KR20130140673A

KR20130140673A - 레이저 마이크로 기계가공 시스템에서 후방 반사 감소

Info

Publication number: KR20130140673A
Application number: KR1020137009696A
Authority: KR
Inventors: 구앙유 리; 메흐멧 이. 알페이
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-12-24
Also published as: TW201233474A; JP2014504956A; US8878095B2; US20120152918A1; CN103260811A; WO2012082930A2; WO2012082930A3

Abstract

시스템 및 방법이 레이저 처리 시스템에 후방 반사를 감소시키거나 방지한다. 시스템은 입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스, 상기 입사하는 레이저 빔을 빔 경로를 따라 작업면 쪽으로 지향시키는 레이저 빔 출력, 및 공간 필터를 포함한다. 이 시스템은 상기 공간 필터를 통해 수신된 입사하는 레이저 빔의 직경을 확대하는 빔 익스팬더, 및 작업면 위 타깃 위치에 상기 확대된 입사하는 레이저 빔을 포커싱하는 스캔 렌즈를 더 포함한다. 상기 작업면으로부터 반사된 레이저 빔은 스캔 렌즈를 통해 빔 익스팬더로 리턴하고, 빔 익스팬더는 반사된 빔의 직경을 감소시키고 반사된 레이저 빔의 발산각을 증가시킨다. 공간 필터는 발산하는 반사된 레이저 빔의 일부분이 개구부를 통과하여 레이저 빔 출력으로 리턴하는 것을 차단한다.

Description

레이저 마이크로 기계가공 시스템에서 후방 반사 감소{REDUCING BACK-REFLECTION IN LASER MICROMACHINING SYSTEMS}

본 발명은 레이저로 물질을 처리하는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 레이저 빔 후방 반사를 감소시키는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 특정 레이저는 작업면으로부터 레이저로 되반사되는 레이저 빔으로부터의 광학적 피드백에 민감할 수 있다. 레이저 후방 반사는 레이저 불안정성을 일으키거나 특정 유형의 레이저에 손상을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 파이버(fiber) 레이저는 일반적으로 작업면으로부터 후방 반사에 매우 민감하다. 이러한 반사가 적절히 차단되지 않는다면, 예를 들어, 이러한 반사가 출력 파이버에 되결합되는 리턴 경로가 존재한다면, 출력 파이버와 이득 파이버가 손상될 수 있는 것이 가능하다. 나아가, 시드(seed) 레이저는 이 시드 레이저로 되돌아가는 동안 증폭되는 반사광에 의해 고출력 마스터 발진기 파이버 증폭기 디바이스에서 손상될 수 있다. 레이저 마이크로 기계가공 시스템과 같은 많은 레이저 처리 시스템에서는 그리하여 이 후방 반사가 출력 파이버로 되돌아가는 리턴 경로(return path)가 없게 하는 것이 바람직하다.

레이저 처리 시스템에서 후방 반사를 감소시키거나 회피하는 하나의 솔루션은 미시건주 트래버스 시티(Traverse City) 소재 Electro-Optics Technology 사에 의해 제조되는 아이솔레이터(isolator)와 같은 패러데이 아이솔레이터(Faraday isolator)를 사용하는 것이다. 레이저 소스 또는 출력 파이버 뒤 빔 경로에 패러데이 아이솔레이터를 배치하는 것은 레이저 소스 또는 출력 파이버로 후방 반사가 리턴하기 전에 자유 공간에서 후방 반사를 차단한다.

예를 들어, 도 1a는 레이저 소스(102), 아이솔레이터(104), 빔 전달 서브시스템(106) 및 스캔 헤드(108)를 구비하는 일반적인 레이저 시스템(101)의 블록도이다. 레이저 소스(102)는 아이솔레이터(104)에 의해 수신된 레이저 빔(103)을 출력한다. 아이솔레이터(104)는 레이저 빔(103)이 빔 전달 서브시스템(106)과 스캔 헤드(108)를 통해 작업면(122) 위 원하는 위치로 일 방향으로만(예를 들어, 화살표로 나타낸 바와 같이) 전파되게 한다. 따라서, 아이솔레이터(104)는 레이저 소스(102)에 후방 반사가 도달하는 것을 방지하기 위하여 스캔 헤드(108)와 빔 전달 서브시스템(106)을 통해 작업면(122)으로부터 후방 반사를 차단한다.

선형 편광된 레이저 시스템에서 아이솔레이터(104)는 입력 편광기(미도시), 패러데이 회전자(미도시) 및 출력 편광기(미도시)를 구비하는 편광 의존 아이솔레이터일 수 있다. 레이저 소스(102) 뒤에 도시되었으나, 아이솔레이터(104)는 예를 들어 스캔 헤드(108) 내 또는 (예를 들어, 갈바노미터, 조향 미러, 렌즈 및 다른 광학 요소를 구비할 수 있는) 빔 전달 서브시스템(106) 내와 같은 빔 경로를 따라 다른 위치에 위치될 수 있다.

랜덤하게 편광된 레이저 시스템에서 편광 독립 광학 아이솔레이터가 후방 반사를 방지하거나 감소시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1b는 출력 파이버(110), 콜리메이터 조립체(112), 패러데이 아이솔레이터(114) 및 포커싱 렌즈(116)를 구비하는 일반적인 파이버 레이저 처리 시스템(100)의 블록도이다. 출력 파이버(110)는 레이저 소스(미도시)로부터 콜리메이터 조립체(112)로 발산하는 레이저 빔(118)을 지향시킨다(direct). 콜리메이터 조립체(112)는 발산하는 레이저 빔(118)을 시준하여(collimate) 시준된 레이저 빔(120)을 패러데이 아이솔레이터(114)에 제공한다.

패러데이 아이솔레이터(114)는 일 방향으로만 광의 전송을 가능하게 한다. 시준된 레이저 빔(120)은 패러데이 아이솔레이터(114)를 통해 포커싱 렌즈(116)로 전송되며, 이 포커싱 렌즈는 작업면(122) 위로 빔을 포커싱시킨다. 입사하는 레이저 빔의 경로는 작업면(122)에 수직이므로, 반사된 레이저 빔(123)(대시선으로 도시)은 포커싱 렌즈(116)를 통해 역방향으로 패러데이 아이솔레이터(114)로 입사하는 레이저 빔(120)의 것과 동일한 경로를 따라 진행한다. 그러나, 패러데이 아이솔레이터(114)는 출력 파이버(110)로 되돌아가는 역경로를 따라 반사된 레이저 빔이 계속 진행하는 것을 방지한다.

출력 파이버(110)를 빠져나가는 레이저 빔(118)이 (종종 그러한 바와 같이) 랜덤하게 편광된 경우, 패러데이 아이솔레이터(114)는 편광에 무감각(insensitive)하도록 구성된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 편광 무감각 패러데이 아이솔레이터(114)는 입력 복굴절 웨지(birefringent wedge)(124), 패러데이 회전자(Faraday rotator)(126) 및 출력 복굴절 웨지(128)를 구비할 수 있다. 이 아이솔레이터는 상업적으로 이용가능하지만 이들 아이솔레이터는 (특히 고출력 빔에 사용하도록 구성될 때) 통상 부피가 상당하고, 고가이며, 시스템 정렬에 복잡성을 추가한다. 광학 아이솔레이터는 또한 고출력 응용에 열 렌즈 효과(thermal lensing effect)를 받을 수 있다.

후방 반사를 감소시키거나 회피하는 다른 접근법은 작업면에 도달하는 빔의 입사각이 90도가 아니도록 작업면(122)에 대하여 전체 빔 전달 서브시스템을 "틸팅(tilt)"하는 것이다. 예를 들어, 도 2는 입사하는 레이저 빔(120)의 경로가 작업면(122)에 비수직이도록 틸팅된 빔 전달 서브시스템(예를 들어, 출력 파이버(110), 콜리메이터 조립체(112) 및 포커싱 렌즈(116))을 구비하는 다른 일반적인 파이버 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 경로로부터 각도적으로(angularly) 분리된다. 반사된 레이저 빔(123)의 일부분(210)은 포커싱 렌즈(116)를 통해 출력 파이버(110)로 되전파될 수 있다. 그러나, 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이에 각도 분리는 공간적 분리에 대응하며 이는 후방 반사된 빔(123)이 출력 파이버(110)에 결합되는 것을 실질적으로 방지한다. 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이에 공간적 분리의 양은 포커싱 렌즈(116)의 초점 거리(focal length)와 빔 전달 서브시스템의 (작업면(122)에 대한) 각도 틸팅 양에 비례한다. 따라서, 공간적 분리의 양은 초점 거리, 각도 틸팅, 또는 초점 거리와 및 각도 틸팅 둘 모두 중 어느 것을 증가시키는 것에 의해 증가될 수 있다.

전술된 바와 같이, 작업면(122)에 대하여 전체 빔 전달 서브시스템을 틸팅하는 것은 후방 반사를 감소시키지만, 이것은 또한 작업면(122)에 대하여 초점면을 틸팅한다. 이것은 작업면(122)의 스폿 사이즈와 플루언스(fluence)에 변동을 초래한다. 이들 변동은 처리 성능을 저하시킨다.

본 발명을 통해, 레이저 불안정성을 일으키거나 특정 유형의 레이저에 손상을 일으킬 수 있는 레이저 후방 반사를 감소시키고자 한다.

개시된 시스템 및 방법은 레이저 처리 시스템에서 후방 반사를 감소시키거나 방지한다. 일 실시예에서, 시스템은 입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스, 입사하는 레이저 빔을 빔 경로를 따라 작업면 쪽으로 지향시키는 레이저 빔 출력, 및 공간 필터를 포함한다. 이 시스템은 공간 필터를 통해 수신된 입사하는 레이저 빔의 직경을 확대하는 빔 익스팬더(beam expander), 및 확대된 입사하는 레이저 빔을 작업면 상의 타깃 위치에 포커싱시키는 스캔 렌즈(scan lens)를 더 포함한다. 작업면으로부터 반사된 레이저 빔은 스캔 렌즈를 통해 빔 익스팬더로 리턴하며, 이 빔 익스팬더는 반사된 빔의 직경을 감소시키고 반사된 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 증가시킨다. 공간 필터(spatial filter)는 발산하는 반사된 레이저 빔의 일부가 개구부를 통과하여 레이저 빔 출력으로 리턴하는 것을 차단한다.

추가적으로 또는 다른 실시예에서, 이 시스템은 빔 경로를 따라 내부 초점 위치에서 입사하는 레이저 빔을 포커싱시키는 포커싱 광학기기를 포함할 수 있다. 공간 필터의 개구부는 초점 위치에 위치된다. 포커싱 광학기기는 케플러식 망원경(Keplerian telescope)을 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 다른 실시예에서, 이 시스템은 f-쎄타(theta) 렌즈를 포함할 수 있다. f-쎄타 렌즈의 스캔 필드의 중심 부분은 타깃 위치에서 작업면을 레이저 처리하는데 사용되지 않는 미리 결정된 사이즈의 데드 영역(dead zone)으로 지정될 수 있다.

추가적으로 또는 다른 실시예에서, 이 시스템은 f-쎄타 렌즈에 걸쳐 입사하는 레이저 빔을 스캔하기 위해 스캔 렌즈와 레이저 빔 출력 사이에 위치된 제2빔 위치지정기를 포함할 수 있다. 제2빔 위치지정기는 스캔 렌즈에 대하여 제1위치로부터 제2위치로 입사하는 레이저 빔의 경로를 변경할 수 있다. 제2빔 위치지정기는 또한 데드 영역을 회피하기 위하여 스캔 렌즈에서 입사하는 레이저 빔의 스캔 각도를 제어할 수 있다.

다른 실시예에서, 방법은 레이저로 입사하는 레이저 빔을 생성하는 단계, 작업면 쪽으로 빔 경로를 따라 입사하는 레이저 빔을 전파시키는 단계 및 작업면에서 더 작은 스폿 사이즈를 달성하기 위해 빔 경로를 따라 제1직경으로부터 제2직경으로 입사하는 레이저 빔을 확대하는 단계를 포함한다. 이 확대는 입사하는 레이저 빔의 발산을 감소시키게 한다. 이 방법은 빔 경로를 따라 역방향으로 작업면으로부터 반사된 레이저 빔을 수신하는 단계 및 제2직경으로부터 제1직경으로 반사된 레이저 빔의 사이즈를 감소시키는 단계를 더 포함한다. 이 감소는 반사된 레이저 빔의 발산 각과 지향 각을 증가시키게 한다. 이 방법은 발산하는 반사된 레이저 빔의 적어도 일부가 레이저로 리턴하는 것을 차단하기 위해 발산하는 반사된 레이저 빔을 공간적으로 필터링하는 단계를 더 포함한다.

추가적인 측면과 이점은 첨부 도면을 참조하여 진행하는 바람직한 실시예의 이하 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

본 발명의 여러 실시예를 포함하는 본 발명의 비제한적이고 비배타적인 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.

본 발명에 있어서, 개시된 시스템 및 방법은 레이저 처리 시스템에서 후방 반사를 감소시키거나 방지한다.

도 1a는 일반적인 레이저 시스템의 블록도;
도 1b는 후방 반사를 감소시키기 위하여 패러데이 아이솔레이터를 구비하는 일반적인 파이버 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 2는 후방 반사를 감소시키기 위하여 틸팅된 빔 전달 서브시스템을 구비하는 다른 일반적인 파이버 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 3은 일 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하는 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 4는 일 실시예에 따라 입사하는 레이저 빔의 전파를 허용하고 반사된 레이저 빔의 전파를 차단하는 개구부를 구비하는 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 5는 일 실시예에 따라 포커싱 렌즈에 걸쳐 입사하는 레이저 빔을 스캔하기 위해 제2빔 위치지정기를 구비하는 레이저 처리 시스템의 블록도;
제6a 및 도 6b는 특정 실시예에 따라 제2빔 위치지정기를 사용할 때 초점면을 비교하는 각 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 7a 및 도 7b는 특정 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하기 위해 케플러식 망원경을 구비하는 레이저 처리 시스템의 블록도;
도 8은 특정 실시예에 따라 사용된 f-쎄타 렌즈의 블록도;
도 9는 일 실시예에 따라 도 8에 도시된 f-쎄타 렌즈의 스캔 필드(scan field)를 개략적으로 도시한 도면;
도 10a 및 도 10b는 특정 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 회피하기 위해 공간 필터와 사용되는 빔 익스팬더를 구비하는 레이저 처리 시스템의 블록도.

본 명세서에 설명된 여러 시스템 및 방법은 부피가 크고 및/또는 고가의 아이솔레이터를 사용함이 없이 후방 반사가 레이저 처리 시스템의 출력 파이버에 결합하는 것을 감소하거나 방지한다. 일 실시예에서, 포커싱 렌즈가 빔 전파 축으로부터 오프셋(offset)된 거리에서 빔 경로에 배치되어 작업면에 대하여 입사하는 빔에 비 수직 "입사각"을 부여한다. 이것은 작업면에 대하여 전체 빔 전달 서브시스템을 틸팅함이 없이 입사하는 빔 경로와 반사된 빔 경로 사이에 공간적 분리를 제공한다. 일 실시예에서, 개구부는 후방 반사된 레이저 빔이 출력 파이버에 도달하는 것을 더 차단한다. 추가적으로 또는 다른 실시예에서, 제2빔 위치지정기는 스캔 초점면이 실질적으로 작업면에 평행하도록 포커싱 렌즈의 주축(primary axis)에서 오프셋되어 포커싱 렌즈에 걸쳐 입사하는 레이저 빔을 스캔한다.

본 명세서에 개시된 다른 실시예는 저비용의 구성을 가지는 후방 반사를 효과적으로 감소시킨다. 이들 실시예는 내부 초점에 공간 필터를 구비하는 케플러식 망원경을 사용하는 것, f-쎄타 렌즈의 스캔 필드의 미리 결정된 부분을 사용하는 것, 공간 필터를 구비하는 빔 익스팬더를 사용하는 것 및/또는 이들의 조합을 사용하는 것을 포함한다. 시스템 구성 및 처리될 부분의 표면 품질에 따라, 이들 실시예는 후방 반사 문제를 효과적으로 감소시키거나 방지할 수 있다.

이제 동일한 참조 부호가 동일한 요소를 나타내는 도면을 참조한다. 이하 상세한 설명에서 수치에 관한 특정 상세는 본 명세서에 설명된 실시예를 보다 잘 이해하기 위해 제공된 것이다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이 실시예가 하나 이상의 특정 상세 없이 또는 다른 방법, 성분, 또는 물질로 실시될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 나아가, 일부 경우에, 잘 알려진 구조, 물질 또는 동작이 실시예의 측면을 불명확하게 하는 것을 피하기 위하여 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 나아가, 설명된 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하는 레이저 처리 시스템(300)의 블록도이다. 이 시스템(300)은 입사하는 레이저 빔(120)을 90도가 아닌 각도(308)로 작업면(122)에 제공하는 것에 의해 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사 레이저 빔(123)(대시선으로 도시)의 경로 사이에 공간적 분리를 생성한다. 그러나, 입사 빔의 "도달 각도(angle of attack)"(308)의 이러한 변화는 도 2에 대하여 전술된 바와 같이 빔 전달 조립체를 틸팅하는 것에 의해 달성되지 않는다.

이 시스템(300)은 출력 파이버(110)를 구비하는 파이버 레이저 소스(미도시)를 구비한다. 본 명세서에 설명된 예에서, 파이버 기반 레이저는 이들 레이저가 후방 반사에 민감하므로 설명된다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 명세서에 설명된 개시 내용으로부터 다른 유형의 레이저도 후방 반사에 민감할 수 있다는 것과 임의의 유형의 레이저 소스가 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 다른 유형의 레이저는 본 명세서에 설명된 출력 파이버(110)와는 다른 레이저 빔 출력을 구비할 수 있다. 사실, 레이저 빔 출력은 빔이 작업면(122)에 포커싱되기 전에 레이저 빔의 경로를 가이드하는데 사용되는 여러 광학 요소의 조합을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 시스템(300)은 콜리메이터 조립체(112)와 포커싱 렌즈(116)를 더 구비한다. 출력 파이버(110)는 발산하는 레이저 빔(118)을 콜리메이터 조립체(112)로 지향시킨다. 콜리메이터 조립체(112)는 포커싱 렌즈(116)에 입사하는 레이저 빔(120)이 실질적으로 시준되도록 발산하는 레이저 빔(118)을 시준한다. 포커싱 렌즈(116)는 수렴 렌즈이고 그 주축(310)에 대해 실질적으로 대칭적이다. 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)은 작업면(122)에 실질적으로 수직이다.

입사하는 레이저 빔(120)은 콜리메이터 조립체(112)로부터 포커싱 렌즈(116)로 제1전파 축(312)을 따라 전파된다. 제1전파 축(312)은 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)에 실질적으로 평행하다. 그러나, 입사하는 레이저 빔(120)의 제1전파 축(312)과 포커싱 렌즈(116)의 주축(310) 사이에는 오프셋(314)이 있다. 다시 말해, (시준된) 입사하는 레이저 빔(120)은 (도 1b 및 도 2에 도시된 표준 레이아웃에서와 같이) 렌즈(116)의 중심에 포커싱 렌즈(116)에 도달하지 않는다. 오히려, 입사하는 레이저 빔(120)은 렌즈(116)의 중심으로부터 오프셋(314)되어 포커싱 렌즈(116)에 도달한다. 일 실시예에서, 오프셋(314)의 양은 시준된 입사하는 레이저 빔(120)의 직경의 대략 절반 이상이다. 후술되는 바와 같이, 이러한 오프셋(314)의 양은 반사된 레이저 빔(123)과 입사하는 레이저 빔(120) 사이에 중첩을 감소시키거나 방지한다.

포커싱 렌즈(116)는 입사하는 레이저 빔(120)을 작업면(122)에 포커싱된 스폿 직경으로 수렴시킨다. 입사하는 레이저 빔(120)의 제1전파 축(312)과 포커싱 렌즈(116)의 주축(310) 사이 오프셋(314)에 의해 제공된 비대칭 배열의 결과, 포커싱 렌즈(116)는 포커싱 렌즈(116)의 주축(310) 쪽으로 입사하는 레이저 빔(120)을 "틸팅"시킨다. 따라서, 포커싱 렌즈(116)는 제1전파 축(312)으로부터, 비수직인 도달 각도(308)로 작업면(122)과 교차하는 제2전파 축(316)으로 입사하는 레이저 빔을 변화시킨다.

입사하는 레이저 빔(120)을 틸팅시키기 위하여 오프셋(314)을 사용한 결과, 반사된 레이저 빔(123)의 경로는 입사하는 레이저 빔(120)의 경로로부터 각도적으로 분리된다. 따라서, 포커싱 렌즈(116)를 통해 리턴한 후 반사된 레이저 빔(123)은 입사하는 레이저 빔(120)의 제1전파 축(312)으로부터 공간적으로 분리된 제3전파 축(318)을 따라 진행한다. 특정 실시예에서, 입사하는 레이저 빔(120)에 대응하는 제1전파 축(312)과 반사된 레이저 빔(123)에 대응하는 제3전파 축(318) 사이의 오프셋(320)은 반사된 레이저 빔(123)이 입사하는 레이저 빔(120)과 중첩되지 않도록 구성된다. 따라서, 반사된 레이저 빔(123)의 전부 또는 적어도 상당한 부분이 콜리메이터 조립체(112)를 통해 출력 파이버(110)로 리턴하지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 반사된 레이저 빔(123)의 작은 부분(322)이 출력 파이버(110)에 되결합하지 않는 상황이 있을 수 있다. 이것은 일부 실시예에서 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 특정 실시예에서, 빔 차단부(beam stop)가 출력 파이버(110)와 작업면(122) 사이 어딘가에 위치되어 반사된 레이저 빔(123)의 나머지 부분(322)이 출력 파이버(110)로 리턴하는 것을 방지한다.

다른 디바이스들이 빔 차단부로 사용될 수도 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 구비하는 레이저 처리 시스템(400)의 블록도이다. 이 개구부(410)는 입사하는 레이저 빔(120)의 제1전파 축에 대해 실질적으로 중심을 둔 개구(opening)를 구비한다. 일 실시예에서, 개구부(410)는 (시준된) 입사하는 레이저 빔(120)의 직경과 실질적으로 동일하거나 이보다 더 커서 입사하는 레이저 빔(120)이 콜리메이터 조립체(112)로부터 포커싱 렌즈(116)로 통과하게 한다.

일 실시예에서, 시스템(400)은 (포커싱 렌즈(116)의 초점 거리, 및 입사하는 레이저 빔(120)의 제1전파 축(312)과 포커싱 렌즈(116)의 주축(310) 사이의 오프셋(314)의 양으로 결정되는) 입사하는 레이저 빔(120)의 경로와 반사된 레이저 빔(123)의 경로 사이에 공간적 분리(320)가 시준된 입사하는 레이저 빔(120)의 직경의 대략 1.5배 내지 2.0배 범위에 있도록 구성된다. 따라서, 입사하는 레이저 빔(120)의 것과 유사한 개구 직경을 구비하도록 개구부(410)를 선택하는 것에 의해, 임의의 상당한 후방 반사가 출력 파이버(110)로 전파될 가능성이 실질적으로 감소된다.

추가적으로 또는 다른 실시예에서, 포커싱 렌즈(116) 및/또는 빔 차단부(예를 들어, 도 4에 도시된 개구부(410))는 빔 차단부와 포커싱 렌즈(116) 사이 위치에 삽입된 제2빔 위치지정기와 결합된다. 예를 들어, 도 5는 일 실시예에 따라 포커싱 렌즈(116)에 걸쳐 입사하는 레이저 빔(120)을 스캔하기 위해 제2빔 위치지정기(510)를 구비하는 레이저 처리 시스템(500)의 블록도이다. 제2빔 위치지정기(510)는 (예를 들어, 개구부(410)의 개구를 통과한 후) 시준된 입사하는 레이저 빔(120)을 수신하고, 포커싱 렌즈(116)를 따라 입사하는 레이저 빔(120)의 경로를 렌즈의 주축(310)으로부터 오프셋되게 조향한다.

일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2위치지정 시스템(510)은 입사하는 레이저 빔(120)을 2개의 방향으로 조향하도록 구성된다. 제1갈바노미터(galvanometer)(512)는 제1미러(514)를 조절하여 입사하는 레이저 빔(120)을 제1방향으로 조향하고, 제2갈바노미터(516)는 제2미러(518)를 조절하여 입사하는 레이저 빔(120)을 제2방향으로 조향한다. 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 개시 내용으로부터 다른 제2빔 위치지정기 구성이 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 도 5에 도시되지는 않았지만, 제2빔 위치지정기(510)는 특정 실시예에서 이 갈바노미터(512, 516)의 위치를 제어하기 위해 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 명령을 실행하는 프로세서를 구비하는 제어기를 포함할 수 있다.

도 5, 도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 표준 "틸팅된 빔 전달 조립체" 접근법에 비해 본 명세서에 설명된 실시예의 이점 중 하나를 도시한다. 즉, 개시된 실시예에서, 포커싱 렌즈(116)로부터 작업면(122) 위 충돌 지점으로 빔 경로 거리는 제2빔 위치지정기(510)가 포커싱 렌즈(116)의 면에 걸쳐 입사하는 레이저 빔(120)을 스캔할 때에도 실질적으로 일정하게 유지된다. 도 5를 참조하면, 제2빔 위치지정기(510)는 포커싱 렌즈(116)에 대하여 제1위치(520)로부터 제2위치(522)로 입사하는 레이저 빔(120)의 경로를 변경시킬 때, 제1위치(520)로부터 작업면(122)으로 빔 경로(524)의 거리는 제2위치(522)로부터 작업면(122)으로 빔 경로(526)의 거리와 실질적으로 동일하게 유지된다. 이 예에서, 제1미러(514)로부터 제2미러(518)로 그리고 포커싱 렌즈(116) 위 제2위치(522)를 통해 작업면(122)으로 입사하는 레이저 빔(120)의 경로는 대시선으로 도시된다.

도 6a 및 도 6b는 특정 실시예에 따라 제2빔 위치지정기(510)를 사용할 때 초점면을 비교하는 각 레이저 처리 시스템의 블록도이다. 도 6a는 틸팅된 빔 전달 서브시스템을 구비하는 시스템(600)에 사용된 빔 위치지정기(510)를 도시한다. 도 6a에 도시된 실시예에서, 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)은 작업면(122)에 비수직이다. 따라서, 제2빔 위치지정기(510)가 포커싱 렌즈(116)를 따라 주축(310)과 다른 지점을 통해 입사하는 레이저 빔(120)을 스캐닝할 때, 초점면(610)이 이동한다. 도 6a에 도시된 초점면(610)은 포커싱 렌즈(116)의 "틸팅된" 주축(310)에 실질적으로 수직이다. 작업면의 스폿 사이즈와 플루언스의 연속되는 변동은 처리 성능을 저하시킬 수 있다.

이 문제는 본 명세서에 설명된 실시예에 의해 감소되거나 회피된다. 예를 들어, 도 6b는 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)이 작업면(122)에 실질적으로 수직인 도 5에 도시된 시스템(500)의 간략화된 형태를 도시한다. 따라서, 제2빔 위치지정기(510)는 포커싱 렌즈(116)를 따라 하나 이상의 오프셋으로 입사하는 레이저 빔(120)을 스캔할 때, 초점면(612)이 작업면(122)과 실질적으로 평행하게 유지된다.

전술된 실시예는 편광 무감각 패러데이 아이솔레이터(114)(도 1b 참조)를 빔 경로에 삽입하는 표준 접근법에 비해 훨씬 더 간단하고 더 값싸다. 설명된 실시예는, 포커싱 렌즈(116)의 면에 걸쳐 입사하는 레이저 빔(120)을 스캔하는 제2빔 위치지정기(510)의 존재 하에서도 포커싱 렌즈(116)로부터 작업면(122)으로 일정한 빔 경로 길이를 제공하므로 빔 전달 조립체 틸팅 접근법(도 2 참조)에 비해 또한 우수하다.

도 3, 도 4, 도 5 및 도 6b에 도시된 실시예는 레이저 빔(120)이 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)과 평행할 때 용이하게 구현될 수 있다. 그러나, 제2빔 위치지정기(510)는 도 6b에서 편향된 레이저 빔(120')의 대시선으로 도시된 바와 같이 포커싱 렌즈(116)의 주축(310)에 대하여 더 큰 각도로 레이저 빔(120)을 편향시키므로, 포커싱된 레이저 빔(120)을 작업면(122)의 원하는 타깃 위치로 정확히 지향하는 것이 더 어렵게 될 수 있다. 다시 말해, 상대적으로 더 큰 스캔 필드에 대해 이를 구현하는 것보다 포커싱 렌즈(116)의 작은 스캔 필드에 대해서 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6b에 도시된 실시예를 구현하는 것이 더 용이할 수 있다. 후술되는 실시예는 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6b에서 도시된 실시예에 비해 상대적으로 더 큰 스캔 필드에 대해 후방 반사를 감소시키거나 방지하는데 보다 용이하게 구현된다.

도 7a 및 도 7b는 특정 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 실질적으로 방지하도록 케플러식 망원경(700)을 구비하는 레이저 처리 시스템의 블록도이다. 도 7a 및 도 7b에서 예시를 위한 목적으로, 레이저 출력(712)으로부터 (예를 들어, 도 3에서 출력 파이버(110) 및/또는 콜리메이터 조립체(112)로부터) 레이저 빔(710)은 실선으로 도시되고, 스캔 헤드(716)를 통해 (예를 들어 더 큰 각도로) 다시 통과하는 작업면(예를 들어, 도 3에서 작업면(122))으로부터 산란 또는 반사된 레이저 빔(714)은 대시선으로 도시된다. 도시되지는 않았지만, 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 개시 내용으로부터 반사의 일부분이 또한 (예를 들어, 더 작은 각도로) 레이저 빔(710)의 축을 따라 직접 다시 통과할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

케플러식 망원경(700)은 제1렌즈(718)와 제2렌즈(720)를 포함한다. 렌즈(718, 720)는 예를 들어, 단일 평볼록 렌즈를 각각 포함할 수 있다. 제1렌즈(718)는 레이저 출력(712)으로부터 수신된 시준된 레이저 빔(710)을 내부 초점 위치(722)에 포커싱한다. 제2렌즈(720)는 레이저 빔(710)을 재시준하고 이를 스캔 헤드(716)에 제공한다. 제2렌즈(720)는 레이저 빔이 스캔 헤드(716)를 통해 되전파될 때 반사된 레이저 빔(714)을 또한 수신하고 반사된 레이저 빔(714)을 내부 초점 위치(722)에 반사한다. 도 7a에서, 반사된 레이저 빔(714)은 제1렌즈(718)를 통해 레이저 출력(712)으로 되통과된다. 그러나, 도 7b에 도시된 실시예는 (예를 들어, 더 높은 각도로) 반사된 레이저 빔(714)의 상당한 부분을 차단하기 위해 케플러식 망원경(700)의 내부 초점 위치(722)에 위치된 공간 필터(724)를 포함한다.

일 실시예에서, 공간 필터(724)는 핀홀(pinhole) 개구부일 수 있다. 다른 실시예에서, 공간 필터(724)는 더 높은 각도로 반사된 레이저 빔(714)을 포획하도록 구성된 원추형 형상의 필터 또는 다른 디바이스일 수 있다. 더 높은 각도로 반사된 레이저 빔(714)의 파워 레벨에 따라, 공간 필터(724)는 특정 실시예에서 물로 냉각될 수 있다. 공간 필터(724)의 개구부 직경은 레이저 빔(710)(예를 들어, 레이저 출력(712)에서)의 입력 직경 및 케플러식 망원경(700)의 f1에 의해 결정될 수 있고, 여기서 f1은 제1렌즈(718)의 초점 거리이다. 작업면의 평탄도(flatness)로 인한 약간의 각도 변화 및 거칠기(roughness)로 인한 산란을 갖는 반사된 레이저 빔(714)은 공간 필터(724)에 의해 차단된다. 예를 들어, 레이저 출력(712)으로부터 레이저 빔(710)은 약 2㎜이고, f1 = f2 = 200㎜라면(여기서 f2는 제2렌즈(720)의 초점 거리임), 내부 초점 위치(722)에서 포커싱된 빔 사이즈는 약 160㎛이다. 이 예에서, 공간 필터(724)에서 약 320㎛의 개구부 사이즈를 사용하는 것은 약 0.05도보다 더 큰 입사각을 가지는 반사된 빔(714)을 차단한다. 상대적으로 작은 양의 산란이 레이저 빔(710)의 축을 따라 개구부를 통해 레이저 출력(712)으로 리턴될 수 있지만, 이 레이저는 이 실시예의 많은 응용에서 손상 없이 통상적으로 계속 기능할 수 있고, 여기서 레이저에서 반사된 레이저 빔의 파워는 특정 레이저에 대해 임계 레벨 미만이다.

일 실시예에서, 도 7a 및 도 7b에 도시된 스캔 헤드(716)는 망원 렌즈를 포함한다. 다른 실시예에서, f-쎄타 렌즈가 사용된다. 망원 스캔 렌즈가 특정 응용에서 필요치 않을 때에는 f-쎄타 렌즈는 필드의 에지에서 약 10도일 수 있는 망원 각도 에러를 이용하기 위해 더 큰 영역 스캔에 사용될 수 있다.

도 8은 특정 실시예에 따라 사용되는 f-쎄타 렌즈(810)의 블록도이다. 예시의 목적을 위하여, 입력 광선(812)은 f-쎄타 렌즈의 광학 축(814)에 대하여 스캔 각도(θ)로 도시된다. 이 스캔 각도(θ)=0인 경우(예를 들어, 입력 광선(812)이 광축(814)과 평행한 경우), 출력 광선(816)은 광축(814)에 평행하게 전파되고 f-쎄타 렌즈(810)를 통해 작업면(122)에 의해 되반사된다. 그러나, 스캔 각도(θ)가 증가하면, 레이저 빔은 작업면(122)과 입사각(820)을 가지는 출력 광선(818)에 의해 도시된 바와 같이 스캔 각도(θ)에 대해 알려진 각도로 f-쎄타 렌즈(810)를 빠져나간다. 일부 실시예에서, 입사각(820)은 10도 내지 12도 이상만큼 높을 수 있다. 따라서, 입사각(820)에 따라, 반사된 광선(822)은 f-쎄타 렌즈(810)를 통해 리턴하지 않을 수 있다.

특정 실시예에서, "데드 영역"이 제로(0)에 가까운 입사각(820)에 대응하는 f-쎄타 렌즈(810)의 스캔 필드의 중심에 한정된다. 예를 들어, 도 9는 일 실시예에 따라 도 8에 도시된 f-쎄타 렌즈(810)의 스캔 필드(910)를 개략적으로 도시한다. 스캔 필드(910)는 도 8에 도시된 작업면(122) 위 타깃을 레이저 처리하는데 사용되지 않은 미리 결정된 부분 또는 데드 영역(912)을 포함한다. 다시 말해, 데드 영역(912)으로부터 레이저 빔 반사가 레이저와 과도한 상호작용을 일으키거나 레이저에 손상을 일으키므로, f-쎄타 렌즈(810)로 레이저 빔의 스캔 각도(θ)는 레이저 빔이 스캔 필드(910)의 데드 영역(912) 내 작업면(122)에 입사하지 않도록 제어된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 원형 스캔 필드(910)는 약 20㎜의 직경을 구비할 수 있고, 데드 영역(912)은 (특정 실시예에서 공간 필터를 요구함이 없이) 과도한 반사가 레이저로 리턴하는 것을 피하기 위하여 약 5㎜의 직경을 구비할 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 특정 실시예에 따라 후방 반사를 감소시키거나 회피하기 위해 공간 필터(724)와 사용되는 빔 익스팬더(1010)를 구비하는 레이저 처리 시스템(1000)의 블록도이다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 각 시스템(1000)은 각각 제1빔 직경을 구비하는 시준된 레이저 빔(1014)을 제공하는 레이저 소스(1012)를 포함한다. 레이저 소스(1012)는 도 3에 도시된 출력 파이버(110) 및/또는 콜리메이터 조립체(112)를 포함할 수 있다. 레이저 빔(1014)은 공간 필터(724)의 개구부를 통해 빔 익스팬더(1010)로 전달된다. 빔 익스팬더(1010)는 제1빔 직경으로부터 제2빔 직경으로 레이저 빔(1014)의 사이즈를 증가시킨다. 제2빔 직경은 작업면(122)을 레이저 처리하는데 사용된 원하는 스폿 사이즈에 따라 제1빔 직경보다 2배(2×), 3배(3×), 5배(5×), 또는 다른 사이즈만큼 더 클 수 있다. 빔 익스팬더(1010)는 예를 들어 케플러식 또는 갈릴레이식(Galilean) 빔 익스팬더를 포함할 수 있다. 빔 익스팬더(1010)는 제2빔 직경을 가지는 시준된 레이저 빔(1016)을 작업면(122) 상의 타깃 위치에 레이저 빔을 포커싱하기 위한 스캔 헤드(716)로 제공한다. 전술된 바와 같이, 스캔 헤드(716)는 도 8에 도시된 f-쎄타 렌즈(810)와 같은 망원 렌즈 또는 f-쎄타 렌즈를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 시스템(1000)은 스캔 필드(910)의 데드 영역(912)을 피하기 위하여 선택된 스캔 각도(θ)에서 f-쎄타 렌즈(810)에 걸쳐 레이저 빔(1016)을 스캔하기 위해 도 5에 도시된 제2빔 위치지정기(510)를 더 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 데드 영역(912)의 사이즈 및/또는 위치는 레이저 소스의 동작과 간섭함이 없는 또는 이에 손상을 일으킴이 없는 반사된 광의 일부의 임계 파워 레벨에 기초하여 레이저 소스(1012)로 리턴이 허용된다.

빔 익스팬더(1010)로 가거나 이로부터 나오는 레이저 빔(1014, 1016)은 시준된 것으로 설명되어 있으나, 각 레이저 빔(1014, 1016)은 일부 발산(미도시)을 구비한다. 빔 익스팬더(1010)는 빔 직경, 빔 발산 각 및 지향 각을 변화시킨다. 빔 발산각과 지향 각은,

δ(입력)/δ(출력)=D(출력)/D(입력)

에 따라 입력 및 출력 레이저 빔의 직경에 따른 빔 사이즈의 배율(magnification)에 반비례하며, 여기서 δ(입력)은 입력 빔 발산각이고, δ(출력)은 출력 빔 발산 각이고, D(출력)은 출력 빔 직경이고, D(입력)은 입력 빔 직경이다. 출력 빔 직경(D(출력))이 증가할 때, 출력 빔 발산 각(δ(출력))은 감소하며, 출력 빔 직경(D(출력))이 감소할 때, 출력 빔 발산 각(δ(출력))은 증가한다. 따라서, 도 10a 및 도 10b에는 도시되지 않았지만, 레이저 빔(1016)은 레이저 빔(1014)의 것에 비해 감소된 발산을 지닌다.

작업면(122)으로부터 반사된 레이저 빔(1018)(대시선으로 도시)의 적어도 일부는 스캔 헤드(716)를 통해 빔 익스팬더(1010)로 리턴한다. 역 방향으로, 빔 익스팬더(1010)는 반사된 레이저 빔(1018)의 사이즈를, 예를 들어 약 제2직경으로부터 약 제1직경으로 감소시키고 발산을 증가시킨다. 따라서, 반사된 레이저 빔(1020)의 일부는 약 제1빔 직경에서 빔 익스팬더(1010)를 빠져나가고, 비례적으로 증가된 빔 발산 각을 구비한다. 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니지만, 반사된 레이저 빔(1020)의 발산은 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 예를 들어, 2× 익스팬더가 사용되는 경우, 반사된 레이저 빔(1020)은, 역방향으로 빔 익스팬더(1010)에 들어가는 반사된 빔(1018)의 것에 비해, 빔 직경이 2× 감소하고 빔 발산각이 2× 증가하며 지향 각이 2× 증가한다. 따라서, 발산을 증가시키는 것에 의해, 빔 익스팬더(1010)는 공간 필터(724)의 개구부를 통해 되전달되는 반사된 레이저 빔(1020)의 일부를 감소시킨다.

도 10b에서, 시스템(1000)은 도 7b에 대하여 전술된 바와 같이 내부 초점 위치(722)에 위치된 공간 필터(724)를 구비하는 케플러식 망원경(700)을 포함한다. 따라서, 도 10b에 도시된 공간 필터(724)에 있는 개구부는 도 10a에 도시된 공간 필터(724)에 있는 개구부보다 더 작을 수 있다. 따라서, 도 10b에서 공간 필터(724)는 도 10a의 것보다 반사된 레이저 빔(1020)을 더 많이 차단한다. 도 10a 및 도 10b에서 공간 필터(724)를 통과하는 반사된 레이저 빔(1020)의 양은 본 명세서에 설명된 다른 실시예(도 8 및 도 9에 대하여 전술된 바와 같이 스캔 필드(910)에서 미리 결정된 데드 영역(912)을 구비하는 f-쎄타 렌즈(810)를 스캔 헤드(716) 내에 포함하는 것과 같은) 중 하나 이상을 포함하는 것에 의해 추가적으로 감소될 수 있다.

본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 파이버 레이저 기반 시스템과 연관된 후방 반사 문제를 해결하지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다른 유형의 레이저를 또한 사용하는 시스템에서도 이 접근법이 바로 유효하다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

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

102 : 레이저 소스 104 : 아이솔레이터
106 : 빔 전달 서브시스템 108 : 스캔 헤드
122 : 작업면 110 : 출력 파이버
112 : 콜리메이터 조립체 114 : 패러데이 아이솔레이터
116 : 포커싱 렌즈 500 : 레이저 처리 시스템
510 : 제2빔 위치지정기 512, 516 : 갈바노미터
514 : 제1미러

Claims

후방 반사(back-reflection)를 감소시키거나 방지하는 레이저 처리 시스템으로서,
입사하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스;
빔 경로를 따라 작업면 쪽으로 상기 입사하는 레이저 빔을 지향시키는 레이저 빔 출력;
상기 빔 경로를 따라 개구부를 구비하는 공간 필터로서, 상기 공간 필터는 상기 레이저 빔 출력으로부터 상기 입사하는 레이저 빔이 상기 개구부를 통과할 수 있게 하는 것인, 상기 공간 필터;
상기 공간 필터를 통해 수신된 상기 입사하는 레이저 빔의 직경을 확대하는 빔 익스팬더; 및
상기 확대된 입사하는 레이저 빔을 작업면 상의 타깃 위치에 포커싱하는 스캔 렌즈를 포함하되,
상기 작업면으로부터 반사된 레이저 빔은 상기 스캔 렌즈를 통해 상기 빔 익스팬더로 리턴하고,
상기 빔 익스팬더는 상기 반사된 빔의 직경을 감소시키고 상기 반사된 레이저 빔의 발산 각을 증가시키며,
상기 공간 필터는 상기 발산하는 반사된 레이저 빔의 일부분이 상기 개구부를 통과하여 상기 레이저 빔 출력으로 리턴하는 것을 차단하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 빔 경로를 따라 내부 초점 위치에 상기 입사하는 레이저 빔을 포커싱하는 포커싱 광학 기기를 더 포함하되, 상기 공간 필터의 상기 개구부는 상기 초점 위치에 위치된 것인 시스템.
제2항에 있어서, 상기 포커싱 광학기기는 케플러식 망원경(Keplerian telescope)을 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스캔 렌즈는 망원 렌즈를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스캔 렌즈는 비 망원 렌즈(non-telecentric lens)를 포함하는 것인 시스템.
제5항에 있어서, 상기 비 망원 렌즈는 f-쎄타 렌즈를 포함하는 것인 시스템.
제6항에 있어서, 상기 f-쎄타 렌즈의 스캔 필드의 중심 부분은 상기 타깃 위치에서 상기 작업면을 레이저 처리하는데 사용되지 않은 미리 결정된 사이즈의 데드 영역을 포함하는 것인 시스템.
제6항에 있어서, 상기 f-쎄타 렌즈에 걸쳐 상기 입사하는 레이저 빔을 스캔하기 위해 상기 스캔 렌즈와 상기 레이저 빔 출력 사이에 위치된 제2빔 위치지정기를 더 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제2빔 위치지정기는 상기 f-쎄타 렌즈에 대하여 제1위치로부터 제2위치로 상기 입사하는 레이저 빔의 경로를 변경시키며, 상기 제2빔 위치지정기는 상기 데드 영역을 회피하도록 상기 f-쎄타 렌즈에서 상기 입사하는 레이저 빔의 스캔 각을 제어하는 것인 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제2빔 위치지정기는 한 쌍의 갈바노미터 구동 미러를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저 소스는 파이버 레이저를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 출력은 광 파이버를 포함하는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 레이저 빔 출력과 상기 공간 필터 사이에 위치된 콜리메이터를 더 포함하는 것인 시스템.
레이저로 작업물을 처리하는 방법으로서,
입사하는 레이저 빔을 레이저로 생성하는 단계;
상기 입사하는 레이저 빔을 작업면 쪽으로 빔 경로를 따라 전파시키는 단계;
상기 입사하는 레이저 빔을 제1직경으로부터 제2직경으로 상기 빔 경로를 따라 확대하는 단계로서, 상기 확대는 상기 입사하는 레이저 빔의 발산을 감소시키는 것인, 상기 확대하는 단계;
상기 빔 경로를 따라 역방향으로 상기 작업면으로부터 반사된 레이저 빔을 수신하는 단계;
상기 반사된 레이저 빔의 사이즈를 상기 제2직경으로부터 상기 제1직경으로 감소시키는 단계로서, 상기 감소는 상기 반사된 레이저 빔의 발산을 증가시키는 것인, 상기 감소시키는 단계; 및
상기 발산하는 반사된 레이저 빔의 적어도 일부가 상기 레이저로 리턴하는 것을 차단하기 위해 상기 발산하는 반사된 레이저 빔을 공간 필터링하는 단계를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 빔 경로를 따라 내부 초점 위치에 상기 입사하는 레이저 빔을 포커싱하는 단계를 더 포함하되, 상기 내부 초점 위치는 상기 발산하는 반사된 레이저 빔을 차단하는데 사용되는 공간 필터의 개구부에 대응하는 것인 방법.
제14항에 있어서, 상기 빔 경로를 따라 상기 작업면 쪽으로 상기 입사하는 레이저 빔을 전파시키는 단계는 스캔 각도에서 f-쎄타 렌즈를 통해 상기 확대된 입사하는 레이저 빔을 통과하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제14항에 있어서,
상기 레이저로 리턴하는 상기 반사된 레이저 빔의 일부분의 임계 파워 레벨에 기초하여, 상기 f-쎄타 렌즈의 스캔 필드 내 중심 위치에 데드 영역을 결정하는 단계; 및
상기 데드 영역을 회피하기 위하여 상기 f-쎄타 렌즈에서 상기 확대된 입사하는 레이저 빔의 상기 스캔 각을 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
레이저로 작업물을 처리하는 시스템으로서,
입사하는 레이저 빔을 생성하는 수단;
작업면 쪽으로 빔 경로를 따라 상기 입사하는 레이저 빔을 전파시키는 수단;
상기 빔 경로를 따라 제1직경으로부터 제2직경으로 상기 입사하는 레이저 빔을 확대하는 수단으로서, 상기 확대는 상기 입사하는 레이저 빔의 발산을 감소시키는 것인, 확대하는 수단;
상기 빔 경로를 따라 역방향으로 상기 작업면으로부터 반사된 레이저 빔을 수신하는 수단;
상기 반사된 레이저 빔의 사이즈를 상기 제2직경으로부터 상기 제1직경으로 감소시키는 수단으로서, 상기 감소는 상기 반사된 레이저 빔의 발산을 증가시키는 것인, 감소시키는 수단; 및
상기 발산하는 반사된 레이저 빔의 적어도 일부가 상기 입사하는 레이저 빔을 생성하는 수단으로 리턴하는 것을 차단하기 위해 상기 발산하는 반사된 레이저 빔을 공간적으로 필터링하는 수단을 포함하는 시스템.