RU174838U1 - Установка для лазерной обработки - Google Patents
Установка для лазерной обработки Download PDFInfo
- Publication number
- RU174838U1 RU174838U1 RU2017112388U RU2017112388U RU174838U1 RU 174838 U1 RU174838 U1 RU 174838U1 RU 2017112388 U RU2017112388 U RU 2017112388U RU 2017112388 U RU2017112388 U RU 2017112388U RU 174838 U1 RU174838 U1 RU 174838U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- lens
- diameter
- conical lens
- plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для высокотемпературного лазерного отжига полупроводниковых пластин, в частности для улучшения характеристик приборов и выхода годных деталей при использовании технологии ионной имплантации.Техническим результатом полезной модели, совпадающим с задачей, на решение которой она направлена, является увеличение плотности мощности лазерного пучка на поверхности обрабатываемой пластины при сохранении примерно равномерного ее распределения на поверхности пластины.Технический результат достигается тем, что в установке для лазерной обработки, содержащей лазер и расположенные на оси лазерного пучка телескопический преобразователь диаметра пучка, состоящий из положительной линзы и отрицательной линзы, диафрагму, диаметр отверстия в которой определяют по уравнениюd=3,2r,где r- радиус, при котором плотность мощности лазерного излучения по сечению гауссова пучка уменьшается в «е» раз;е - основание натурального логарифма,коническую линзу и обрабатываемую пластину, коническая линза имеет отверстие, диаметр которого в два раза меньше отверстия в диафрагме, а обрабатываемая пластина расположена от конической линзы на расстоянии L, определяемом по уравнению, связывающему диаметр отверстия в диафрагме, угол у основания конической линзы и показатель преломления материала конической линзы.
Description
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для высокотемпературного лазерного отжига полупроводниковых пластин, в частности для улучшения характеристик приборов и выхода годных деталей при использовании технологии ионной имплантации.
Известна установка для лазерной обработки материалов, содержащая источник лазерного излучения и фокусирующую линзу. Патент US №7863544, 04.01.2011.
Известна также установка для лазерной обработки материалов, включающая источник лазерного излучения, вдоль оптической оси которой размещены сканирующее устройство и фокусирующая линза. Патент на полезную модель РФ №94892, МПК - B23K 26/06, 10.06.2010.
Известна также установка для лазерной обработки материалов, содержащая источник лазерного излучения, вдоль оптической оси которой расположены сканирующее устройство и фокусирующая линза. Патент на полезную модель РФ №116393, МПК B23K 26/02. Опубликован 27.05.2012.
Недостатком перечисленных аналогов является неравномерное распределение энергии лазерного излучения по поперечному сечению пучка. Как правило, плотность мощности технологических лазеров, работающих на моде ТЕМ00, и имеющих минимально возможную расходимость лазерного пучка, распределена по сечению пучка по закону Гаусса. Известно (Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 - 664 с. Стр. 605.), что изменение концентрации имплантата по толщине полупроводника существенно зависит от плотности энергии лазерного излучения, воздействующей на полупроводник. Отклонение плотности мощности при непрерывном режиме воздействия или плотности энергии при импульсном режиме воздействия более чем на 8% приводит к дефектам отжига. Чтобы уменьшить появление дефектов осуществляют лазерный отжиг полупроводников, вырезая центральную часть лазерного пучка диафрагмой, что приводит к потере до 40% энергии излучения, или реализуют многопроходный режим воздействия с перекрытием площадей воздействия лазерных пучков, что увеличивает время обработки (Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 - 664 с. Стр. 604-607).
Известна также установка для лазерной обработки (Коваленко А.Ф. Патент РФ на полезную модель №162815, МПК B23K 26/064, опубл. 27.06.2016 бюл. №18), содержащая лазер и расположенные на оси лазерного пучка телескопический преобразователь диаметра пучка, состоящий из положительной линзы и отрицательной линзы, поворотное диэлектрическое зеркало, установленное под углом к оси пучка, две идентичные конические линзы, диафрагму, установленную перед первым диэлектрическим зеркалом, диаметр отверстия в которой определяют по уравнению
где re - радиус, при котором плотность мощности по сечению гауссова пучка уменьшается в «е» раз;
е - основание натурального логарифма,
коэффициент отражения первого диэлектрического зеркала определяют по уравнению
где R2 - коэффициент отражения от обеих поверхностей каждой конической линзы, расстояние L между первой и второй коническими линзами устанавливают равным
где β - угол у основания конической линзы;
n - показатель преломления материала конической линзы,
а второе диэлектрическое зеркало с коэффициентом отражения 0,999 расположено под углом к оси пучка, отраженного первым диэлектрическим зеркалом, обеспечивающим его совмещение на поверхности обрабатываемой пластины с пучком, прошедшим конические линзы. Прототип.
Недостатком прототипа является относительно невысокая плотность мощности на поверхности обрабатываемой пластины, составляющая примерно 50% от плотности мощности на оси лазерного пучка после телескопического преобразователя.
Техническим результатом полезной модели, совпадающим с задачей, на решение которой она направлена, является увеличения плотности мощности лазерного пучка на поверхности обрабатываемой пластины при сохранении примерно равномерного ее распределения на поверхности пластины.
Технический результат достигается тем, что в установке для лазерной обработки, содержащей лазер и расположенные на оси лазерного пучка телескопический преобразователь диаметра пучка, состоящий из положительной линзы и отрицательной линзы, диафрагму, диаметр отверстия в которой определяют по уравнению
d1=3,2re,
где re - радиус, при котором плотность мощности лазерного излучения по сечению гауссова пучка уменьшается в «е» раз;
е - основание натурального логарифма,
коническую линзу и обрабатываемую пластину, коническая линза имеет отверстие, диаметр которого в два раза меньше отверстия в диафрагме, а обрабатываемая пластина расположена от конической линзы на расстоянии L, определяемом по уравнению
где β - угол у основания конической линзы;
n - показатель преломления материала конической линзы.
Сущность полезной модели поясняется рисунками фиг. 1 - фиг. 3. На фиг. 1 представлена установка для лазерной обработки, содержащая лазер 1, телескопическую систему преобразования диаметра лазерного пучка, образованную положительной линзой 2 и отрицательной линзой 3, диафрагму 4, диаметр отверстия в которой определен по уравнению (1), коническую линзу 5, диаметр отверстия в которой составляет d2=d1/2 и обрабатываемую пластину 6.
Установка для лазерной обработки функционирует следующим образом. Лазер 1 излучает пучок с распределением плотности мощности по его сечению в соответствии с функцией Гаусса
где r - текущий радиус;
q0 - плотность мощности лазерного излучения на оси пучка;
re - радиус, при котором плотность мощности уменьшается в «е» раз;
е - основание натурального логарифма.
Телескопическим преобразователем, образованным положительной линзой 2 и отрицательной линзой 3 осуществляется уменьшения диаметра пучка излучения для повышения плотности мощности в нем. При этом закон распределения плотности мощности по сечению пучка сохраняется. На рисунке фиг. 2 показано в относительных единицах распределение плотности мощности по сечению пучка А-А. Диафрагмой 4 из Гауссова пучка вырезается пучок диаметром d1=3,2re. Далее лазерный пучок диаметром d1 падает на коническую линзу 5. Часть лазерного пучка диаметром d2=d1/2 пропускается через отверстие в конической линзе 5 на обрабатываемую пластину 6. Вторая часть лазерного пучка в виде кольца с внешним диаметром d1 и внутренним диаметром d2 отклоняется от первоначального направления к оси установки на угол, определяемый по уравнению
где β - угол у основания конической линзы;
n - показатель преломления материала конической линзы.
Если обрабатываемую пластину разместить на расстоянии от конической линзы L, которое рассчитывают по уравнению
то луч, отстоящий от оптической оси на расстоянии d1/2, на поверхности пластины окажется в центре лазерного пучка, а луч, отстоящий от оптической оси на расстоянии d2/2, на поверхности пластины окажется на периферии лазерного пучка. То есть, на поверхности пластины 6 формируется лазерное пятно диаметром d2/2. На рисунке фиг. 3 показано в относительных единицах распределение плотности мощности в сечениях В-В на поверхности пластины 6 в пучке, прошедшем через отверстие в конической линзе 5 (ряд 1), в пучке, отклоненном конической линзой 5 (ряд 2), и суммарная плотность мощности (ряд 3). При расчетах учтены потери на отражение от обеих поверхностей конической линзы, которые составляют примерно 8% при изготовлении конической линзы из оптического стекла К8. Видно, что распределение плотности мощности лазерного излучения на обрабатываемой пластине близко к равномерному распределению. Расчеты показывают, что отношение максимальной плотности мощности qmax на поверхности пластины к минимальной плотности мощности qmin составляют не более 1,07.
Таким образом, решается поставленная задача и достигается заявленный технический эффект, выражающийся в увеличении плотности мощности лазерного излучения на поверхности обрабатываемой пластины в два раза по сравнению с прототипом.
Claims (3)
- Установка для лазерной обработки пластины, содержащая лазер и расположенные на оси лазерного пучка телескопический преобразователь диаметра пучка, состоящий из положительной линзы и отрицательной линзы, диафрагму с диаметром отверстия d1=3,2re, где re - радиус, при котором плотность мощности лазерного излучения по сечению гауссова пучка уменьшается в «е» раз, e - основание натурального логарифма, и коническую линзу, отличающаяся тем, что коническая линза имеет отверстие, диаметр которого в два раза меньше отверстия в диафрагме, при этом установка выполнена с возможностью расположения обрабатываемой пластины на расстоянии от конической линзы, которое определяется по уравнению:
- где β - угол у основания конической линзы, а n - показатель преломления материала конической линзы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112388U RU174838U1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Установка для лазерной обработки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112388U RU174838U1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Установка для лазерной обработки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU174838U1 true RU174838U1 (ru) | 2017-11-03 |
Family
ID=60263367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112388U RU174838U1 (ru) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Установка для лазерной обработки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU174838U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187729U1 (ru) * | 2018-06-20 | 2019-03-15 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Установка для лазерной обработки |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4317021A (en) * | 1980-02-22 | 1982-02-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Laser cutting apparatus for nuclear core fuel subassembly |
RU2062197C1 (ru) * | 1992-12-01 | 1996-06-20 | Научно-экспертное общество "Эльтрон" | Установка для лазерной резки |
RU2076794C1 (ru) * | 1992-12-01 | 1997-04-10 | Научно-экспертное общество "Эльтрон" | Установка для лазерной резки |
RU162815U1 (ru) * | 2016-02-09 | 2016-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Установка для лазерной обработки |
-
2017
- 2017-04-12 RU RU2017112388U patent/RU174838U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4317021A (en) * | 1980-02-22 | 1982-02-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Laser cutting apparatus for nuclear core fuel subassembly |
RU2062197C1 (ru) * | 1992-12-01 | 1996-06-20 | Научно-экспертное общество "Эльтрон" | Установка для лазерной резки |
RU2076794C1 (ru) * | 1992-12-01 | 1997-04-10 | Научно-экспертное общество "Эльтрон" | Установка для лазерной резки |
RU162815U1 (ru) * | 2016-02-09 | 2016-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Установка для лазерной обработки |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187729U1 (ru) * | 2018-06-20 | 2019-03-15 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Установка для лазерной обработки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112496529A (zh) | 激光切割系统 | |
TWI305504B (en) | An adjustable laser beam delivery system and method for forming the same | |
EP0080597A1 (en) | Optical beam homogenizer | |
JP5832412B2 (ja) | 光学系及びレーザ加工装置 | |
CN106526872B (zh) | 一种透射式激光光束整形系统 | |
CN103890913A (zh) | 用于激光处理设备的多重光束组合器 | |
JP2017102474A (ja) | ほぼコリメートされたビームを焦束するための光学素子の配置構造 | |
RU174838U1 (ru) | Установка для лазерной обработки | |
EP2643120A1 (en) | Beam shaper and method for laser treating workpiece | |
KR20170019855A (ko) | 베셀 빔 레이저 가공효율 증대를 위한 다중각도 액시콘 렌즈 | |
US11712754B2 (en) | Device and method for laser-based separation of a transparent, brittle workpiece | |
RU162815U1 (ru) | Установка для лазерной обработки | |
Laskin | Achromatic refractive beam shaping optics for broad spectrum laser applications | |
RU187729U1 (ru) | Установка для лазерной обработки | |
US20210146476A1 (en) | Stealth dicing apparatus and stealth dicing method | |
US20200238438A1 (en) | Laser processing machine | |
CN107866639B (zh) | 激光加工装置以及激光加工方法 | |
KR20130072713A (ko) | 빔 크기 조절 장치 및 방법 | |
CN104785923A (zh) | 一种多焦点聚焦的激光加工装置 | |
RU2013146435A (ru) | Дисковый лазер | |
KR101733434B1 (ko) | 구면수차를 이용한 기판절단방법 | |
JP2020082139A (ja) | レーザー加工装置および被加工物の加工方法 | |
KR102539943B1 (ko) | 반사 방식의 나선형 위상 플레이트 및 이를 포함하는 라게르-가우시안 빔 생성 장치 | |
CN113305426A (zh) | 一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头 | |
JP2000227576A (ja) | レーザ加工装置用出射光学系 |