KR20110017385A

KR20110017385A - 레이저 처리 시스템에서 역반사의 감소

Info

Publication number: KR20110017385A
Application number: KR1020107028224A
Authority: KR
Inventors: 메흐메트 이. 알페이; 브리안 요한센
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-02-21
Also published as: JP5675600B2; JP2011524259A; US8217302B2; US20090308852A1; CN102057544A; WO2009155280A3; CN102057544B; WO2009155280A2; TW201000951A

Abstract

본 시스템 및 방법은 레이저 처리 시스템에서 역 반사를 감소시키거나 방지한다. 레이저 처리 시스템은 입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스와, 입사하는 레이저 빔을 작업 면 쪽으로 지향시키는 레이저 빔 출력부와, 작업면과 실질적으로 수직한 제 1 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 수신하는 렌즈를 포함한다. 렌즈는 제 1 전파 축과 실질적으로 평행하고 이 제 1 전파 축에서 오프셋된 기본 축을 포함한다. 렌즈는 작업면으로부터 반사된 레이저 빔의 적어도 상당한 부분이 레이저 빔 출력부로 되돌아가지 않도록 작업면과 수직하지 않은 각도를 형성하는 제 2 전파 축을 따라 작업면 상으로 입사하는 레이저 빔을 초점 형성하도록 구성된다.

Description

레이저 처리 시스템에서 역반사의 감소{REDUCING BACK-REFLECTIONS IN LASER PROCESSING SYSTEMS}

본 발명은 레이저로 물질을 처리하는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 레이저 빔의 역 반사(back-reflection : 되반사)를 감소시키는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 특정 레이저는 작업면으로부터 레이저로 역반사된 레이저 빔과 같은 광학 피드백에 민감할 수 있다. 예를 들어, 섬유 레이저는 작업면으로부터 역 반사에 일반적으로 매우 민감하다. 그러한 반사가 적절히 차단되지 않는다면, 예를 들어, 그러한 반사가 출력 섬유로 다시 연결되는 복귀 경로가 존재한다면, 출력 섬유와 이득 섬유가 모두 손상될 수 있는 것이 가능하다. 나아가, 시드 레이저(seed laser)는 이 시드 레이저로 되돌아가는 도중에 증폭된 반사된 광에 의해 고출력 마스터 발진기 섬유 증폭기 디바이스에서 손상될 수 있다. 그리하여, 레이저 마이크로머신 시스템과 같은 많은 레이저 처리 시스템에서는, 그러한 역반사가 출력 섬유 내로 다시 되돌아가는 경로가 존재하는 것을 차단하는 것이 바람직하다.

레이저 처리 시스템에서 역 반사를 감소시키거나 피하게 하는 하나의 솔루션은 미시건주, 트래버스 시티(Traverse City)의 일렉트로 옵틱 테크놀로지 인코포레이티드사(Electro-Optics Technology, Inc.)에 의해 제조되는 아이솔레이터와 같은 패러데이 아이솔레이터(Faraday isolator)를 사용하는 것이다. 패러데이 아이솔레이터를 출력 섬유 뒤 빔 경로에 놓는 것은 이들 빔이 출력 섬유로 되돌아가기 전에 자유 공간에서 역반사를 차단한다. 예를 들어, 도 1은 출력 섬유(110)와, 콜리메이터 조립체(112)와, 패러데이 아이솔레이터(114)와, 초점 렌즈(116)를 포함하는 일반적인 섬유 레이저 처리 시스템(100)의 블록도이다. 출력 섬유(110)는 레이저 소스(미도시)로부터 콜리메이터 조립체(112)로 발산하는 레이저 빔(118)을 지향시킨다. 콜리메이터 조립체(112)는 발산하는 레이저 빔(118)을 콜리메이트(collimate : 시준)하여 콜리메이트된 레이저 빔(120)을 패러데이 아이솔레이터(114)에 제공한다.

패러데이 아이솔레이터(114)는 단 하나의 방향으로만 광의 전달을 가능하게 한다. 콜리메이트된 레이저 빔(120)은 패러데이 아이솔레이터(114)를 통해 초점 렌즈(116)로 전달되며, 이 초점 렌즈(116)는 빔을 작업면(122) 상으로 초점 형성한다. 입사하는 레이저 빔의 경로는 작업면(122)에 수직하므로, 반사된 레이저 빔(123)(점선으로 도시)은 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 동일한 경로를 따라 역방향으로 초점 렌즈(116)를 통해 패러데이 아이솔레이터(114)로 진행한다. 그러나, 패러데이 아이솔레이터(114)는 반사된 레이저 빔이 출력 섬유(110)로 다시 역경로를 따라 이어지는 것을 차단한다.

출력 섬유(110)를 빠져나가는 레이저 빔(118)이 (종종 그러한 것처럼) 랜덤하게 편광되어 있다면, 패러데이 아이솔레이터(114)는 편광에 민감하지 않게 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 편광에 둔감한 패러데이 아이솔레이터(114)는 입력 복굴절 웨지(birefringent wedge)(124), 패러데이 로테이터(126) 및 출력 복굴절 웨지(128)를 포함할 수 있다. 그러한 아이솔레이터는 상업적으로 이용가능하지만, 이들 아이솔레이터는 (특히 고출력 빔과 사용하기 위해 구성될 때) 통상적으로 꽤 부피가 크고 고가이다.

역반사를 감소시키거나 피하는 다른 접근법은 작업면에 도달하는 빔의 입사 각도가 90도가 아니도록 작업면(122)에 대하여 전체 빔 전달 서브시스템을 "틸팅(tilt)"시키는 것이다. 예를 들어, 도 2는 입사하는 레이저 빔(120)의 경로는 작업면(122)에 수직이지 않게 틸팅된 빔 전달 서브시스템{예를 들어 출력 섬유(110), 콜리메이터 조립체(122) 및 초점 렌즈(116)}을 가지는 다른 일반적인 섬유 레이저 처리 시스템(200)의 블록도이다.

빔 전달 서브시스템을 틸팅한 결과, 작업면(122)으로부터 반사된 레이저 빔(123)의 경로는 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와는 각도로 분리된다. 반사된 레이저 빔(123)의 부분(210)은 초점 렌즈(116)를 통해 출력 섬유(110)로 역으로 전파할 수 있다. 그러나, 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이의 각도 분리는 공간 분리에 대응하며, 이것은 다시 역반사된 빔(123)이 출력 섬유(110)로 연결되는 것을 실질적으로 차단한다. 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이의 공간 분리 양은 빔 전달 서브시스템의 각도 틸팅{작업면(122)에 대해서}과 초점 렌즈(116)의 초점 거리에 비례한다. 따라서, 공간 분리의 양은 초점 거리, 각도 틸팅 또는 초점 거리와 각도 틸팅 모두를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

후술되는 바와 같이, 전체 빔 전달 서브시스템을 작업면(122)에 대해 틸팅하는 것은 역반사를 감소시키는 것이지만, 이것은 또한 작업면(122)에 대해 초점 면을 틸팅시킨다. 이것은 작업면(122)에서의 스팟 사이즈(spot size)와 플루언스(fluence)의 변화를 초래한다. 이들 변화는 공정 성능을 저하시킨다.

본 발명의 시스템과 방법은 레이저 처리 시스템에서 역 반사를 감소시키거나 방지하는 것이다. 일 실시예에서, 레이저 처리 시스템은 입사하는 레이저빔을 생성하는 레이저 소스와, 입사하는 레이저 빔을 작업면 쪽으로 지향시키는 레이저 빔 출력부와, 작업면에 실질적으로 수직한 제 1 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 수신하는 렌즈를 포함한다. 이 렌즈는 제 1 전파 축에 실질적으로 평행하고 이 제 1 전파 축에서 오프셋된 기본 축을 포함한다. 이 렌즈는, 작업면으로부터 반사된 레이저 빔의 적어도 상당한 부분이 레이저 빔 출력부로 되돌아가지 않도록 작업면과 수직하지 않은 각도를 형성하는 제 2 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 작업면 상으로 초점 형성하도록 구성된다.

나아가 또는 다른 실시예에서, 본 시스템은 반사된 레이저 빔의 다른 부분이 레이저 빔 출력부로 가는 경로를 따라 되돌아가는 것을 차단하기 위해 레이저 빔 출력부와 작업면 사이에 위치된 빔 차단부(stop)를 더 포함한다.

나아가 또는 다른 실시예에서, 본 시스템은 렌즈를 통해 입사하는 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 레이저 빔 출력부와 렌즈 사이에 위치된 2차 빔 위치지정기를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 본 방법은 입사하는 레이저 빔을 생성하는 단계와, 제 1 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 렌즈로 전파하는 단계와, 제 1 전파 축으로부터 입사하는 레이저 빔의 경로를 제 2 전파 축으로 렌즈로 변화시키는 단계를 포함한다. 제 2 전파 축은 작업면과 수직하지 않은 각도를 형성한다.

추가적인 측면과 잇점은 첨부하는 도면을 참조하여 이어지는 이하 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

이제 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예를 포함하는 본 발명의 비제한적이고 예시적인 실시예들이 기술된다.

본 발명은 레이저 처리 시스템에서 역반사를 감소시키거나 방지하는 등의 효과를 제공한다.

도 1은 역반사를 감소시키기 위해 패러데이 아이솔레이터를 포함하는 일반적인 섬유 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 2는 역반사를 감소시키기 위해 틸팅된 빔 전달 서브시스템을 가지는 다른 일반적인 섬유 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 3은 일 실시예에 따라 역반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 4는 일 실시예에 따라 입사하는 레이저 빔의 전파를 가능하게 하고 반사된 레이저 빔의 전파를 차단하는 개구부를 포함하는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 5는 일 실시예에 따라 초점 렌즈를 통해 입사하는 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 2차 빔 위치지정기를 포함하는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 6a 및 도 6b는 특정 실시예에 따라 2차 빔 위치지정기를 사용할 때 초점면들을 비교하는 각 레이저 처리 시스템의 블록도.

본 명세서에서 기술되는 여러 시스템 및 방법은 부피가 크고 및/또는 고가의 아이솔레이터를 사용함이 없이 역반사가 레이저 처리 시스템의 출력 섬유에 연결되는 것을 감소시키거나 방지한다. 일 실시예에서, 초점 렌즈는 작업면에 대하여 입사하는 빔에 수직하지 않은 "입사 각도"를 부여하기 위하여 빔 전파축으로부터 오프셋된 거리에 있는 빔 경로에 놓인다. 이것은 작업면에 대하여 전체 빔 전달 서브시스템을 틸팅함이 없이 입사하는 빔 경로와 반사된 빔 경로 사이에 공간적 분리를 제공한다. 일 실시예에서, 개구는 레이저 빔이 출력 섬유에 도달하는 것을 더 차단한다. 나아가, 또는 다른 실시예에서, 2차 빔 위치지정기는, 스캐닝 초점면이 작업면에 실질적으로 평행하도록 초점 렌즈의 기본 축에서 오프셋되어 초점 렌즈를 통해 입사하는 레이저 빔을 스캐닝한다.

이제 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 설명이 이루어진다. 이하 상세한 설명에서, 다수의 특정 상세사항은 본 명세서에서 기술된 실시예를 보다 철저히 이해하기 위해 제공된 것이다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 이들 실시예들이 하나 이상의 특정 상세사항들 없이 실시될 수도 있고 또는 다른 방법, 부품 또는 물질로 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 나아가, 일부 경우에는, 잘 알려진 구조, 물질 또는 동작이 이들 실시예의 측면을 불명확하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 도시되지 않거나 기술되지 않는다. 나아가, 기술된 특징, 구조 또는 특징들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따라 역반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하는 레이저 처리 시스템(300)의 블록도를 도시한다. 본 시스템(300)은 90도가 아닌 각도(308)로 작업면(122) 위에 입사하는 레이저 빔(120)을 제공함으로써 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)(점선으로 도시)의 경로 사이에 공간적 분리를 생성한다. 그러나, 입사하는 빔의 "입사 각도"(308)의 이러한 변화는 도 2에 대해 전술된 바와 같이 빔 전달 조립체를 틸팅시켜서 달성되는 것이 아니다.

본 시스템(300)은 출력 섬유(110)를 가지는 섬유 레이저 소스(미도시)를 포함한다. 본 명세서에서 기술된 예에서, 섬유 기반 레이저는 이들 레이저가 역반사에 민감하기 때문에 논의된 것이다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 명세서에 기술된 내용으로부터 다른 유형의 레이저들도 역반사에 민감할 수 있고 또 임의의 유형의 레이저 소스가 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 다른 유형의 레이저는 본 명세서에 논의된 출력 섬유(110)와는 다른 레이저 빔 출력을 가질 수 있다. 실제로, 레이저 빔 출력은 작업면(122) 위에 빔이 초점 형성되기 전에 레이저 빔 경로를 가이드하는데 사용되는 여러 광학 소자의 조합을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 시스템(300)은 콜리메이터 조립체(112)와 초점 렌즈(116)를 더 포함한다. 출력 섬유(110)는 발산하는 레이저 빔(118)을 콜리메이터 조립체(112)로 지향시킨다. 콜리메이터 조립체(112)는, 초점 렌즈(116)에 입사하는 레이저 빔(120)이 실질적으로 콜리메이트된 것이도록 발산하는 레이저 빔(118)을 콜리메이팅한다. 초점 렌즈(116)는 수렴 렌즈이며, 기본 축(310)에 대해 실질적으로 대칭이다. 초점 렌즈(116)의 기본 축(310)은 작업면(122)에 실질적으로 수직이다.

입사하는 레이터 빔(120)은 콜리메이터 조립체(112)로부터 초점 렌즈(116)로 제 1 전파 축(312)을 따라 전파한다. 제 1 전파 축(312)은 초점 렌즈(116)의 기본 축(310)에 실질적으로 평행하다. 그러나, 입사하는 레이저 빔(120)의 제 1 전파 축(312)과 초점 렌즈(116)의 기본 축(310) 사이에는 오프셋(314)이 있다. 다시 말해, (콜리메이트된) 입사하는 레이저 빔(120)은 (도 1 및 도 2에 도시된 표준 레이아웃에서처럼) 렌즈(116)의 중심에서 초점 렌즈(116)에 도달하지는 않는다. 오히려, 입사하는 레이저 빔(120)은 렌즈(116)의 중심으로부터 오프셋(314)되어 초점 렌즈(116)에 도달한다. 일 실시예에서, 오프셋(314)의 크기는 콜리메이트된 입사하는 레이저 빔(120)의 직경의 거의 절반보다 더 크거나 같다. 후술하는 바와 같이, 그러한 크기의 오프셋(314)은 반사된 레이저 빔(123)과 입사하는 레이저 빔(120) 사이에 중첩을 감소시키거나 방지한다.

초점 렌즈(116)는 입사하는 레이저 빔(120)을 작업면(122) 상에 초점형성된 스폿 직경으로 수렴시킨다. 입사하는 레이저 빔(120)의 제 1 전파 축(312)과 초점 렌즈(116)의 기본 축(310) 사이에 오프셋(314)에 의해 제공되는 비대칭 배열로 인해, 초점 렌즈(116)는 입사하는 레이저 빔(120)을 초점 렌즈(116)의 기본 축(310) 쪽으로 "틸팅"시킨다. 따라서, 초점 렌즈(116)는 입사하는 레이저 빔의 경로를 제 1 전파 축(312)으로부터 작업면(122)과 수직이 아닌 도달 각도(308)로 교차하는 제 2 전파 축(316)으로 변화시킨다.

입사하는 레이저 빔(120)을 틸팅시키기 위해 오프셋(314)을 사용한 결과, 반사된 레이저 빔(123)의 경로는 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와는 각도로 분리된다. 따라서, 초점 렌즈(116)를 통해 복귀한 후, 반사된 레이저 빔(123)은 입사하는 레이저 빔(120)의 제 1 전파 축(312)으로부터 공간적으로 분리된 제 3 전파 축(318)을 따라 진행한다. 특정 실시예에서, 입사하는 레이저 빔(120)에 대응하는 제 1 전파 축(312)과, 반사된 레이저 빔(123)에 대응하는 제 3 전파 축(318) 사이의 오프셋(320)은, 반사된 레이저 빔(123)이 입사하는 레이저 빔(120)과 중첩하지 않도록 구성된다. 따라서, 반사된 레이저 빔(123)의 전부 또는 적어도 상당한 부분은 콜리메이터 조립체(118)를 통해 출력 섬유(110)로 복귀하지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 반사된 레이저 빔(123)의 작은 부분(322)이 출력 섬유(110)로 다시 연결되는 상황이 있을 수 있다. 이것은 일부 실시예에서 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 그러한 특정 실시예에서, 빔 차단부는 출력 섬유(110)와 작업면(122) 사이 어디엔가 위치되어, 반사된 레이저 빔(123)의 나머지 부분(322)이 출력 섬유(110)로 복귀하는 것을 차단한다. 예를 들어, 콜리메이터 조립체(118)와 초점 렌즈(116) 사이에 미러(미도시)가 배치될 수 있으며, 이 미러는 반사된 레이저 빔(123)의 실질적으로 전부를 콜리메이터 조립체(118)로부터 멀어지게(예를 들어, 빔 덤프로) 지향시킬 수 있다. 그러한 미러는 콜리메이트된 입사하는 레이저 빔(120)과 간섭하지 않도록 사이즈 정해지고 위치지정될 수 있다.

다른 디바이스가 또한 빔 차단부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 일 실시예에 따라 입사하는 레이저 빔(120)의 전파를 가능하게 하고 반사된 레이저 빔(123)의 전파를 차단하는 개구부(410)를 포함하는 레이저 처리 시스템(400)의 블록도를 도시한다. 이 개구부(410)는 입사하는 레이저 빔(120)의 제 1 전파 축에 대해 실질적으로 중심에 개구를 구비한다. 일 실시예에서, 개구부(410)는 입사하는 레이저 빔(120)이 콜리메이터 조립체(118)로부터 초점 렌즈(116)로 갈 수 있게 하기 위하여 (콜리메이트된) 입사하는 레이저 빔(120)의 직경보다 크거나 실질적으로 동일하다.

일 실시예에서, 시스템(400)은, {입사하는 레이저 빔(120)의 제 1 전파 축(312)과 렌즈(116)의 기본 축(310) 사이의 오프셋(314)의 크기와 초점 렌즈(116)의 초점 거리에 의해 정해진 것과 같은} 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이의 공간적 분리(320)가 콜리메이트된 입사하는 레이저 빔(120)의 직경의 약 1.5배 내지 2.0배 사이의 범위에 있도록 구성된다. 따라서, 입사하는 레이저 빔(120)의 직경과 상당한 개구 직경을 가지도록 개구부(410)를 선택함으로써, 임의의 상당한 역 반사가 출력 섬유(110)로 전파할 가능성이 상당히 감소된다.

나아가, 또는 다른 실시예에서, 오프셋 렌즈(116) 및/또는 빔 차단부{예를 들어, 도 4에 도시된 개구부(410)}는 빔 차단부와 초점 렌즈(116) 사이의 위치에 삽입된 2차 빔 위치지정기와 결합된다. 예를 들어, 도 5는 일 실시예에 따라 초점 렌즈(116)를 통해 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝하기 위해 2차 빔 위치지정기(510)를 포함하는 레이저 처리 시스템(500)의 블록도를 도시한다. 2차 빔 위치지정기(510)는 {예를 들어, 입사하는 레이저 빔이 개구부(410)에 있는 개구를 통해 지나간 후} 콜리메이트된 입사하는 레이저 빔(120)을 수신하며, 렌즈의 기본 축(310)으로부터 오프셋되어 초점 렌즈(116)를 따라 입사하는 레이저 빔(120)의 경로를 조향한다.

일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 위치지정 시스템(510)은 2개의 방향으로 입사하는 레이저 빔(120)을 조향하도록 구성된다. 제 1 갈바노미터(512)는 제 1 미러(514)를 조절하여, 제 1 방향으로 입사하는 레이저 빔(120)을 조향시키며, 제 2 갈바노미터(516)는 제 2 미러(518)를 조절하여 제 2 방향으로 입사하는 레이저 빔(120)을 조향시킨다. 통상의 기술자라면 본 명세서에 기술된 내용으로부터 다른 2차 빔 위치지정기 구성이 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

도 5, 도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 표준 "틸팅된 빔 전달 조립체" 접근법에 비해 본 명세서에 기술된 실시예들의 잇점들 중 하나를 도시한다. 즉, 기술된 실시예에서, 초점 렌즈(116)로부터 작업면(122) 상의 도달 점까지 빔 경로 길이는, 2차 빔 위치지정기(510)가 초점 렌즈(116)의 면을 통해 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝할 때에도 실질적으로 일정하게 유지된다. 도 5를 참조하면, 2차 빔 위치지정기(510)가 입사하는 레이저 빔(120)의 경로를 초점 렌즈(116)에 대하여 제 1 위치(520)로부터 제 2 위치(522)로 변화시킬 때, 제 1 위치(520)로부터 작업면(122)으로의 빔 경로(524)의 길이는 제 2 위치(522)로부터 작업면(122)으로의 빔 경로(526)의 길이와 실질적으로 동일하게 유지된다. 이 예에서, 제 1 미러(514)로부터 제 2 미러(518)로 초점 렌즈(116) 상에 있는 제 2 위치(522)를 통해 작업면(122)으로 입사하는 레이저 빔(120)의 경로는 점선으로 도시된다는 것이 주지된다.

도 6a와 도 6b는 특정 실시예에 따라 2차 빔 위치지정기(510)를 사용할 때 초점 면을 비교하는 각 레이저 처리 시스템들의 블록도를 도시한다. 도 6a는 틸팅된 빔 전달 서브시스템을 가지는 시스템(600)에서 사용되는 빔 위치지정기(510)를 도시한다. 도 6a에 도시된 실시예에서, 초점 렌즈(116)의 기본 축(310)은 작업면(122)과 수직하지 않다. 따라서, 2차 빔 위치지정기(510)가 기본 축(310)과 초점 렌즈(116)를 따른 다른 점들을 통해 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝할 때, 초점 면(610)이 이동한다. 도 6a에 도시된 초점 면(610)은 초점 렌즈(116)의 "틸팅된" 기본 축(310)과 실질적으로 수직한다. 작업면의 스폿 사이즈와 플루언스(fluence)의 결과적인 변동은 공정 성능을 저하시킬 수 있다.

이 문제는 본 명세서에서 기술된 실시예에 의해 감소되거나 회피된다. 예를 들어, 도 6b는, 초점 렌즈(116)의 기본 축(310)이 작업면(122)에 실질적으로 수직한, 도 5에 도시된 시스템(500)의 간략화된 형태를 도시한다. 따라서, 2차 빔 위치지정기(510)가 초점 렌즈(116)를 따라 하나 이상의 오프셋으로 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝할 때, 초점 면(612)은 작업면(122)과 실질적으로 평행하게 유지된다.

기술된 실시예는 패러데이 아이솔레이터(114)(도 1 참조)를 빔 경로에 삽입하는 표준 접근법에 비해 훨씬 더 간단하고 구현하기에 훨씬 더 값싸다. 기술된 실시예는 또한 초점 렌즈(116)의 면에 걸쳐 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝하는 2차 빔 위치지정기(510)가 존재하는 경우에도 이들 실시예들이 초점 렌즈(116)로부터 작업면(122)으로 일정한 빔 경로 길이를 제공하기 때문에 빔 전달 조립체를 틸팅시키는 접근법(도 2 참조)보다도 더 우수하다.

본 명세서에 기술된 시스템 및 방법이 섬유 레이저 기반 시스템과 연관된 역반사 문제를 해결하는 것이지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이 접근법이 또한 다른 유형의 레이저를 사용하는 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기본 원리를 벗어남이 없이 전술된 실시예의 상세사항에 많은 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 이하 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

110 : 출력 섬유 112 : 콜리메이터 조립체
114 : 편광에 민간함 패러데이 아이솔레이터
116 : 초점 렌즈 122 : 작업면
124 : 복굴절 웨지 126 : 패러데이 로테이터
128 : 복굴절 웨지 410 : 개구부
510 : 2차 빔 위지지정기 512, 516 : 갈바노미터
514, 518 : 미러 610 : 초점 면

Claims

역반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하는 레이저 처리 시스템에 있어서,
입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스와;
입사하는 레이저 빔을 작업면 쪽으로 지향시키는 레이저 빔 출력부와;
작업면에 실질적으로 수직한 제 1 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 수신하는 렌즈
를 포함하며,
상기 렌즈는 상기 제 1 전파 축에 실질적으로 평행하며 상기 제 1 전파 축으로부터 오프셋된 기본 축을 포함하며,
상기 렌즈는 작업면으로부터 오는 반사된 레이저 빔의 적어도 상당한 부분이 레이저 빔 출력부로 되돌아가지 않도록 작업면과 수직하지 않은 각도를 형성하는 제 2 전파 축을 따라 입사하는 레이저 빔을 작업면 상으로 초점 형성하도록 구성되는,
레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 반사된 레이저 빔의 다른 부분이 레이저 빔 출력부로 가는 경로를 따라 되돌아가는 것을 방지하기 위해 상기 레이저 빔 출력부와 상기 작업면 사이에 위치된 빔 차단부(beam-stop)를 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 빔 차단부는 상기 레이저 빔 출력부와 상기 렌즈 사이에 위치되며, 상기 빔 차단부는 입사하는 레이저 빔의 제 1 전파 축에 대해 실질적으로 중심에 개구를 포함하며, 상기 개구는, 입사하는 레이저 빔이 레이저 빔 출력부로부터 렌즈로 지나갈 수 있게 입사하는 레이저 빔의 직경보다 더 크거나 실질적으로 동일한, 레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈를 통해 입사하는 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 상기 레이저 빔 출력부와 상기 렌즈 사이에 위치된 2차 빔 위치지정기를 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 2차 빔 위치지정기는 렌즈에 대하여 제 1 위치로부터 제 2 위치로 입사하는 레이저 빔의 경로를 변경시키며, 상기 렌즈로부터 작업면으로 입사하는 레이저 빔의 경로는, 초점면이 작업면과 실질적으로 평행하도록 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에 실질적으로 일정하게 유지되는, 레이저 처리 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 2차 빔 위치지정기는 한 쌍의 갈바노미터 구동 미러를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저 소스는 섬유 레이저를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔 출력부는 광 섬유를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔 출력부와 렌즈 사이에 위치된 콜리메이터를 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈의 기본 축과 입사하는 빔의 제 1 전파 축 사이의 오프셋은 입사하는 레이저 빔의 직경의 대략 절반 이상인, 레이저 처리 시스템.
레이저로 작업물을 처리하는 방법에 있어서,
입사하는 레이저 빔을 생성하는 단계와;
상기 입사하는 레이저 빔을 제 1 전파 축을 따라 렌즈로 전파시키는 단계와;
제 1 전파 축으로부터 제 2 전파 축으로 입사하는 레이저 빔의 경로를 렌즈로 변화시키는 단계
를 포함하며,
상기 제 2 전파 축은 상기 작업면과 수직하지 않은 각도를 형성하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 입사하는 레이저 빔의 경로를 변화시키는 단계는 제 1 전파 축에서 오프셋되게 레이저 빔의 기본 축을 위치시키는 단계를 포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 렌즈의 기본 축과 입시하는 빔의 제 1 전파 축 사이의 오프셋은 입사하는 레이저 빔의 직경의 대략 절반 이상인, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 11 항에 있어서, 반사된 빔의 적어도 일부분이 상기 제 1 전파 축을 따라 전파하는 것을 차단하는 단계를 더 포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 제 1 전파 축에 대해 중심을 둔 개구를 통해 입사하는 레이저 빔을 통과시키는 단계를 더 포함하며, 상기 개구는 입사하는 빔의 직경보다 더 크거나 대략 동일한, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 11 항에 있어서, 스캔 동안 상기 초점 형성 수단과 작업면 사이에 실질적으로 동일한 빔 경로 길이를 유지하기 위하여 2차 빔 위치지정기를 사용하여 렌즈를 통해 입사하는 빔을 스캐닝하는 단계를 더 포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 입사하는 레이저 빔이 제 1 전파 축을 따라 전파할 때 입사하는 레이저 빔을 실질적으로 콜리메이트하는 단계를 더 포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
레이저 처리 시스템에 있어서,
입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성 수단과;
상기 입사하는 레이저 빔을 작업면 쪽으로 지향시키는 출력 수단과;
상기 입사하는 레이저 빔을 작업면 상으로 초점 형성하는 초점 형성 수단
을 포함하며,
상기 초점 형성 수단은 작업면과 실질적으로 수직한 제 1 전파 축을 포함하며, 상기 초점 형성 수단의 기본 축은 제 1 전파 축으로부터 입사하는 레이저 빔을 작업면과 수직하지 않은 제 2 전파 축으로 재지향시키기 위하여 제 1 전파 축과 오프셋되어 있는, 레이저 처리 시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 입사하는 레이저 빔이 출력 수단으로부터 초점 형성 수단으로 지나가게 하고, 반사된 빔의 적어도 일부분이 상기 초점 형성 수단으로부터 출력 수단으로 지나가는 것을 차단하는 개구 수단을 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 19 항에 있어서, 스캔 동안 상기 초점 형성 수단과 작업면 사이에 실질적으로 동일한 빔 경로 길이를 유지하기 위하여 초점 형성 수단을 통해 입사하는 빔을 스캐닝하는 빔 위치지정 수단을 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.