된다면 제 2 변환기(70B)가 대안적으로 반대 변환기 표면(138) 상에 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나 제 2 변환기(70B)의 경사각(132)은, 제 2 변환기(70B)의 회절 차수가 제 1 변환기(70A)의 회절 차수에서 오프셋되어 AOM(603)의 동일한 측부를 따라 가까이 인접하여 변환기들이 위치 지정되는 것을 허용하도록, 선택될 수 있다.
일부 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 변환기 변조 영역(116a)은 빔 입사면(52)에 평행하며, 제 2 변환기 변조 영영(116b)은 빔 출사면(54)에 평행하고, 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)은 평행하지 않다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 변환기 변조 영역(116) 중 하나가 빔 입사면(52) 및 빔 출사면(54)에 평행하고, 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)은 평행하다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 변환기 변조 영역(116) 중 하나가 빔 입사면(52)에 평행하고, 빔 출사면(54)은 90도와 90도 ±경사각(132)의 평균인 각도에 있거나 또는 90도 및 90도±경사각(132) 사이의 어떤 다른 각도에 있을 수 있다. 대안적으로, 빔 입사면(52)은 제 1 변환기 변조 영역(116a)에 대하여 각도를 가지고 있으며, 빔 출사면(54)은 제 2 변환기 변조 영역(116b)에 평행할 수 있다.
AOM(603)은, AOM 재료에 따라, 변환기 표면(136b) 또는 인접하는 표면(136a)을 원하는 각도로 브로칭(broaching) 또는 밀링(milling)함으로써, 각도 컷(angle cut) 되어 제 2 변환기(70B)를 위한 경사각(132)을 제공할 수 있다. 이들 기법은 정밀한 표면을 성취하기 위한 다른 기법들과 함께 광학 재료/디바이스 산업에서 알 려져 있다. 비록 변환기 표면(136b)이 변환기 표면(136a)으로부터 바깥쪽으로 확장된 것으로 도시되었으나, 기술자라면 변환기 표면(136b)이 만약 동일한 경사각(132)에 의해 안쪽으로 확장된다 해도 적절하게 기능할 것임을 이해할 것이다.
대부분의 실시예에서, 경사각(132)은 전형적으로 5도보다 더 크지 않은 작은 각도이며, 바람직하게는 약 2.5 내지 3도 보다 더 적다. 대부분의 실시예에서 경사각(132)은 전형적으로 약 0.1도보다 더 크며, 바람직하게는 0.3도 또는 0.5도보다 더 크다. 도 23c는 약 1도의 예시적인 경사각(132)을 도시하고 있다.
AOM(603)은 바람직하게는 빔 경로(72) 상에 위치 지정되는데, 빔 경로(72)는 빔 입사면(52) 또는 제 1 변환기 변조 영역(116a)에 대하여 브래그 각도이거나 브래그 각도와 근접한 입사각(114) 즉, 입사각(114a)에서 AOM(603)에 충돌한다. 기술자라면 제 1 변환기(70A)에 인가되는 RF 신호의 주파수는 정렬에서의 약간의 의도하지 않은 이탈을 보상하기 위하여 조정되거나 눈금조정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
빔 경로(72a1) 또는 그와 연관된 (아래로는 최소의 바람직한 브래그 효율까지의) 스캔 범위(134a1)에 따라 스캐닝이 원해질 때마다, 제 1 변환기(70A)는 브래그 조건을 만족시키거나 또는 대략적으로 만족시키는 주파수의 RF 신호에 의해 활성화되어, 빔 경로(72)는 스캔 범위(134a1) 내에서 바람직한 출사각(118a1)으로 회절되고, 빔 경로(72a1)는 그 정상적인 또는 원래의 빔 위치로부터 이동된 바람직한 빔 위치(142)(도 27)에서 작업 대상(80)에 충돌하게 된다. 제 1 변환기(70A)에 인가된 RF 신호의 주파수는 스캔 범위(134a1) 내에서 바람직한 출사각(118a1)을 결정하도록 조정될 것이고, 또한 제 1 변환기(70A)에 인가된 RF 신호의 진폭도 빔 전력 또는 에너지를 제어하기에 바람직한 진폭으로 조정될 것이다. 더 나아가, 빔 경로(72a1) 또는 그와 연관된 스캔 범위(134a1)에 따라 스캐닝이 원해질 때마다, 바람직하게는, 제 2 변호나기 변조 영역(116b)가 일반적으로 빔 경로(72a1)의 출사각(118a1)에 영향을 미치지 않도록 제 2 변환기(70B)로 RF 신호가 인가되지 않는다. 그러나 일부 실시예에서는, 제 2 변환기(70B)에 의해 생성된 1차 또는 더 고차 빔 경로가 빔 경로(72a1)와 정렬되도록 경사각(132)을 설정하는 것이 바람직할 수 있고, 이 경우 제 2 변환기(70B)는 최고 진폭에서 그리고 브래그 조건에 합치되는 RF 주파수에서 구동될 것이다.
스캔 범위(134a1)를 넘어서 그리고 변환기(70A, 70B)의 협력적인 동시 동작으로부터 귀결되는 스캔 범위(134a2) 내에서 스캐닝이 원해질 때마다, 변환기(70A 및 70B)는 각자의 브래그 조건을 만족시키거나 대략 만족시키는 각각의 주파수에서 각각의 RF 신호에 의해 활성화되어, 빔 경로(72)는 스캔 범위(134a2) 내에서 바람직한 출사각(118a2)으로 회절되고, 빔 경로(72a2)는 스캔 범위(134a1)를 넘는 바람직한 빔 위치(142)에서 작업 대상(80)에 충돌하도록 협력적인 회절각(또는 협력적인 회절 전파 방향)(128a2)에서 전파하게 된다. 제 2 변환기(70B)에 인가된 RF 신호의 주파수는 스캔 범위(134a2) 내에서 바람직한 출사각(118a2)을 결정하도록 조정될 것이다. 일부 바람직한 실시예에 있어서, 제 2 변환기(70B)는 최고 진폭에서 구동될 것이고, 또한 제 1 변환기(70A)에 인가된 RF 신호의 진폭도 전력 또는 에너지를 제어하기에 바람직한 진폭으로 조정될 것이다.
비록 일부 바람직한 실시예에서 변환기(70A 및 70B)는 앞서 논의된 바와 같이 동일하며 또한 동일한 가변 제어가능 RF 구동기(66)에 의해 구동되지만, 일부 바람직한 실시예에서 변환기(70A 및 70B) 및 그와 연결된 RF 구동기(66)는 서로 다른 동작 특성 또는 파라미터를 가질 수 있다. 구체적으로, 일부 바람직한 실시예에서, 제 1 변환기(70A)는 제 2 변환(70B)와 유사한 크기이며 더 높은 주파수에서 동작하여, 제 1 변환기 변조 영역(116a)이 제 2 변환기 변조 영역(116b)보다 더 큰 브래그 각도 범위를 제공할 수 있도록 할 수 있다.
비록 스캔 각도 범위(134a1 및 134a2)는 0%의 브래그 효율까지 내려가는 범위일 수 있지만, 예시적인 스캔 범위(134)는 20%의 브래그 효율까지만, 또는 50%의 브래그 효율까지, 또는 (도 23c에 도시된 바와 같이) 80%의 브래그 효율까지 내려가도록 사용될 수 있다. 일 예에서, 도 23c에 도시된 바와 같이, 각각의 빔 경로(72a1 및 72a2)에 의해 도시된 바와 같이, 제 1 변환기(70A)에 대하여 인입 브래그 조건은 1.2도이고, 제 2 변환기(70B)에 대하여 인입 브래그 조건은 0.2도이이다.
도 23d는 빔-위치지정 범위를 확장하기 위하여 서로에 대해 경사각(132)에서 위치 지정된 2개의 변환기(70A 및 70B)를 가지는 효과를 예시하는 대안적인 실시예의 개략도이다. 도 23d를 참조하면, 일부 바람직한 실시예에서, 변환기(70A 및 70B)는 각자의 경사각(132)과 변환기 변조 영역(116)이 공통 0차 빔 경로(72b)를 제공하기 위하여 정렬되도록 위치될 수 있다.
경사각(132b) 및 변환기(70B)에 인가된 RF 신호의 주파수는, 변환기 변조 영역(116b)에 의해 제공되는 1차 빔 경로(72a2)의 스캐닝 범위(134a1)의 근처에 있거나 또는 중첩하는 스캐닝 범위(134a2)를 가지고 변환기 변조 영역(116b)으로부터 1차 빔 경로(72a2)를 제공하도록 적응된다. 이러한 예에서, 스캔 범위(134a1) 내의 출사각(118a1)이 원해질 때마다, 변환기(70A)는 원하는 주파수 및 진폭에서 변조되는 반면 변환기(70B)는 단순히 0의 브래그 효율을 제공하도록 주파수를 변경시키는 것과 같은 완전 소멸 기법들 중 임의의 것에 대하여 앞서 논의된 바와 같이 실질적으로 턴 "OFF"된다. 스캔 범위(134a2) 내의 출사각(118a2)이 원해질 때마다, 변환기(70B)는 원하는 주파수 및 진폭에서 변조되는 반면 변환기(70A)는 실질적으로 턴 "OFF"된다. 일부 실시예에서, AOM(603)를 통과하는 0차 빔 경로는 0차 빔 경로 주변의 스캔 범위(134a1)의 것과 유사한 스캔 범위를 제공하기 위하여 작업 빔 경로로서 사용될 수 있고, 경사각(132) 및 변환기(70B)에 인간된 주파수는 스캔 범위(134a1) 의 근처에 있거나 중첩하는 스캔 범위(134a2)를 제공하도록 조정될 수 있다.
경사각(132)을 가지는 제 2 변환기(70B)는 또한, 제 2 빔을 생성하기 위하여 사용될 수 있는데, 여기서 변환기(70A 및 70B)에 인가된 주파수는 2개의 분해가능한 빔 스폿을 동시에 제공하도록 구성된다. {변환기(70B)는 최고 진폭 신호를 수신하는 한편} 변환기(70A)에 인가된 RF 신호의 진폭은 두 빔 모두의 전원 내용을 제어하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 변환기(70A, 70B) 둘 모두에 인가된 진폭이 제어될 수 있다.
따라서 경사각(132)에 제 2 변환기(70B)를 사용하는 것은, 총 스캐닝 범위를 확장하는 한편 브래그 효율 구속조건에 기인한 손실을 제한하기 위하여 사용될 수 있고 또한 도 20a 내지 도 20c에 관하여 기술된 것들과 유사한 그 외 장점들을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 기술자라면 이러한 제 2 변환기(70B) 및 경사각(132)은 데카르트 축들 중 하나 또는 둘 모두에서 회절각을 제어하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 23e는 빔-위치지정 범위를 확장시키기 위하여 {변환기(70A)의 변환기 표면(136a)의 평면에 대하여} 하나의 AOM 측부에 대해 서로 다른 각도에서 위치 지정된 다수의 변환기(70)를 가지는 것의 장점을 예시하는 개략도이며, 도 23f는 도 23e를 확대한 것을 보여준다. 도 23c 내지 도 23f를 참조하면, 경사각(132)의 개념이 하나의 단일 데카르트 축을 따라 AOM(603)의 스캐닝 범위를 더욱 확장하기 위하여 직렬로 연결된 다수의 경사진 변환기(70A ~ 70F)의 사용까지 확장될 수 있다.
도 23c를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, AOM(603)에 대한 입력 빔 경로(72)는 제 1 변환기(70A)의 0차 빔 경로(72b) 및 1차 빔 경로(72a1) 사이의 바람직한 거리를 허용하기 위하여 바람직한 브래그 각도를 성취하도록 설정된다. 어느 하나의 방향에서 제 1 변환기(70A)를 미세하게 주파수 변조하는 것은, 제 1 변환기 변조 영역(116a) 내에서 변환기(70A)에 의하여 생성된 음향파로부터 회절된 1차 빔을 위한 허용가능한 스캔 각도 범위(134a1)를 제공할 것이다. 도 23e는 바람직한 최대 스캔 각도 범위(134a1)로서 대략 ±0.2도를 가진 355 nm 파장 빔 및 음향 속도 650 m/s를 사용하는 예를 도시한다. 그러나 대안적으로 ±0.1도의 예시적인 스캔 각도 범위(134a1)가 사용된다면, 브래그 조건에서 초대 0.1도 만큼 떨어진 곳에서 단지 20%의 효율 손실에 대응되는, 더 높은 회절 효율을 제공할 것이다.
범위를 확장하기 위하여, 제 2 변환기(70B)는 수학식 9와 같은 {제 1 변환기(70A)의 변환기 표면의 평면에 대한} 경사각(tilt angle)(132b)에서 경사질 수 있다.
경사각(tilt) = 인입 브래그 각도 - 분리 각도
여기서 Incoming Bragg Angle(인입 브래그 각도)은 제 1 변환기(70A)의 브래그 각도이며 Separation Angle(분리 각도)은 제 2 변환기(70B)의 스캔 각도(134)와 제 1 변환기(70A)의 스캔 각도 사이에 원하는 중첩 량을 한정한다. 이것은 도 23e 에서 회절 효율의 면에서 알 수 있다.
도 23e의 경우, 인입 브래그 각도는 1.4도로 설정되는데, 이는 650 m/s의 음향 속도, 355 nm의 광 파장, 및 제 1 변환기(70A)에 인가된 90 MHz의 RF 주파수를 가지고 AOM 재료를 사용하여 얻어진다. 만약 제 2 변환기(70B)로부터 귀결되는 회절 빔의 중첩에 있어서 0.2도의 분리가 바람직하다면, 1.2도의 경사각(132)이 사용된다. 이때 제 2 변환기(70B)에 인가된 RF 신호의 주파수는 0.2도의 브래그 각도를 생성하기 위하여 대략 12.8 MHz로 설정될 것이다. 이 주파수는 임의의 변환기(70) 또는 이들 각각의 AOM(603)에 대한 경사각(132)의 정밀 제조에 있어서 임의의 제조 허용오차를 경감하기 위한 최대 회절 효율을 발견함으로써 눈금조정될 수 있다. 제 1 변환기(70A)가 제 2 변환기(70B)의 1.2도 경사각(132b)에 의해 야기되는 제 2 변확기 변조 영역(116b) 상에 충돌하는 1.4도의 출사각(118a1)에서 출사빔을 가지도록 설정되기 때문에, 0.2도의 브래그 조건은 제 2 변환기(70B)에 대하여 합치된다. 이 경우, 만약 제 1 변환기(70A)의 스캔 각도 범위(134a1)를 넘어서는 범위가 바람직하다면, 제 1 변환기(70A)는 제 1 변환기(70A)를 위한 브래그 방정식을 만족하는 바람직한 진폭 및 RF 주파수에서 회절을 야기하기 위하여 사용된다. 이때 최종 빔 경로(72a1)는 제 2 변환기(70B)에 의하여 회절될 것이며, 제 2 변환기(70B)는 최고 진폭에서 및 작업 대상(80)에 빔 스폿을 위치지정하기 위하여 바람직한 출사각(118a2) 및 협력적인 회절각(128a2)이 성취되는 주파수에서 동작된다.
이때 이 개념은 각각의 스캐닝 각도 범위(134a3 ~ 134a6)가 바람직한 회절 효율을 가지도록 경사각(132c ~ 132f)과 변환기 변조 영역(116c ~ 116f)이 일렬로 정렬되는, 추가적인 변환기(70C ~ 70F)에 대하여 확장될 수 있다. 본 예에서, ±0.1도의 회절각이 바람직하며, 따라서 제 1 변환기(70A)에 대한 1.4도의 인입 브래그 각도와 0.4도의 분리를 사용하여 수학식 9를 만족시키기 위해서 1.0도의 경사각(132)이 필요하다. 본 예에서, 변환기(70C)에 대하여 0.4도 분리가 사용되는데, 이는 ±0.1도의 제 2 변환기(70B) 스캔 각도 범위(134a2)가 분리 각도에 포함되기 때문이다. 만약 스캐닝에 있어서 각도가 변환기(70C)의 스캔 각도 범위(134a3) 내에 들어가는 것이 바람직하다면, RF 전력은 작업 대상(80)에서 그리고 브래그 방정식을 만족하는 주파수에서 바람직한 진폭을 제어하기 위하여 제 1 변환기(70A)에 인가되며, 최고 RF 전력은 작업 대상(80)에 빔의 위치지정에 대하여 바람직한 출사각(118a3) 및 바람직한 협력적인 회절각(128a3)을 성취하도록 하기 위하여 19.1 MHz 및 32 MHz 사이의 주파수에서 변환기(70C)로 인가된다. 변환기(70C)는 대략 25.6 MHz의 주파수에서 0.4도의 그 브래그 각도에서 가장 효율적일 것이다.
변환기(70C)의 경사각(132c)을 발견하기 위하여 사용된 이 동일한 논리는 직렬로 연결된 추가적인 변환기(70)에 대한 경사각(132)을 결정하는데 적용될 수 있다. 본 예에서, 변환기(70D)는 0.8도의 경사각(132d)으로 설정되어 0.6도의 브래그 조건을 만들고; 변환기(70E)는 0.6도의 경사각(132e)으로 설정되어 0.8도의 브래그 조건을 만들고; 변환기(70F)는 0.4도의 경사각(132d)으로 설정되어 1.0도의 브래그 조건을 만든다. 만약 이들 확장된 스캔 각도 범위(134) 중 임의의 것이 필요로 되면, 브래그 조건을 만족하는 바람직한 진폭 및 주파수에서 제 1 변환기(70A)에 인가되며, 필요로 되는 각각의 변환기(70)에는 특정 변환기(70)의 스캔 범위를 위한 주파수에서 최고 RF 전력이 제공된다. 앞서 주목한 바와 같이, AOM(603) 상에 변환기(70)를 배치하기 위한 각도 컷은 완벽하지 않을 수 있고, 따라서 이론적인 브래그 조건에 합치하는 주파수로부터 미세한 주파수 조정이 바람직할 수 있다.
최소의 바람직한 회절 효율에 기초하여 스캔 범위를 결정하는 것에 추가하여, 기술자라면 앞서 기술된 바와 같이 브래그 각도 효율 이탈을 위하여, 바람직하게는 제 1 변환기(70A)에 대해 진폭 보상을 사용할 수 있고, 전력 예산을 집행할 수 있다.
비록 본 예가 변환기 변조 영역(116)의 각각의 거리가 빔 입사면(52)으로부터 증가할수록 각각의 경사각(132) 및 각각의 주파수는 감소하는 것을 이용하지만, 기술자라면 변환기(70B ~ 70F)와 각자의 경사각(132), 변환기 변조 영역(116), 및 주파수는 빔 입사면(52)에 대하여 임의의 순서로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 변환기(70F, 70C)는, 각자의 수반하는 경사각(132) 및 주파수를 가지고, 위치적으로 상호교환될 수 있다.
또한 앞서 논의된 바와 같이, 경사각(132)은 안쪽으로 바깥쪽으로 확장할 수 있고, 이에 따라 변환기(70)는 AOM(603)의 일반적으로 반대의 변환기 측부들 상으로 이동되어 배치될 수 있다. 유리한 일 실시예는, 일반적으로 반대의 측부들 상으로 변환기(70A ~ 70F)를 교대로 위치시켜서, 변환기(70A, 70C 및 70E)는 일반적으로 AOM(603)의 일 측부 상에 있게 하고, 변환기(70B, 70D 및 70F)는 일반적으로 AOM(603)의 다른 측부 상에 있게 할 수 있다.
또한 앞서 논의된 바와 같이, 변환기 변조 영역(116a)은 빔 입사면(52)에 대해 평행할 수 있고, 마지막 직렬로 연결된 변환기 변조 영역(116f)는 빔 출사면(54)에 대해 평행할 수 있는데, 여기서 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)은 평행하지 않다. 다른 바람직한 실시예에서, 변환기 변조 영역(116)은 빔 입사면(52) 및 빔 출사면(54)에 대해 평행하고, 여기서 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)은 평행하다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 변환기 변조 영역(116) 중 하나가 빔 입사면(52)에 평행하고, 빔 출사면(54)은 90도와 90도±경사각(132f)의 평균인 각도에 있거나, 평균을 나타내는 변환기 변조 영역(116)에 대해 평행한 각도에 있거나, 또는 90도 및 90도±경사각(132b) 사이의 어떤 다른 각도에 있을 수 있다. 대안적으로, 빔 입사면(52)은 제 1 변환기 변조 영역(116a)에 대하여 각도를 가지고 있으며, 빔 출사면(54)은 마지막 변환기 변조 영역(116f)에 평행할 수 있다.
기술자라면 바람직한 총 스캔 범위, 경사각(132), 상대적인 위치지정 배열 및 순서, 변환기(70)의 크기, AOM 재료의 성질, 제조 또는 시스템 정렬에 관련된 AOM(603)의 임의의 크기 한계, 또는 기술 실무자에게 알려져 있는 임의의 다른 변수에 종속하여 많은 수의 직렬로 연결된 경사진 변환기(70)가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예시적인 실시예에서 2 내지 5개 또는 2 내지 10개의 경사진 변환기(70)가 사용된다. 다른 예시적인 실시예에서, 적어도 3개의 경사진 변환기(70) 도는 15개보다 많은 변환기(70)가 사용된다. 이들 예시적인 실시예에서, AOM(603)은 여전히 몇 인치 길이보다 더 짧거나 또는 10 cm 길이보다 더 짧을 수 있지만, 바람직한 경우라면, 더 길 수도 있다.
비록 일부 바람직한 실시예에서 변환기(70A ~ 70F)는 앞서 논의된 바와 같이 동일하며 또한 동일한 가변 제어가능 RF 구동기(66)에 의해 구동되지만, 일부 바람직한 실시예에서 변환기(70A ~ 70F) 및 그와 연결된 RF 구동기(66)는 서로 다른 동작 특성 또는 파라미터를 가질 수 있다. 구체적으로, 일부 바람직한 실시예에서, {변환기(70A)의 변환기 표면의 평면에 대하여} 각각 더 큰 경사각(132)을 가진 변환기(70)는 각각 더 큰 크기를 가질 수 있고, 또한 대응하게 더 작은 변환기(70)보다 각각 더 낮은 더 높은 주파수에서 동작할 수 있다.
도 23g는 단일 데카르트 축을 따라 AOM(603)의 스캐닝 범위를 확장하기 위하여 하나의 AOM 표면에 대해 서로 다른 각도에서 위치 지정된 다수의 변환기(70)를 가지는 것의 장점을 예시하는 다수의 경사진 변환기(70A ~ 70F)를 사용하는 대안적인 실시예를 도시한다. 도 23c 내지 도 23g를 참조하면, 경사각(132a ~ 132f) 및 각각의 변환기(70B ~ 70F)의 주파수는, 그 1차 빔 경로(72a1 ~ 72a6) 스캔 범위(134a2 ~ 134a6)가 인접하거나 미세하게 중첩할 수 있게 0차 빔이 0차 빔 경로(72b)에 공통적으로 정렬되도록 조직화될 수 있다. 기술자라면 변환기(70B ~ 70F)는 편리하게 하기 위하여 도 23e에서의 그 배열에 대해 반대 위치에 배열되지 만, 임의의 배열도 앞서 논의된 바와 같이 적합할 것이라는 것을 이해할 것이다.
스캔 범위(134a1) 내의 출사각(118a1)이 원해질 때마다, 변환기(70A)는 원하는 주파수 및 진폭에서 변조되는 반면 나머지 변환기(70B ~ 70F)는 실질적으로 턴 "OFF"된다. 스캔 범위(134a2) 내의 출사각(118a2)이 원해질 때마다, 변환기(70B)는 원하는 주파수 및 진폭에서 변조되는 반면 변환기(70A 및 70C ~ 70F)는 실질적으로 턴 "OFF"된다. 유사하게 스캔 범위(134a3 ~ 134a6)내의 출사각(118a3 ~ 118a6)이 원해질 때마다, 각각의 변환기(70C ~ 70F)는 원하는 주파수 및 진폭에서 변조되는 반면 다른 모든 변환기(70)는 실질적으로 턴 "OFF"된다. 본 실시예의 한가지 장점은 스캔 범위 중 임의의 것을 성취하기 위하여 오직 하나의 변환기(70)만이 활성화될 필요가 있다는 것이다. 본 실시예의 다른 장점은 0차 빔 경로(72b)가 다른 변환기(70)에 대한 회절을 위한 기본 빔 경로로서 사용될 때 거의 또는 아무런 손실이 발생하지 않는다는 것이다.
기술자라면 복수의 직렬로 연결된 경사진 변환기(70)를 가진 AOM(603)은 (완전 소멸 기법을 가지는 또는 가지지 않는) 펄스-뽑기(pulse-picking) 및 앞서 논의되고 이후 논의될 것과 같은 데카르트 축의 하나 또는 둘 모두에서의 진폭 제어에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 18, 도 20, 및 도 21에서 도시된 바와 같이 서로 가깝게 있는 2개의 AOM(601, 602)은 이미 기술된 바와 같은 매우 우수한 스캐닝 시스템을 생성할 수 있 지만, 제 2 AOM(602)의 입사 개구는 제 1 AOM(601)으로부터 성취가능한 각도를 제한할 수 있다. 대부분의 스캐닝 시스템에서 전형적인 다른 불편함은 집속 렌즈(78)가, 앞의 실시예에서 기술된 바와 같이 AOM(601 및 602)에 의하여 교체될 수 있는, 2개의 갈바노미터 위치지정 디바이스 사이에 있는 초점 길이 즉 동공을 가지도록 전형적으로 적응될 것이라는 점이다. 추가적인 AOM(60)(또는 다른 빔 조정 디바이스, 미도시됨)은 또한, AOM 스캐닝 시스템이 집속 렌즈(78)의 뒤쪽 동공에 합치되는 상태가 아닌 다른 곳에 위치 지정된 경우 동공의 움직임을 정정하기 위하여 직렬로 연결하여 사용될 수 있다.
도 24는 작업 대상(80)의 표면 상의 X 및 Y 축 둘 모두 또는 방향들의 스캐닝 제어를 제공하기 위하여 하나의 단일 매체 내에서 서로 다른 변환기 변조 축(횡단하는, 바람직하게는 직교하는)을 변조하기 위하여 횡단하는, 바람직하게는 직교하는, 표면 상에 위치 지정된 변환기(70x 및 70y)를 사용하는 AOM(603)을 보여주는 개략도이다. 도 24를 참조하면, RF 구동기(66xy)는 X 축 내의 빔 위치를 제어하기 위하여 변환기(70x)에 신호를 인가하고 Y 축 내의 빔 위치를 제어하기 위하여 변환기(70y)에 신호를 인가한다. 기술자라면 앞서 기술된 AOM 변조 기법 또는 실시예 중 임의의 것에 따라 동일 또는 서로 다른 주파수에서 동일 또는 서로 다른 RF 구동기(60xy)에 의해 각각의 변환기(70)가 구동될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하나의 단일 AOM(604)을 사용하는 것의 한가지 장점은, 초점 길이가 단일 AOM(604)의 출력단에 위치될 수 있기 때문에 집속 렌즈(78)의 복잡성이 감소될 수 있고, 이에 따라 스캐닝의 각도가 제 2 AOM(60)을 위한 입사 개구 제한을 가지지 않는 것에 기인하여 증가될 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 하나 이상의 단일-축 또는 이중-축 AOM(60)(또는 다른 빔 조정 디바이스, 미도시됨)이 또한, AOM 스캐닝 시스템이 집속 렌즈(78)의 뒤쪽 동공에 합치하는 상태가 아닌 다른 곳에 위치 지정되는 경우 동공의 움직임을 정정하기 위하여 사용될 수 있다.
도 25는, 도 21 및 도 24에 관련하여 논의된 실시예들의 조합에서와 같이, AOM(604)의 출사면에서 광 경로(72)의 각도를 검출하기 위하여 AOM(604)의 출력면 상의 빔-분할 요소(120) 및 위치-감지 검출기(130)를 사용하는 폐쇄 루프 빔 검출 및 위치지정 시스템을 사용하는 레이저 시스템(50h)에서 사용되는 AOM(604)의 예시적인 실시예를 보여준다.
도 26은 4개의 변환기(70Ax, 70Bx, 70Ay 및 70By){총칭하여 변환기(70)라 한다}를 사용하는 AOM(605)의 개략도이다. 이 실시예는 더 큰 스캔 각도와 더 많은 다양성을 용이하게 하기 위해, 도 22와 도 23의 AOM(603)에 대해 설명된 장점과, 도 24와 도 25의 AOM(604)에 대하여 설명된 장점을 결합한다. 기술자라면 앞서 기술된 AOM 변조 기법 또는 실시예 중 임의의 것에 따라 동일 또는 서로 다른 주파수에서 동일 또는 서로 다른 RF 구동기(66, 또는 66xy)에 의해 변환기(70) 각각이 구동될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 AOM(604 및 605)는 앞서 논의된 이의의 AOM(60) 또는 앞서 논의된 임의의 한 쌍의 AOM(60)을 대체하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
AOM(604 및 605)의 일부 대안적인 바람직한 실시예는, 앞서 논의된 바와 같이 스캐닝 범위를 확장하기 위하여 경사각(132)에서 복수의 변환기(70)를 사용한다. 기술자라면 횡단하는 데카르트 축 내의 변환기 변조 영역(116)은 비-교차할 수 있지만, 교차하는 횡단-축 변환기 변조 영역(116)이 바람직하다는 것을 이해할 것이다. 제조 및 제어에서의 편리를 위하여, 일부 바람직한 실시예는 교차하는 변환기 변조 영역(116)의 변환기(70)에 대하여 동일한 경사각(132)을 이용하지만, 이러한 관계가 필수적인 것은 아니다. 경사각을 가진 변환기(70)를 사용하는 일부 실시예에 있어서, 스캔 범위가 0차 빔 경로(72b) 주변에 배열된 경우, 오직 하나의 단일 변환기(70)만이 두 축 모두에서 최대 확장 범위 스캐닝 제어를 제공하기 위하여 각 데카르트 축에 대하여 활성화될 필요가 있을 것이다. 경사각을 가진 변환기(70)는 또한, 각각의 빔이 AOM(60)에 입사하는 빔의 에너지의 선택가능한 일부를 가지는, 빔들의 매트릭스를 제공하기 위하여 2개의 축에서 사용될 수 있다.
도 27은 레이저 펄스 게이팅을 수행하기 위한 익스트라캐비티 AOM(60)과; 폐쇄 루프 제어를 사용하여 빔 위치지정을 수행하기 위하여 다수의 변환기(70), 빔-분할 요소(1203), 및 위치-감지 검출기(130)를 사용하는 익스트라캐비티 AOM(604); 및 폐쇄 루프 진폭 제어를 수행하기 위한 빔-분할 요소(1201 및 1212) 및 진폭 검출기(122a 및 122b)를 사용하는 예시적인 레이저 시스템(50i)의 개략도이다. 도 27을 참조하면, 진폭 피드백 신호(124a 및/또는 124b)는 시스템 제어기(62) 및/또는 RF 구동기(66xy)로 향해질 수 있다. 유사하게, 위치 피드백 신호(126)는 시스템 제어기(62) 및/또는 RF 구동기(66xy)로 향해질 수 있다. 기술자라면 앞서 기술된 AOM 변조 기법 또는 실시예 중 임의의 것에 따라 동일 또는 서로 다른 주파수에서 동일 또는 서로 다른 RF 구동기(66xy)에 의해 변환기(70) 각각이 구동될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 실시예는 하나의 별도 AOM(60)을, 원할 때만 펄스가 스캐닝 시스템을 통해 이동하도록 허용하기 위하여 펄스 게이팅("펄스 뽑기")을 위한 레이저 셔터 또는 게이트로서 사용한다. 특정 실시예에서, 펄스 뽑기 AOM(6)의 상이한 각도 배치가 빔 덤프(94)의 필요성을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 하나의 별도 펄스-뽑기 AOM(60)을 사용하는 것의 한 가지 장점은, AOM(604)가 그 최고 각도 이동 성능을 제공하도록 위치될 수 있다는 것이다. 이러한 펄스-뽑기 AOM(60)은 앞서 기술된 실시예 또는 AOM 변조 기법 중 임의의 것과 관련하여 사용될 수 있다. 그러나 기술자라면 펄스 뽑기 AOM(60)이 필수적인 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. AOM(604)은, AOM(604)이 펄스 선택 및 빔 위치지정 둘 모두를 수행할 수 있도록 광 경로(72) 에 대하여 각도적으로 이동되어 있을 수 있다. 이러한 구성은 작업 대상(80)에 대한 총 스캐닝 각도를 제한할 수 있다. 기술자라면 빔 위치지정 및/또는 진폭 변조를 위해 임의의 앞서 기술된 실시예에서 사용된 AOM(60)은 또한 광 경로(72)에 관한여 AOM(60)을 선택적으로 위치지정함으로써 펄스 뽑기하도록 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
기술자라면 레이저 처리 설비에 있어서 현재의 빔-위치지정 또는 스캐닝 시스템은 일반적으로 본질적으로 기계적이어서, 갈바노미터-기반 시스템이거나 고속-조정-미러(FSM, fast-steering-mirror)-기반 또는 다른 종류의 이동가능-미러-기반 시스템 중 어느 하나라는 것을 이해할 것이다. 갈바노미터 및 FSM 기법 둘 모두 시스템의 총 스캐닝 속도를 제한하는 기계적인 질량을 가진다. 일반적으로, 스캔 각도 및 스캐닝 속도 사이의 타협은 이들 양 시스템 모두에서 볼 수 있다, 즉 갈바노미터 시스템은 더 큰 스캐닝 각도 및 더 느린 속도를 가지며, 반면에 FSM은 더 작은 스캐닝 각도 및 더 높은 속도를 가진다.
도 28은, (단일 축 또는 분할-축 X-Y 테이블과 같은) 전통적인 느린 위치지정 장치에 의해 지지되는 다수의 복합 또는 제 3 빔-위치지정 시스템을 구비함으로써, 레이저 시스템(50)의 총 수율을 향상시키기 위하여, FSM 또는 한 쌍의 갈바노미터 미러를 포함하는 갈바노미터 스캔 헤드(140)와 같은, 전형적인 고속 위치지정 장치와 관련하여 동작하는 빔-위치지정 AOM(604 또는 605)를 가지는 예시적인 레이저 시스템(50j)의 개략도이다. AOM(604 또는 605) 또는 한 쌍의 AOM(60 또는 603)은 갈바노미터 스캔 헤드(140)의 업스트림 또는 다운스트림에 있을 수 있다. AOM과 갈바노미터 스캐닝 시스템 사이의 움직임은, RF 구동기(66xy) 및/또는 갈바노미터 스캔 헤드(140)로부터 갈바노미터 피드백 신호(146)를 수신하는 갈바노미터 제어기(144)의 도움을 받아 또는 도움 없이, 시스템 제어기(62)에 의해 직접 또는 간접적으로 변조될 수 있다.
기술자라면 펄스 뽑기를 위한 하나의 별도 AOM(60)이 움직임-제어 변조를 단순화시키기 위하여 도시되고 사용될 수 있으나; AOM(60)은 생략될 수 있고 AOM(604 또는 605)이 빔 위치지정 뿐만 아니라 펄스 뽑기를 위해서도 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 기술자라면 비록 단순하게 하기 위하여 개방 루프 시스템이 도시되어 있으나, 레이저 시스템(50j)의 대안적인 실시예는 폐쇄 루프 제어를 위한 위치 및/또는 진폭 피드백을 포함하도록 쉽게 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기술자라면 또한, AOM(604 또는 605)은 임의의 앞의 실시예에 대하여 논의된 바와 같이 변조될 수 있다는 것과 또한 레이저 시스템(50j)은 임의의 앞서 논의된 실시예의 다양성을 포함하도록 적응될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 29, 30 및 31은 트리밍, 비아 드릴링, 및 링크 처리와 같은 각각의 서로 다른 레이저 처리 응용에 관련되어 사용될 수 있는 것과 같은 갈바노미터 스캔 헤드(140) 및 AOM(604 또는 605)의 예시적인 스캔 필드의 표현이다. 도 28 내지 도 31 및 종래의 빔-위치지정 기술을 참조하면, 비록 X-Y 테이블이 척(88)과 거기에 의해 지지되는 작업 대상(80)을 이동시키기 위하여 사용될 수 있지만, 갈바노미터 스캔 헤드(140)는 고정 위치를 가질 수 있거나 또는 분할-축 배열로 위치될 수 있어서, 하나 이상의 지형적인 축을 따라 방향이 조정될 수 있다. 갈바노미터 스캔 헤드(140) 및 작업 대상(80) 사이의 상대적인 움직임은, 작업 대상(80)의 표면 상에 있는 타겟에 대하여 주 AOM 스캔 필드(160){및 그것의 정사각형 AOM 서브필드(162)} 내에 주 갈바노미터 스캔 필드(150){및 그것의 정사각형 갈바노미터 서브필드(152)}를 위치시키는데 이용될 수 있다. 갈바노미터 대역폭이 AOM 대역폭보다 훨씬 더 작기 때문에, AOM(604 또는 605)이 그것의 주 AOM 스캔 필드(160) 내에서 타겟을 처리하는 동안에 갈바노미터{및 작업대상(80)}는 연속적인 운동 상태로 유지될 수 있다. 이것은 또한 리니어 모터 및 갈바노미터의 변조된 운동에 추가된다.
이러한 적응은 매우-고밀도 처리 사이트를 가지는 레이저 응용에 있어서는 매우 유익할 것이다. 더 작고 훨씬 더 빠른 AOM 스캔 필드(160)는 다수의 저항(164), 다수의 링크(166) 및 다수의 IC 패키지를, 수많은 종래의 갈바노미터 움직임 대신, 하나의 단일 갈바노미터 움직임 내에서 매우 신속하게 처리할 수 있을 것이다.
빔-위치지정 시스템으로서, FSM 및/또는 갈바노미터 스캔 헤드에 대한 대체물로서, 또는 추가적인 빔-위치지정 시스템 부품으로서 사용하는 것에 추가하여, AOM 스캐닝 시스템은 시뮬레이팅된 스폿 확대 또는 아베 에러 정정을 위해 사용될 수 있고 "고속" 위치지정 부품 전 또는 후에 빔 경로를 따라 위치될 수 있다. 또한 변조 향상을 가진 또는 가지지 않은 하나 이상의 AOM(60)은, 본 명세서에 참고문헌으로서 포함되어 있는, 미국 특허 번호 제4,532,402호, 제5,751,585호, 제5,847,960호, 제6,430,465호, 및 제6,706,999호와 미국 특허 공개 번호 제US 2002/0117481호에 기술된 임의의 "고속" 위치지정 시스템에 교체(또는 추가)될 수 있다는 것을 기술자라면 이해할 것이다.
해당 기술 분야에서 지식을 가진 자는 본 발명의 기본 원리로부터 벗어나지 않고서 위에 기술된 실시예들의 세부사항에 대한 많은 수정이 이루어질 수 있다는 것이 명확할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 오직 첨부된 청구범위에 의하여 결정되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 미세 기계 가공, 더 상세하게는, 레이저 기계 가공 성능을 향상시키기 위하여 AOM 주파수 및/또는 진폭 변조를 이용하는 방법 및 시스템 등에 이용가능하다.

Claims (318)

  1. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    빔-분할 요소가, 상기 AOM에 인가되는 상기 RF 신호의 변조를 직접 또는 간접적으로 조정하는 레이저 제어기에 직접 또는 간접적으로 정보를 전송하는 검출기로 상기 레이저 빔의 일부를 편향시키기 위하여 상기 AOM의 빔 경로 다운스트림에 위치 지정되는
    레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 빗나간 레이저 방사에 민감한 작업 대상을 처리하기 위한 레이저 시스템으로서,
    광 경로를 따라 레이저 빔의 생성을 용이하게 하기 위한 레이저 매체,
    상기 광 경로를 따라 위치 지정된 AOM,
    상기 AOM에 연관된 변환기(transducer) 및
    상기 변환기를 통해 상기 AOM으로 인가되는 RF 신호의 주파수를 변조시켜, 상기 작업 대상에 대한 상기 레이저 빔의 충돌이 바람직하지 않을 때마다 상기 레이저 빔의 대부분이 빔 덤프(beam dump)를 향해 전파하도록 야기하며, 또한 상기 작업 대상에 대한 상기 레이저 빔의 충돌이 바람직할 때마다 상기 레이저 빔의 대부분이 상기 작업 대상을 향해 전파하도록 야기하는 가변 주파수 제어기를 포함하는,
    레이저 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 주파수의 진폭은 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 레이저 빔의 강도에 영향을 미치게 하기 위하여 조정되는, 레이저 시스템.
  6. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    제 1 변환기를 구비하는 제 1 AOM 내부로 광 경로를 따라 상기 레이저 빔을 전파시키는 단계와;
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따른 상기 레이저 빔의 전파를 방지하여 상기 빔의 주요 부분이 제 1 빔 덤프를 향해 전파하게 되고 상기 빔의 적은 부분이 상기 빔 경로를 따라 계속 전파하게 되도록 상기 제 1 변환기를 변조하는 단계로서, 상기 빔 경로는 상기 제 1 AOM 및 상기 작업 대상 사이에 제 2 AOM을 구비하고, 상기 제 2 AOM은 제 2 변환기를 구비하는, 제 1 변환을 변조하는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따른 상기 레이저 빔의 적은 부분이 전파를 방지하여, 이에 따라 상기 빔의 상기 적은 부분의 모두가 제 2 빔 덤프를 향해 전파하게 되도록 상기 제 2 변환기를 변조하는 단계로서, 이에 의해 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따른 상기 레이저 빔의 전파를 방지하는, 제 2 변환기를 변조하는 단계를 포함하는,
    작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하는 방법.
  7. 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는(harmonizing) 방법으로서,
    빔 위치에서 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따라 복수의 연속적인 레이저 펄스를 생성하는 단계로서, 상기 복수의 연속적인 레이저 펄스는 크게 변화하는 진폭 또는 에너지를 가지는, 펄스 생성 단계,
    복수의 연속적인 레이저 출력 펄스를 제공하기 위해 상기 빔 경로를 따라 위치 지정된 AOM을 통해 복수의 연속적인 레이저 펄스를 전파시키는 단계,
    상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 각각의 일부를 진폭 또는 에너지 검출기로 편향시키는 단계,
    상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 각각의 진폭 또는 에너지에 관한 정보를 AOM 제어기로 직접 또는 간접적으로 전송하는 단계,
    상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 주어진 하나에 선행하는 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 하나 이상의 진폭 또는 에너지에 관한 상기 정보에 응답하여 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 상기 주어진 하나의 진폭 또는 에너지에 영향을 미치게 하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호를 변조하는 단계를 포함하는,
    작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  8. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 AOM은 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따라 상기 레이저 빔을 전파시키기 위하여 상기 AOM 내에 음향파를 확립하기 위한 웨이브 셋업 시간을 포함하며, 상기 인가된 RF 신호의 주파수는 상기 빔 경로를 따른 레이저 빔 전파가 방지되어야 할 때마다 상기 웨이브 셋업 시간보다 더 짧은 시간 간격 안에서 연속적으로 변화되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 인가된 RF 신호의 주파수는 2개의 선택된 주파수 사이에서 교대로 변화되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 인가된 RF 신호의 주파수는 다수의 주파수 사이에서 변화되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  11. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 RF 신호의 진폭은 빔 전파가 방지되어야 할 때마다 감소되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  12. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 AOM은 제 1 AOM이며, 제 2 AOM은 상기 빔 경로를 따른 레이저 빔 전파가 방지되어야 할 때마다 빔 소멸 성능을 향상시키기 위하여 상기 빔 경로를 따라 사용되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 변조 조정은 상기 레이저 빔의 펄스-대-펄스 출력 진폭 안정성을 향상시키는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 각각의 일부를 진폭 또는 에너지 검출기로 편향시키기 위하여 상기 AOM의 다운스트림의 빔 경로를 따라 위치 지정된 빔 분할 요소를 통해 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스를 전파시키는 단계를 더 포함하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  16. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지는 5% 미만만큼 변동하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 레이저 펄스는 고체 상태 UV 고조파 레이저(solid-state UV harmonic laser)에 의하여 생성되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  18. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지는 1% 미만만큼 변동하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  19. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 레이저 펄스의 진폭 및 에너지는 레이저 불안정성 또는 열적 드리프팅에 기인하여 변동하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  20. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 레이저 펄스의 진폭 및 에너지는 고정적이지 않게 인가되는 RF 에너지에 의한 상기 AOM의 가열에 기인하여 변동하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  21. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 연속적인 레이저 펄스는 고체 상태 고조파 레이저(solid-state harmonic laser)에 의하여 생성되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  22. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 빔 경로는 상기 AOM의 빔 입사면에 대한 브래그 각도 또는 그 근처인 각도에서 상기 AOM에 충돌하며, 상기 AOM에 인가된 RF 신호는 상기 빔 경로를 따라 상기 작업 대상으로 전파하는 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 상기 주어진 하나의 출사각에 영향을 끼치기 위하여 주파수 변조되며, 또한 상기 RF 신호는 상기 빔 경로의 출사각이 상기 브래그 각도로부터 이동되는 것으로부터 귀결되는 브래그 효율에서의 이탈을 보상하기 위하여 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 상기 주어진 하나의 진폭 또는 주파수에 영향을 끼치도록 변조되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  23. 레이저와 제 1 및 제 2 횡단 표면 축을 가지는 작업 대상 사이에서 빔 경로를 따라 위치 지정되는 AOM으로부터 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법으로서, 상기 AOM은 빔 입사면, 빔 출사면, 및 제 1 변환기를 구비하며, 상기 제 1 변환기는 상기 AOM의 제 1 변환기 표면에 위치 지정되고, 상기 제 1 변환기 표면은 상기 빔 입사면을 횡단하는 제 1 평면 내에 있고, 상기 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법은,
    작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따라 레이저 빔을 생성하는 단계와;
    상기 빔 경로를 따라 위치 지정된 상기 AOM을 통해 상기 레이저 빔을 전파시키는 단계와;
    상기 제 1 표면 축을 따라 상기 빔 경로의 제 1 출사각에 영향을 미치기 위하여 상기 빔 경로를 횡단하는 제 1 변환기 변조 영역 안에서 변조하는 상기 제 1 변환기에 인가된 제 1 RF 신호의 제 1 주파수를 제어하는 단계와;
    상기 AOM의 제 2 변환기 표면 상에 위치 지정된 제 2 변환기에 인가된 제 2 RF 신호의 제 2 주파수를 제어하는 단계로서, 상기 제 2 변환기 표면은 상기 빔 입사면 및 상기 제 1 표면을 횡단하는 제 2 표면에 있으며, 상기 제 2 변환기는 상기 제 1 변환기 변조 영역을 횡단하며 또한 상기 빔 경로를 횡단하는 제 2 변환기 변조 영역 안에서 변조하여 상기 제 2 표면 축을 따라 상기 빔 경로의 제 2 출사각에 영향을 미치는, 제 2 주파수 제어 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 표면 축을 따라 상기 빔을 편향시켜, 상기 제 1 및 제 2 RF 신호의 상기 제 1 및 제 2 주파수에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 변환기에 의해 제공되는 상기 제 1 및 제 2 출사각으로부터 귀결되는 통합 편향각의 원하는 빔 위치에서 상기 작업 대상에 충돌시키기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 주파수를 조정하는 단계를 포함하는, 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법.
  24. AOM 제어 시스템으로서,
    레이저와 작업 대상 사이에서 빔 경로를 따라 위치 지정되는 AOM으로서, 상기 AOM은 빔 입사면, 빔 출사면, 및 제 1 변환기 표면에 위치 지정된 제 1 변환기를 구비하고, 상기 제 1 변환기 표면은 상기 빔 입사면을 횡단하는 제 1 평면에 있으며, 상기 제 1 변환기는 상기 빔 경로를 횡단하는 제 1 변환기 변조 영역 내에서 변조하도록 적응된, AOM과;
    상기 빔 입사면을 횡단하는 제 2 평면 내에 있는 제 2 변환기 표면에 부착된 제 2 변환기로서, 상기 제 2 변환기는 상기 빔 경로를 횡단하는 제 2 변환기 변조 영역 내에서 변조하도록 적응된, 제 2 변환기와;
    제 1 데카르트 축을 따라 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 미치기 위하여 상기 제 1 변환기 변조 영역 내에서 변조하는 상기 제 1 변환기에 제 1 RF 신호의 제 1 주파수를 인가하도록 적응된 가변 주파수 제어기를 포함하거나 통신하는 제 1 RF 구동기; 및
    상기 제 1 데카르트 축을 따라 상기 빔 경로의 상기 편향각에 영향을 미치기 위하여 상기 제 2 변환기 변조 영역을 변조하는 상기 제 2 변환기에 제 2 RF 신호의 제 2 주파수를 인가함으로써, 상기 편향각이 상기 제 1 및 제2 RF 신호의 동시 인가로부터 귀결되도록 가변 주파수 제어기를 포함하거나 통신하는 제 2 RF 구동기를 포함하는, AOM 제어 시스템.
  25. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로는 상기 AOM으로부터 전파되는 1차 빔 경로를 포함하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  26. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로는 상기 AOM으로부터 전파되는 0차 빔 경로를 포함하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 AOM은 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 부분들을 상기 진폭 또는 에너지 검출기로 향하게 하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 레이저 펄스 에너지를 가지며, 상기 AOM은 상기 레이저 펄스 에너지의 10%를 초과하는 양이 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따라 전파하는 것을 방지하기 위하여 사용되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 AOM은 상기 레이저 펄스 에너지의 75%를 초과하는 양이 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따라 전파하도록 하기 위하여 사용되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 AOM은 상기 레이저 펄스 에너지의 90%를 초과하는 양이 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따라 전파하도록 하기 위하여 사용되는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  31. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 AOM은 제 1 변환기 및 제 2 변환기를 사용하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 AOM은 2개의 직교인 축을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 변환기는 하나의 공통 변환기 영역을 변조하며 또한 위상 동기화되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  33. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 AOM은 상기 빔 분할 요소를 구성하며, 상기 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 부분을 상기 진폭 또는 에너지 검출기를 향하게 하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  34. 제 7 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 AOM은 하나의 단일 변조 축을 변조하기 위하여 상기 AOM RF 구동기에 응답하는 적어도 2개의 변환기를 포함하는, 작업 대상으로 향해진 복수의 연속적인 레이저 출력 펄스의 진폭 또는 에너지를 고조파화하는 방법.
  35. 제 31 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 변환기는 하나의 공통 데카르트 축을 따라 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 끼치기 위하여 상기 빔 경로를 횡단하는 하나의 공통 변환기 변조 영역을 변조하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 변환기는 각각의 서로 다른 데카르트 축을 따라 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 끼치기 위하여 상기 빔 경로를 횡단하는 각각의 제 1 및 제 2 변환기 변조 영역을 변조하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  37. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 AOM은 Q-스위치로서 사용되는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  38. 레이저와 작업 대상 사이에서 빔 경로를 따라 위치 지정되는 AOM을 제어하기 위한 AOM 제어 시스템으로서, 상기 AOM은 빔 입사면, 빔 출사면, 및 제 1 변환기를 구비하고, 상기 제 1 변환기는 상기 AOM의 제 1 변환기 표면에 위치 지정되고 제 1 변환기 변조 영역 내에서 변조하며, 상기 제 1 변환기 표면은 상기 빔 입사면을 횡단하는 제 1 평면 내에 있고; 상기 AOM은 또한 상기 빔 입사면, 제 1 변환기 변조 영역, 또는 상기 빔 출사면에 대한 브래그 각도를 제공하고, 상기 AOM 제어 시스템은,
    제 1 데카르트 축을 따라 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 미치기 위하여 상기 제 1 변환기 변조 영역에서 상기 브래그 각도로부터 멀리 상기 빔 경로를 이동시키기 위하여 제 1 RF 신호의 제 1 주파수를 상기 제 1 변환기에 인가하도록 적응된 가변 주파수 제어기를 포함하거나 또는 통신하는 제 1 RF 구동기로서, 상기 제 1 RF 구동기는 또한 상기 제 1 변환기에 인가된 상기 제 1 RF 신호의 제 1 진폭을 조정하도록 적응된, 제 1 RF 구동기와,
    상기 브래그 각도로부터 상기 빔 경로의 이동으로부터 귀결되는 브래그 효율로부터의 이탈을 보상하도록 상기 제 1 진폭을 조정하기 위하여, 상기 제 1 RF 구동기로 브래그 효율 보상 데이터에 관한 정보를 전달하기 위한 제어기를 포함하는, AOM 제어 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 브래그 효율 보상 데이터는 룩업 테이블을 포함하는, AOM 제어 시스템.
  40. 제 38 항에 있어서, 상기 브래그 효율 보상 데이터는 sinc 함수에 기반하는 알고리즘을 포함하는, AOM 제어 시스템.
  41. 제 38 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 최대 피크 전력 또는 에너지를 구비하는 펄스를 포함하고, 이에 의해 작업 펄스가 작업 대상에 충돌하는 것이 요구되고 상기 빔 경로의 편향각이 상기 브래그 각도이거나 근처일 때마다 감소된 피크 전력 또는 에너지가 상기 AOM을 통하여 상기 빔 경로를 따라 전파하는 것이 허용되도록 레이저 오버헤드 전력 예산이 사용되고, 상기 감소된 피크 전력 또는 에너지는 상기 최대 피크 전력 또는 에너지보다 작고; 및 작업 펄스가 작업 대상에 충돌하는 것이 요구되고 상기 빔 경로의 편향각이 상기 브래그 각도에서 이동될 때마다 보상된 피크 전력 또는 에너지가 상기 AOM을 통하여 상기 빔 경로를 따라 전파하는 것이 허용되고, 상기 보상된 피크 전력 또는 에너지는 상기 감소된 피크 전력 또는 에너지보다 더 크고, 상기 최대 피크 전력 또는 에너지보다 작은, AOM 제어 시스템.
  42. 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따르는 레이저 빔 전파를 금지하기 위하여 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법으로서:
    레이저 빔을 생성하는 단계와;
    AOM 내부로 광 경로를 따라 레이저 빔을 전파시키는 단계; 및
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따르는 상기 레이저 빔의 전파를 방지하기 위하여 상기 AOM에 인가된 RF 신호의 주파수를 변조하는 단계를 포함하고,
    편향 전파 방향을 성취하기 위하여 상기 제 2 RF 신호의 인가를 방지하는 동안에 상기 제 1 RF 신호를 인가하는 단계, 또는 편향 전파 방향을 성취하기 위하여 상기 제 1 RF 신호의 인가를 방지하는 동안에 상기 제 2 RF 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 빔 경로는 상기 빔 입사면 또는 상기 제 1 변환기 변조 영역에 대한 브래그 각도이거나 그 근처인 입사각에서 상기 AOM에 충돌하고, 상기 제 1 및 제 2 변환기 변조 영역은 하나의 공통 0차 빔 경로를 공유하며, 상기 제 1 주파수는 상기 제 1 변환기 변조 영역으로부터 1차 빔 경로에 근접하도록 상기 제 1 편향각을 제어하며, 상기 제 2 주파수는 상기 제 2 변환기 변조 영역으로부터 1차 빔 경로에 있거나 그 근처에 있도록 상기 제 2 편향각을 제어하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  44. 제 23 항에 있어서,
    위치지정 신호 프로세서로부터 저속 및 고속 운동-제어 신호를 제공하는 단계와;
    상기 저속 운동-제어 신호에 응답하여, 병진운동 축을 따라, 병진운동 스테이지의 큰 범위의 상대적인 빔-방향 설정 운동을 저속 위치지정기 구동기를 통해 제어하는 단계와;
    상기 고속 운동-제어 신호에 응답하여, 상기 AOM의 작은 범위의 상대적인 빔-방향 설정 운동을 제 1 또는 제 2 변환기를 통해 제어하는 단계; 및
    상기 병진운동 스테이지에 대하여 상기 빔 경로와 상기 작업 대상 사이의 상기 큰 범위의 상대적인 빔-방향 설정 운동을 수행하는 단계; 및
    원하는 빔 위치에서 상기 작업 대상에 충돌시키기 위하여 상기 빔 경로와 상기 작업 대상 사이의 상기 작은 범위의 상대적인 빔-방향 설정 운동을 상기 AOM을 통해 수행하는 단계를 더 포함하는, 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 빔 경로와 상기 원하는 빔 위치 사이의 차이와 관련된 에러 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 빔 경로와 상기 원하는 빔 위치 사이의 차이를 보상하기 위하여 상기 제 1 또는 제 2 변환기에 상기 에러 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는, 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법.
  46. 제 44 항에 있어서,
    스캔 라인을 따른 상기 빔 경로와 오프-축이지만 상기 스캔 라인에 평행한 상기 원하는 빔 위치 사이의 차이와 관련된 오프-축 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 작업 대상에 걸쳐서 상기 스캔 라인에 평행한 상기 원하는 빔 위치에서 충돌하도록 상기 레이저 빔을 편향시키기 위하여 상기 제 1 또는 제 2 변환기에 상기 오프-축 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는, 빔 위치지정 제어를 향상시키기 위한 방법.
  47. 레이저와 작업 대상 사이에서 빔 경로를 따라 위치 지정되는 AOM의 성능을 향상시키기 위한 방법으로서, 상기 AOM은 빔 입사면, 빔 출사면, 및 제 1 변환기를 구비하며, 상기 제 1 변환기는 상기 AOM의 제 1 변환기 표면에 위치 지정되고, 상기 제 1 변환기 표면은 상기 빔 입사면을 횡단하는 제 1 평면 내에 있고, 상기 AOM의 성능을 향상시키기 위한 방법은,
    정상 빔 위치에서 작업 대상에 충돌하는 빔 경로를 따라 레이저 빔을 생성하는 단계,
    상기 빔 경로를 따라 위치 지정된 상기 AOM을 통해 상기 레이저 빔을 전파시키는 단계,
    상기 작업 대상의 일 표면에 대하여 제 1 작업 대상 축을 따라 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 미치기 위하여 상기 빔 경로를 횡단하는 제 1 변환기 변조 영역 내에서 변조하는 상기 제 1 변환기에 인가된 제 1 RF 신호의 제 1 주파수를 제어하는 단계,
    상기 AOM의 제 2 변환기 표면 상에 위치 지정된 제 2 변환기에 인가된 제 2 RF 신호의 제 2 주파수를 제어하는 단계로서, 상기 제 2 변환기 표면은 상기 빔 입사면을 횡단하며 상기 제 1 변환기 표면과는 평행하거나 동일 평면 상에 있는 제 2 평면 내에 있으며, 또한 상기 제 2 변환기는 상기 제 1 작업 대상 축을 따른 상기 빔 경로의 편향각에 영향을 미치기 위하여 상기 빔 경로를 횡단하는 제 2 변환기 변조 영역에서 변조하는, 제 2 주파수 제어 단계, 및
    상기 제 1 및 제 2 RF 신호에 의하여 제공되는 상기 빔 경로의 통합 편향각으로부터 귀결되는 원하는 빔 위치에서 상기 작업 대상에 충돌하도록 상기 작업 대상에 대해 상기 정상 빔 위치로부터 상기 레이저 빔을 편향시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 RF 신호를 조정하는 단계를 포함하는,
    AOM의 성능을 향상시키기 위한 방법.
  48. 제8항 내지 제12항, 제14항, 제31항, 제32항 및 제35항 내지 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 상기 작업 대상에 충돌하는 상기 빔 경로를 따라 전파하는 주파수를 선택하는 단계를 더 포함하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 작업 대상에 충돌하는 상기 레이저 빔의 강도에 영향을 미치게 하기 위하여 상기 신호의 진폭을 변조하는 단계를 더 포함하는, 레이저 시스템에서 AOM을 변조하는 방법.
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Application Number Priority Date Filing Date Title
US57779604P 2004-06-07 2004-06-07
US60/577,796 2004-06-07
US11/138,657 US7133182B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM frequency and amplitude modulation techniques for facilitating full beam extinction in laser systems
US11/138,662 2005-05-25
US11/138,076 2005-05-25
US11/138,078 2005-05-25
US11/138,659 2005-05-25
US11/138,662 US7019891B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM modulation techniques employing plurality of tilt-angled transducers to improve laser system performance
US11/138,075 US7133186B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM modulation techniques employing transducers to modulate different axes
US11/138,075 2005-05-25
US11/138,076 US7133187B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM modulation techniques employing plurality of transducers to improve laser system performance
US11/138,659 US7133188B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM modulation techniques employing an upstream Bragg adjustment device
US11/138,078 US7027199B2 (en) 2004-06-07 2005-05-25 AOM modulation techniques for facilitating pulse-to-pulse energy stability in laser systems
US11/138,657 2005-05-25
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0617945D0 (en) * 2006-09-12 2006-10-18 Ucl Business Plc Imaging apparatus and methods
TWI523720B (zh) 2009-05-28 2016-03-01 伊雷克托科學工業股份有限公司 應用於雷射處理工件中的特徵的聲光偏轉器及相關雷射處理方法
KR102383125B1 (ko) 2010-10-22 2022-04-08 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 빔 디더링 및 스카이빙을 위한 레이저 처리 시스템 및 방법
DE112012002844T5 (de) * 2011-07-05 2014-04-24 Electronic Scientific Industries, Inc. Verfahren zur Laserbearbeitung mit einem thermisch stabilisierten akustooptischen Strahlablenker und thermisch stabilisiertes Hochgeschwindigkeits-Laserbearbeitungssystem
US8848277B2 (en) * 2012-05-31 2014-09-30 Asml Netherlands B.V. System and method for protecting a seed laser in an EUV light source with a Bragg AOM
JP6516722B2 (ja) * 2013-03-15 2019-05-22 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド ビームポジショナのレーザ出射に基づく制御
DE102014013567B3 (de) * 2014-09-18 2015-10-08 Iai Industrial Systems B.V. Gütegeschaltetes CO2-Laser-Materialbearbeitungssystem mit akustooptischen Modulatoren
JP6487184B2 (ja) * 2014-11-10 2019-03-20 株式会社ディスコ レーザー発振機構
DE102015213468A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Trumpf Laser Gmbh Strahlmodulator mit Frequenzkonversion sowie zugehöriges Verfahren und Laserbearbeitungsmaschine
US10423047B2 (en) 2016-07-27 2019-09-24 Coherent, Inc. Laser machining method and apparatus
DE102016125630B4 (de) * 2016-12-23 2022-07-28 Leica Microsystems Cms Gmbh Optische Anordnung und Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls
KR101868295B1 (ko) * 2017-11-16 2018-07-17 윤태중 레이저 최대출력 증폭장치 및 방법
US11033981B2 (en) * 2018-07-23 2021-06-15 University Of Maryland, College Park Acousto-optic modulator configurations for quantum processing
US11374375B2 (en) 2019-08-14 2022-06-28 Kla Corporation Laser closed power loop with an acousto-optic modulator for power modulation
US20240069406A1 (en) * 2019-10-09 2024-02-29 Mbda Uk Limited Acousto-optic device and method
DE102022119609A1 (de) 2022-08-04 2024-02-15 Trumpf Laser Gmbh Lasersystem und Verfahren zur Bereitstellung eines zur Wechselwirkung mit einem Targetmaterial vorgesehenen gepulsten Laserstrahls
US11813697B1 (en) * 2023-04-07 2023-11-14 Intraaction Corp Laser methods of fabrication of clothing

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62215917A (ja) * 1986-03-18 1987-09-22 Hamamatsu Photonics Kk 光パルス列に同期した電気信号発生装置
JPH05204002A (ja) * 1991-11-25 1993-08-13 Nec Corp 音響光学フィルタ制御方法および装置

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49131455A (ko) * 1973-04-20 1974-12-17
JPS5390957A (en) * 1977-01-20 1978-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photo signal generator
JPS5579411A (en) * 1978-12-13 1980-06-14 Ricoh Co Ltd Multifrequency driving acoustic optical element
HU180848B (en) * 1979-04-18 1983-04-29 Mta Szamitastech Autom Kutato Multiple acoustooptical,multiray intensity modulator and ray deflector
DE2925580C2 (de) * 1979-06-25 1984-09-13 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Einrichtung zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges
JPS59197015A (ja) * 1983-04-22 1984-11-08 Hoya Corp 音響光学変調装置
JPS60136719A (ja) * 1983-12-26 1985-07-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 音響光学装置
JPS6139023A (ja) * 1984-07-31 1986-02-25 Ricoh Co Ltd 光量制御方法
JPS63175833A (ja) * 1987-01-16 1988-07-20 Kowa Co 光偏向装置
JPS63194236A (ja) * 1987-02-09 1988-08-11 Anritsu Corp 光偏向装置
JPS6461080A (en) * 1987-09-01 1989-03-08 Asahi Glass Co Ltd Acousto-optic element
JPH01310327A (ja) * 1988-06-08 1989-12-14 Fuji Photo Film Co Ltd 光偏向装置
JPH02143579A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Hitachi Electron Eng Co Ltd レーザビーム強度の安定化装置
JPH0338614A (ja) * 1989-07-05 1991-02-19 Pioneer Electron Corp 音響光学変調装置
JP2767635B2 (ja) * 1989-11-29 1998-06-18 ホーヤ株式会社 多波長光変調器
JPH04103044A (ja) * 1990-08-22 1992-04-06 Ricoh Co Ltd 光軸制御装置
JPH0534735A (ja) * 1991-07-31 1993-02-12 Olympus Optical Co Ltd 音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器
US5197074A (en) * 1991-12-26 1993-03-23 Electro Scientific Industries, Inc. Multi-function intra-resonator loss modulator and method of operating same
JPH06202058A (ja) * 1992-12-25 1994-07-22 Ricoh Co Ltd 光量制御装置
JPH06283795A (ja) * 1993-03-26 1994-10-07 Asahi Glass Co Ltd 光ファイバレーザ用音響光学ｑスイッチ
US5751585A (en) * 1995-03-20 1998-05-12 Electro Scientific Industries, Inc. High speed, high accuracy multi-stage tool positioning system
US5847960A (en) * 1995-03-20 1998-12-08 Electro Scientific Industries, Inc. Multi-tool positioning system
US5837962A (en) * 1996-07-15 1998-11-17 Overbeck; James W. Faster laser marker employing acousto-optic deflection
JP4054078B2 (ja) * 1996-09-06 2008-02-27 富士フイルム株式会社 音響光学機器、光ビーム走査装置、及び音響光学素子の姿勢調整方法
JP3696349B2 (ja) * 1996-09-06 2005-09-14 富士写真フイルム株式会社 光偏向器及び光ビーム走査装置
JPH1185054A (ja) * 1997-09-01 1999-03-30 Mitsubishi Electric Corp レーザ投影表示装置
US6339604B1 (en) * 1998-06-12 2002-01-15 General Scanning, Inc. Pulse control in laser systems
DE19840926B4 (de) * 1998-09-08 2013-07-11 Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen und deren Verwendung
US6563844B1 (en) * 1998-10-21 2003-05-13 Neos Technologies, Inc. High loss modulation acousto-optic Q-switch for high power multimode laser
EP1173302B1 (en) * 1999-04-27 2005-04-20 GSI Lumonics Inc. Laser calibration apparatus and method
US6341029B1 (en) * 1999-04-27 2002-01-22 Gsi Lumonics, Inc. Method and apparatus for shaping a laser-beam intensity profile by dithering
CA2396259A1 (en) * 2000-01-11 2001-07-19 Electro Scientific Industries, Inc. Abbe error correction system and method
WO2001074529A2 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Electro Scientific Industries, Inc. Laser system and method for single pass micromachining of multilayer workpieces
US6816294B2 (en) * 2001-02-16 2004-11-09 Electro Scientific Industries, Inc. On-the-fly beam path error correction for memory link processing
JP2004038106A (ja) * 2002-07-08 2004-02-05 Hitachi Via Mechanics Ltd レーザビーム走査装置
JP2004145544A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Sumitomo Heavy Ind Ltd 加工計画方法及び装置
US6706999B1 (en) * 2003-02-24 2004-03-16 Electro Scientific Industries, Inc. Laser beam tertiary positioner apparatus and method
JP4615834B2 (ja) * 2003-07-04 2011-01-19 オリンパス株式会社 レーザ変調装置および方法
EP1680255A4 (en) * 2003-10-17 2008-10-08 Gsi Lumonics Corp SOFT SCAN FIELD

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62215917A (ja) * 1986-03-18 1987-09-22 Hamamatsu Photonics Kk 光パルス列に同期した電気信号発生装置
JPH05204002A (ja) * 1991-11-25 1993-08-13 Nec Corp 音響光学フィルタ制御方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE112005001324T5 (de) 2007-08-23
GB2428399B (en) 2010-05-05
WO2005121889A3 (en) 2006-10-19
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KR20070030210A (ko) 2007-03-15
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