TW201233474A - Reducing back-reflection in laser micromachining systems - Google Patents

Description

201233474 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 更特別的是，本發明 本發明係關於以雷射處理材料 係關於減少雷射射束背反射。 【先前技術】 一般來說，某些雷射對於红作表面所反射回雷射的 雷射射束之光學回饋為敏感的。對於某些型態之雷射而 p雷射背反射可造成雷射不穩定或是損害。舉例來說， ^纖雷射係典型地對於從卫作表面之背反射係非常的敏 感。如果該等反射不被適當的阻擋，例如如果該等反射之 相路徑麵合回去且進入輸出光纖，則該輸出光纖和增兴 光纖兩者可能會被損害。再者，雷射源可能以主振盪器^ 功率光纖放大器設備藉由反射經放大之光沿著其之路栌回 :該雷射源。在报多雷射處理系統中，例如雷射微加：系 因此希望可防止該背反射找到返回路徑回到該輸出光 用於減少或避免在雷射處理系統中之背反射的—種解 為使用法拉第隔離器，該等隔離器係諸如由密西根 」特拉弗斯城之―0pticsTechn〇1〇gy，inc公司所製 '在雷射源或輸出光纖阻擒在自由空間中之該些背反射 =及該些背反射返回至該雷射源或輸出光纖之前，在該 路徑上放置法拉第隔離器。 舉例來說，圖1A為典型的雷射系統1〇1之方塊圖，該 201233474 雷射系統ΠΗ包含雷射源1〇2、隔離器1〇4、射束傳遞子系 統⑽以及掃描頭108。雷射源、1〇2輸出藉由隔離器1〇4所 接收之雷射射束1G3。隔離器⑼允許雷射射束⑻傳播在 一^上（例如箭頭所指示的方向）透過射束傳遞子系統⑽ 二知描頭108至工作表面122上的期望位置。因此，隔離 器104阻撞由工作表面122透過掃描豆員1〇8和射束傳遞子 糸統之背反射，如此以防止該些背反射到達雷射源⑻。 _對於線性偏振雷射系統而言，隔㈣UM可為極化相 關隔離器，盆包含铪人& 土 γ _ 一 ’、已3钳入偏先板（未顯示）、法拉第旋光器（未 顯示)以及輸出偏光板(未顯示)。然而顯示如下之雷射源 1〇2、隔離器1〇4可被定位於沿著該射束路徑之其他位置， :如在掃描頭108中或是在射束傳遞子系统ι〇6之内（其可 能包含’例如電流計、轉向鏡、透鏡及其他光學元件）。 、對於隨思偏振的雷射系統而言，極化相關光學隔離器 可被用以防止或減少背反射。舉例而言，圖1B為典型的光 ，雷射處理系統_之方塊圖，其包含輸出光纖ιι〇、準直 益”且件112、法拉第隔離器！ 14以及聚焦透鏡"6。輸出光 纖110導引發散雷射射束118自雷射源（未顯示）到準直器組 件112。準直器組件112準直發散雷射射束H8以提供—準 直雷射射束120至該法拉第隔離器114。 “去拉第隔離器114允許僅於一個方向上之光傳輸。準 田射射束120透過法拉第隔離器i丨4傳送至聚焦透鏡 U6，該聚焦透鏡116聚焦該射束於工作表面上。因為 該入射雷射射束之路徑係垂直於工作表面122，反射雷射射 201233474 =(:二 =與㈣雷射射一同之路徑

妙而，生細笛、過聚焦透鏡116至法拉第隔離器U4。 而 法拉第隔離哭1 1 Z 防止该反射雷射射束繼續沿著該 返回路徑回到輪出光纖11〇。 、 (如同^離^輪出光，纖li〇之雷射射束U8為隨意地偏振 咸…'〇:則法拉第隔離器114經建構以為偏振不敏 ::所不’舉例而言，偏振不敏感的法拉第隔離器 =可包S輸入雙折射模形物124、法拉第旋光器126以及 輸出雙折㈣料128。然而該#關器料市售的，它 們通常相當笨重（尤i a $ + 、 、 八疋虽建構成與高功率雷射使用時）、昂 貴並且增加對於系绩妨；鱼μ $他a 、·死扠丰的複雜度。光學隔離器也可能會 父到熱透鏡效應在高功率應用。 ‘‘另一種減少或避免背反射之方法為對於工作表面122 傾斜I個射束傳遞子系統，如此則該射束到達該工作 表面之入射角度係非為9〇度。舉例而言，圖2為另一並型 的光纖雷射處理系、紙2⑽之方塊圖，其具有傾斜㈣束傳 遞子系統（例如’輸出光纖UG、準直器組件u2以及聚焦 透鏡U6)使得入射雷射射束12〇之路徑非垂直於工作表面 122 ° 傾斜該射束傳遞子系統之後果為，從工作表面122之 反射雷射射束123的路徑係與入射雷射射束12〇的路徑有 角度地分開。反射雷射射纟123之一部& 21〇彳透過聚焦 透鏡116傳播回到輸出光纖11〇。然而，入射雷射射束12〇 路徑和反射雷射射束123路徑之間的角度分離關於一空間 201233474 的分離，順帶—坦， 知貧負上防止背反射的射束123耦合進 ^ /光、截110。入射雷射射束120路徑和反射雷射射束 么'之間的空間分離之總和係與聚焦透鏡116之焦距和 因I束=遞子系統（對於卫作表面122)之傾斜角度成比例。 、 二間刀離之總和的增加可藉由增加焦距、傾斜角度 或是焦距跟傾斜角度兩者。 女 . ^文之衬，，為對於工作表面122傾斜該整個射束 > k子系統以減少背反射時，其同時對工作表面122傾斜 該焦平面。1導致方 士 、导欠在工作表面122之光斑的尺寸及通量之 差異。該等差異惡化處理成果。 發明内容】 本發明揭露在雷射處理 統和方法。在一實施例中， 產生入射雷射射束：雷射射 射束沿著射束路徑朝向工作 進一步包含射束擴張器，其 接收之該入射雷射射束的直 焦該經擴張之入射雷射射束 自忒工作表面之反射雷射射 射束擴張器，其中，該射束 直徑並且增加該反射雷射射 間遽、波|§阻播自該光圏通過 且返回至該雷射射束輸出。 系統中減少或防止背反射之系 —種系統包含雷射源，其用以 束輸出，其用以導引入射雷射 表面以及空間濾波器。該系統 用以擴張透過該空間濾波器所 徑；以及掃描透鏡，其用以聚 於工作表面上之目標位置。來 束透過該掃描透鏡而返回至該 擴張器減少該經反射的射束之 束之發散角，並且其中，該空 的部分的發散反射雷射射束並 201233474 反射雷射射束透過掃描透鏡自工作表面返回至射束擴 張器，其減少、、經反射的射束之直徑並且增加該反射雷射射 束之發散角。該空間濾波器阻擋發散的反射雷射射束之— 部分穿透該光圈並且返回至該雷射射束輸出。 此外’或者在另一個實施例中，該系統可包含聚焦光 學器件以沿著該射束路徑聚焦該入射雷射射束在内部：點 位置。該空間滤波器之光圈係位在焦點位置。該聚焦光學 器件可包含克卜勒望遠鏡。 此外，或者在另-個實施例中，該系統可包纟 透鏡。該f-theta透鏡之掃描場的中央部分可被設計為預定 大小的死帶區（dead ZQne)，其並非用於在該目標位置之該工 作表面的雷射處理。 —此外’或者在另一個實施例中，該系統可包含第二射 束定位器，其位於該雷射射束輸出和該掃描透鏡之間以掃 描該入射雷射射束跨越該f_theta透鏡。該第二射束定位器 可文i ^射雷射射束之路徑自關於該掃描透鏡之第一位

置至第二位置。兮笛_ & I -第一射束疋位器亦可控制於該掃描透鏡 之入射雷射射束的掃描角度，如此以避免死帶區。 射雷實施例中…種方法，纟包含以雷射產生入 夹面 沿者射束路徑傳播該入射雷射射束朝向工作 :張至：及沿著該射束路徑將該入射雷射射束由第-直徑 大j :―直徑，以達到在該工作表面上之-較小的光點 二：張造成減少該入射雷射射束之發散。該方法進 自該工作表面接收沿著該射束路徑的相反方向所 201233474 反射雷射射束；並且將該反射雷射射束之大小自該第二直 徑減少至該第一直徑。該減少造成增加該反射雷射射束之 發散角以及指向角。該方法進一步包含空間地過濾該發散 的反射雷射射束以阻擋該發散的反射雷射射束之至少部份 返回至該雷射。 額外的態樣以及優點將藉由下文中較佳實施例之詳細 的描述而為顯而易見的，其係藉由參照隨附圖式而進行。 【實施方式】 描述於此之各種系統和方法減少或防止耦合至雷射處 理糸統之輸出光纖的背反射而並未使用體積龐大及/或昂貴 的隔離器。在一個實施例中，聚焦透鏡係被置於在該射束 路t上與该射束傳播抽有一偏差距離，如此以相對於該工 乍表面、，。予一非垂直之“攻擊角度（angle-〇f-attack)，，至該 入射射束。此係提供在入射及經反射的射束路徑之間的一 空間分離而並未相對於該工作表面傾斜整個射束傳遞子系 統。在一實施例中，光圈進一步阻擋該背反射雷射射束而 不到達該輸出光纖。此外，《者在另—個實施例中，第二 ，束定位器於與該聚焦透鏡的主軸有—偏差處掃描橫相 聚焦透鏡之入射雷射射束橫跨該聚焦透鏡，使得 面係實質上平行該工作表面。 ’、、、十 小北揭露於此之其他的實施例藉由低成本配置而有效地減 ^反射。該些實施例包含使用具有空㈣波器於内部焦 ^之克卜勒望遠鏡；使用f_theta透鏡之掃描場的預定部 9 201233474 分；使用具有一空間濾波器之射束擴張器；及/或上述各者 之結合。隨著系統配置和該些部件之表面品質而執行，則 3玄些實施例可有效地減少或防止背反射問題。 現將參照該些圖式’在該些圖式中，相同的元件符號 係參照相同的組件。在下文的描述裡，提供了許多具體細 郎以對於該些描述於此之實施例有徹底的理解。然而，該 些所屬技術領域具有通常知識者將了解到該些實施例在不 具有一個或是多個該些具體細節或是以其他方法、構件或 材料亦可被實施，再者，在某些情況下，眾所周知的結構' 材料或是操作不會顯示或是詳細的描述㈣免模糊了該些 實施例的悲樣。再者，該些所述的特徵、結構或是特性可 以適當的方式與一個或多個實施例結合。 圖3為雷射處理系統3〇〇之方塊圖，根據實施例其減 夕或實質上防止皮反射。系统3〇〇在入射雷射射纟⑽和 反射雷射射束123 (以虛線顯示)之間產生一個空間分離，而 以不同於90度之角度則提供人射雷射射束12()於工作表 面122上 '然而，達到該入射射㈣“攻擊角度”则的改 變而未藉由參照圖2所討論之傾斜該射束傳送組件。 系統遍包含具有輸出光纖11〇《光纖雷射源(未顯 不）。在描述於此之範例_，討論基於域之㈣，因為該 龍的雷射敏感於背反射1而，所屬技術領域之技術者 藉由本文之揭露可了解到，i 其他形式的雷射亦可敏感於背 反射’並且可使用任何形式之雷 、心由射因此*，其他形式的雷 射可具有有別於討論於此之认，b 201233474 出。甚至’雷射射束輸出可包含各種光學元件的組合，該 二光4·元件用以在射束被聚焦於工作表面122上之前導引 雷射射束的路徑。 圖3所示的系統300進一步包含準直器組件丨12和聚 焦透鏡116。輸出光纖110導引發散雷射射束118至準直器 組件112。準直器組件112準直發散雷射射束118，使得在 聚焦透鏡1 16上之入射雷射射束12〇為實質上準直的。聚 焦透鏡116為匯聚透鏡並且實質上對稱於其之主軸31〇。聚 焦透鏡116之主軸310係實質上垂直於工作表面122。 入射雷射射束120沿著第一傳播軸3 12自傳播準直器 組件1 12傳播至聚焦透鏡11 6。第一傳播軸3 12係實質上平 行於聚焦透鏡11 6之主軸3 1 0。然而，在入射雷射射束i 2 〇 的第一傳播軸312和聚焦透鏡116的主軸31〇之間有—偏 差314。換句話說，（準直的）入射雷射射束12〇並未在聚焦 透鏡116上擊中該透鏡116之中心（如圖iB和圖2中所示 之標準佈局）。然而，入射雷射射束12〇擊中聚焦透鏡ιι6 於離該透鏡116之中心的一偏差314。在一實施例中，該偏 差3 14之量係大於或是等於大約該經準直的入射雷射射束 120之直徑的一半。如下文中所討論的，該等偏差314之量 減少或防止射雷射射束123和入射雷射射束12〇之間的重 疊。 聚焦透鏡116匯聚入射雷射射束12〇為一聚焦點直徑 於工作表面122上。對於入射雷射射束丨2〇的第一傳播軸 3 12和聚焦透鏡116的主軸310之間的偏差314所提供的非 201233474 對稱排列之結果，聚焦透鏡“傾斜，，入射雷射射束12〇 朝向聚焦透鏡116的主轴31〇。因此，聚焦透鏡ιι6改變該 入射雷射射束的路徑從第一傳播軸312至傳播之第二軸 316，其與工作表面122相交於非垂直攻擊角度。 作為使用偏差314以傾斜入射雷射射束12〇之後果 為’反射雷射射束123之路徑係與人射雷射射I 12〇之路 徑角度地分開。因此，透過聚焦透鏡丨16返回之後沿著 第三傳播轴318行進之該反射雷射射束123係與入射雷射 射束120的第一傳播軸312空間地分開。在某些實施例中， 在對應於入射雷射射束120的第-傳播軸312和對應於反 射雷射射束123的第三傳播軸318之間的偏差32〇係建構 以使得反射雷射射束123不會與入射雷射射$⑽重叠。 因此，所有或是至少大體上部分的反射雷射射纟123不會 透過準直器組件112返回至輸出光纖11〇。 如圖3所示，可能會有情況為反射雷射射束123之一 ::分322搞合回輸出光纖11〇。而在某些實施例中其為不 '月望的。因此，在某此兮辇眘成如士 在輸出光纖uo和“表面=二’射束令止器被放置 作表面122之間的任何位置以防止反 射束123之殘留的部分322返回至輸出光纖η卜 =裝置亦可被使用作為射束中止器。舉例來說，圖4 圈41。二理/ “°°之方塊圖，根據-實施例，其包含光 雷射射I' S允許入射雷射射束120之傳播並且阻指反射 :=束广之傳播。光圏_具有-開口 .該開口實質 在入射雷射射束120之傳播之第-轴的中心。在一實

12 201233474 施例中，光® 41〇係大於或是實質上等於(準直)入 束120的直#，如此以允許入射雷射射束12〇通過 时 組件112至聚焦透鏡丨丨6。 益 在一實施例中，系統400經建構以使得在入射雷射射 束120路徑和反射雷射射纟123 4徑之間的空間分離 320(如藉由在入射雷射射束12〇的第一傳播軸312和聚隹透 鏡U6的主軸310之間的聚焦透鏡116之焦距和偏差1m 量所決定）在該準直入射雷射射束12〇之直徑的約i 5和2〇 倍之間的範圍。因此，藉由選擇光圈41〇以使得其對於入 射雷射射束120具有適當的開口直徑，則任何傳播至輪出 光纖1 1 0之顯著的背反射的可能性係實質上被減少。 此外，或者在另一個實施例中，聚焦透鏡116及/或射 束中止器（如圖4中所示的光圈410)係與第二射束定位器結 合，該第二射束定位器被插置於該射束中止器和聚焦透鏡 1 1 6之間的位置處。舉例來說，圖5為雷射處理系統5〇〇之 方塊圖，根據一實施例，其包含第二射束定位器51〇以掃 描入射雷射射束1 20橫跨聚焦透鏡1丨6。第二射束定位器 5 1〇接收準直入射雷射射束120 (如在其通過穿透在光圈 4 1 〇中之開口之後）並且帶領入射雷射射束12 〇之路徑沿著 聚焦透鏡1 1 6與該透鏡之主軸3 1 〇的一偏差行進。 在一實施例中，如圖5中所示’第二定位系統5 1 〇經 建構以帶領入射雷射射束12〇朝兩個方向行進。第一電流 計5 12調整第一面鏡5 14以帶領入射雷射射束120朝第一 方向行進，並且第二電流計5 i 6調整第二面鏡5丨8以帶領 13 201233474 入射雷射射束12G朝第二方向行進。所屬技術領域之技術 者從本揭露將了解到，其他的第二射束定位器之配置亦可 減二。雖然未顯示於圖5 t，在某些實施例中第二射束 —〇〇丨〇可包含一個控制器，該些實施例包含處理器用 於執行儲存於電腦可讀取為體令之命令以控制電流計 5 1 2、5 1 6之位置。 較於圖2令所不之該標準的“傾斜射束傳送組件” 所達到的’圖5、6八和6B說明揭露於本文之實施例之-優 ==至Γ揭露的實施例中，該射束路徑長度自聚 禺边鏡116至在工竹矣；, 上之撞擊點保持實質上固定 得，即使當第二射束定位器5 子貫負上口疋 跨聚焦透鏡U6之表面：二入射雷射射束12。橫 隹L 圖5,當第二射束定位器別 對於聚焦透叙116改變入射雷射 至第二位置522之辭時，射=束120自第一位置520 至工作表面122j 路徑524自第一位置520 第度保持實質上等於該射束路徑^ 第-位置522到工作表自122 範例中’該入射雷射射束12。自；：意的疋，在此 川穿過聚焦透鏡116上之第二=鏡514到第二面鏡 面122係以虛線表示。 2 ，接著到工作表 圖6A和6B為不同的 根據某些實施例之第二射 系統之方塊圖’當使用 焦平面。圖6A顯示使用二51°時，來比較該些之 文用於系統600之射圭々仏。口 系統具有傾斜的射束傳 态5 1 0，該 . 十糸統。.在圖6 Α π _ — 中，聚焦透請的主轴31。係非垂Α::之貫施例 生直於工作表面122。因 14 201233474 此，當第三射束定位.器510掃描入射雷射射束12〇穿過主 軸310以及沿著聚焦透鏡m之其他點時，焦平面61〇位 移。顯示於圖6A中之焦平面61〇實質上垂直於聚焦透鏡"6 之該“傾斜的”主軸310。接著改變工作表面之光點尺寸以 及通量，其可能劣化加工表現。 此問題可藉由揭綠餘下文中之實施例以減少或避免。 舉例來說’圖6Β說明如圖5中所示之系統5〇〇的簡化形式， 其中聚焦透鏡116的主軸31〇係實質上 一此，當第二射束定位器51。沿著聚焦透鏡二： 亡射雷射射束120於—或多個偏差處時，焦平面6ι 實質上平行於工作表面122。 ' 該些討論於上文中之實施例相較於標準做法的插置偏 振不敏感法㈣隔離器114 (見圖1B)於射束路徑中，上述 之實施例係實施上較為簡單並且便宜。該等所述之實施例 亦較優於該射束傳送組件傾斜之方法（見圖2)，因為 Γ聚焦透鏡"6纽作^ 122之—固定㈣束路徑長 二：見有第二射束定位器510 ’其掃描入射雷射射束 杈跨聚焦透鏡116之表面。 當雷射射束12〇係平行於聚线鏡116的主軸31〇時， =3、4、5、6B中所示之實施例可被容易地執行'然而， p二射束定位器510以較大角度相對於聚焦透鏡ιΐ6的 車由31〇轉向雷射射束12〇時’精確地導^該聚焦的雷射 、束120至工作表面122上之期望的目標位置可能變得更 困難’如圖6B中所示之虛線的偏轉的雷射射束η。,。換句 15 201233474 話說，執行圖3 ' 4、5釦由挪_ — 116 ” 6Β中所-之貫施例用以聚焦透鏡 W相較於執行於相對較大的掃描場而可為較 今易的。相較於在圖3、4、5 於下令& 一 r所不之貫施例，討論 《貫施例對於相對地較大的掃描場而減少或防止 背反射為較容易執行的。 次防止 的方二VB為包含克卜勒望遠鏡700之雷射處理系統 的方塊圖，其根據某些實施例用以減少或實質上防止背反 射對於說明圖7Α#σ 7B之目的，從雷射輸出川（如在圖 3中從輸出光、纖110及/或準直器組件112)之雷射射束71〇 係以貫線顯示’而從卫作表面（如圖3中之工作表面叫透 過掃描頭716(如以較大的角度）而傳回去散射或反射的雷射 射束714係、以虛線顯示。雖然未顯示，所屬技術領域具有 通常知識者將從於此之揭露了解到，一部分的反射亦會直 接沿著雷射射束710(如以較小角度）之軸回傳。 克卜勒望遠鏡700包含第一透鏡718和第二透鏡72〇。 透鏡718、720可每者包含’例如單線平凸_一 plan〇-Convex)透鏡。第一透鏡71 8聚焦從雷射輸出712所接 收之準直雷射射束710於内部焦點位置722。第二透鏡72〇 再次準直雷射射束71 0並且提供其至掃描頭7丨6。第二透鏡 720亦接收反射雷射射束714當它透過掃描頭7〗6回傳並且 聚焦反射雷射射束714於内部焦點位置722。在圖7A中， 反射雷射射束714透過第一透鏡718回傳至雷射輸出 712。然而，如圖7B所示之實施例，其包含位於克卜勒望 遠鏡700之内部焦點位置722的空間濾波器724以阻擋大

16 201233474 部分的（如較大角度的）反射雷射射束714。 在-實施例中，空間遽波器724可為針孔光圈。 -個實施例中n慮波器724可為圓錐形攄波器或是立 他經建構以捕捉較大角度的反射雷射射束71…置。隨 著在較大角度之反射雷射射纟714中的功率程度，在某些 實施例中之空間_ 724可被水冷卻。空間遽波器 之光圈直徑可藉由雷射射束710(如位於雷射輸出712幻之 輸入直徑以及克卜勒望遠鏡700之fl來決定，其中η為第 一透鏡718之焦距。反射雷射射束714由於工作表面:平 坦度而具有微小的角度改變以及由於粗糙度之散射，該些 係藉由空間濾波器724而被阻擋。舉例來說，如果來自雷 射輸出712之雷射射束710為約2 mm，並且 fl = f2 = 2⑽ mm(其中f2為第二透鏡720之焦距），該位於内部焦點位置 722之聚焦的射束尺寸為約16〇 μιη。在該範例中，於空間 濾波器724中使用之光圈尺寸為約32〇 μιη，其阻擋具有入 射角度大於約0.05度之該等經反射的射束714 。當一相對 小量的散射可能透過光圈沿著雷射射束71〇之軸返回至雷 射輸出712時，該雷射依舊功能正常並且在本實施力之任 何應用中並未受損，該實施例中之在該雷射的反射雷射射 束之功率係低於該特定雷射的臨界等級。 在一實施例中’在圖7Α和7Β中所示之掃描頭716包 含遠心鏡頭（telecentric lens)。在其他的實施例中，係使用 f-theta透鏡。當對於特殊應用而遠心掃描透鏡為不需要時， f-theta透鏡可被使用於較大面積掃描並且利用該遠心角度 17 201233474 誤差，該遠心角度誤差可為位於該場之邊緣約1〇度角處。 圖8為根據某些實施例所使用之f theu透鏡8丨〇的方 塊圖。用於說明之目的，輸入光'線812係顯示對於Μ· 透鏡之光軸為掃描角度㊀。當掃描角度θ=0(如輸入光線 812係平行於光軸814)時，輸出光線816傳播平行於光軸 814並且透過f_theta透鏡81〇藉由工作表面η?反射。然 而，當掃描角度Θ增加時，雷射射束以相對於掃描角度㊀ 之一已知的角度離去f_theta透鏡81〇，如藉由輸出光線818 所說明的，該輸出光線818具有相對於工作表面122之一 入射角度820。在某些實施例中，入射角度82〇可為ι〇度 至12度或是更高。因此，根據入射角度82〇，反射光線822 可能不會透過f-theta透鏡8 1 0返回。 在某些實施例中，“死帶區”係被定義於㈣心透鏡 810之掃描場的中心，其對應於入射角度82〇接近零。舉例 來說，圖9圖示說明根據一實施例之顯示於圖8中之以“仏 透鏡810的掃描場91卜掃描場91〇包含預定部分或死帶區 912,其並未被使用於在圖8中所示的工作表面122上之目 標物的雷射處理。換句話說，因為來自死帶區912之雷射 射束反射造成該雷射過度干涉或是損害該雷射，則進入 f-theta透鏡810之雷射射束的掃描角度㊀被控制以使得該 雷射射束不會入射於工作表面122上之掃描場91〇的死帶 區912内。舉例來說，@ 9中所示之圓形掃描場91〇可具 有約20 mm之直徑並且死帶區912可具有約5爪爪之直徑 以避免過度的反射返回至該雷射（在某些實施例中，並不需

18 201233474 要空間濾、波器）。 圓1 〇A和10B為雷射處理系統1000之方塊圖，其包含 射束擴張為1〇1〇，根據某些實施例，該射束擴張器⑻〇與 空間據波器724 -起使用以減少或避免背反射。圖i〇a和 中所不之分別的系統丨〇〇〇，各者包含雷射源1 〇 1 2以提 /、/、有第射束直徑之準直雷射射束1 〇 14。雷射源1 〇 12可 包含圖3中所示之輸出光纖11〇及/或準直器組件ία。雷 射射束1014傳輸通過在空間濾波器724中之光圈至射束擴 張器1010。射束擴張器增加雷射射束1014之尺寸從 第一射束直徑至第二射束直徑。該第二射束直徑可為2倍 (2x) 3么（3x)、5倍（5X)或是其他大於該第一射束直徑之其 他尺寸，其根據所期望的用於雷射處理工作表面1之光 點尺寸。舉例來說，射束擴張器1〇1〇可包含克卜勒或伽利 略射束擴張器。射束擴張器1010提供具有該第二射束直徑 之準直雷射射束1016至掃描頭716用以聚焦該雷射射束於 工作表面122上之—目標位置處。如上文中所討論的，掃 描頭716可包含遠心鏡頭或f_theta透鏡，如圖$所示之 f-theta透鏡810。在某些實施例中，系统1〇〇〇可亦包含圖 5中所示之第二射束定位器51〇以一選擇的掃描角度㊀掃描 雷射射束1016橫跨f_theu透鏡81〇,如此以避免掃描場91〇 之死帶區912。在某些實施例中，死帶區912之尺寸及/或 位置係根據經允許而返回至雷射源1〇12而在操作上不會有 干涉或疋不會造成傷之部分的反射光之臨界能量程度。 S進入且难開射束擴張器1 〇 1 〇之雷射射束1014、101 6 19 201233474 被描述為準直時，每個雷射射束1〇14、1〇16具有一些發散 (未顯示）。射束擴張器1010改變射束直徑、射束發散角以 及指向角度。射束發散角和指向角度反比於射束尺寸之放 大，其仰賴輸入和輸出雷射射束之直徑，根據： δ (in)/(5 (out) = D(〇ut)/D(in) 其t <5 (in)為輸入射束發散角，占（〇ut)為輸出射束發散 角，D(out)為輸出射束直徑，且D(in)為輸入射束直徑。當 輸出射束直徑D(out)增加時，輸出射束發散角占（〇ut)減少， 反之亦然。因此，雖然未顯示於圖丨〇 A和丨〇B中，雷射射 束1 0 1 6相較於雷射射束丨〇丨4而具有減少的發散性。 至少一部分的反射雷射射束1〇18 (以虛線顯示）從工作 表面122透過掃描頭716返回至射束擴張器1〇1〇。在相反 方向上，射束擴張器101〇減少反射雷射射束1018之尺寸， 如從大約第二直徑至大約第一直徑並且增加該發散性。因 此，一部分的反射雷射射束1〇2〇在大約該第一射束直徑離 開射束擴張器1 〇 1 0並且成比例地增加射束發散角。雖然不 需要顯示比例尺，反射雷射射束1020之發散性係被表示於 圖10A和10B中。舉例而言’如果使用2倍…兩張，反 射雷射射束1020將在射束直徑具有2倍減少、在射束發散 角為2倍增加並且在指向角度為2倍增加，當相比於以相 反方向進入射束擴張器1〇1〇之經反射的射束1018的該些 特性。因此，藉由增加發散性，射束擴張器1010減少該部 分的反射雷射射束1〇2〇，其透過空間濾波器724之光圈回 傳。 20 201233474 在圖10B中，系統1000增加克卜勒望遠鏡700於空 間渡波器724中之内部焦點位置722處’如上文中關於圖 7B之討論。因此，在圖10B中所示之空間濾、波器724中的 光圈可能小於在圖1 〇A中所示之空間濾波器724中的光 圈。因此，在圖10B中之空間濾波器724相較於圖10A中 之空間濾波器724而阻擋大部分的反射雷射射束1 〇2〇。進 一步對於在圖10A和10B中傳遞通過空間濾波器724之反 射雷射射束1 020之量的減少，其可藉由包含一個或多個描 述於此之其他實施例而達成（例如在掃描頭7丨6中包含具有 在掃描％ 910中之預定死帶區912的f-theta透鏡810，如 上文中關於圖8、9之討論）。 儘管描述於此之該等系統和方法提出結合基於光纖雷 射之系統的背反射問題’然所屬技術領域中具有通常知識 者將了解到’該方法係對於使用其他形式的雷射系統係同 樣有效的。 所屬技術領域中具有通常知識者將明白，在不違背本 备明之基本原理下，可對於上述該些實施例之細節做許多 改變。因此’本發明之範疇應僅藉由隨後之申請專利範圍 而被定義。 【圖式簡單說明】 本揭露内交' > *11- 之非限制性且非窮舉之實施例係被描述， ’、匕a參照忒些圖式之各種揭露的實施例，其中： 圖1A為典型的雷射系統之方塊圖； 21 201233474 1 B為典型的光纖雷射處理 射處理系統包含法拉第隔離器以減；;背反射該光纖雷 光纖雷射：理〜個典型的光纖雷射處理系統之方塊圖，該 身 ^ 系統具有傾斜的射束傳遞子系統以減少背反 實質L3止為背雷反射射處理系統之方塊圖，其根據實施例減少或 圖4為雷射處理系統之方塊圖，其包含 一實施例，該光圈允許射 雷射射束之傳播；射雷射射束之傳播並且阻擋反射 圖：為雷射處理系統之方塊圖，根據一實施例，其包 3第:射“位器，以掃描人射雷射射束橫跨聚焦透鏡； 6八和6B為個別的雷射處理系統之方塊圖當根據 某些貫施例使用第-鼾击宁# , 弟一射束疋位盗時比較兩者之焦平面； 圖7A和7B為雷射處理系統之方塊圖根據某些實施 例’其包含克卜勒望遠鏡以減少或實質上防止背反射； 圖8為根據某些實施例所使用之㈣咖透鏡的方塊圖； 圖9圖式說明根據一實施例於圖8中所示之μ咖透 鏡的掃描場；以及 圖10Α矛口雨為雷射處理系統之方塊圖，根據某些實 施例’其包含與空間渡波器一起使用之射束擴張器以減少 或避免背反射。 【主要元件符號說明】

S 22 201233474 100 光 纖 雷 射 處 理 系 統 101 雷 射 系 統 102 雷 射 源 103 雷 射 射 束 104 隔 離 器 106 射 束傳 遞 子 系 統 108 掃描 頭 110 fm 出 光 纖 112 準 直 器 組件 114 法 拉 第 隔 離 器 116 聚 焦 透 鏡 118 發散 雷 射 射 束 120 入 射 雷 射 射 束 120' 偏 轉 的 雷 射 射 束 122 工 作 表 面 123 反 射 雷 射 射 束 124 輸 入 雙 折 射 楔 形 物 126 法拉 第 旋 光 器 128 輸 出 雙 折射 楔形 物 200 光 纖 雷 射處 理 系 統 210 部 分 300 雷 射 處 理 系 統 308 角 度 310 主 軸 23 201233474 3 12 傳 播 之 第 *"― 軸 3 14 偏 差 3 16 傳 播 之 第 二 軸 3 18 第 三 傳 播 軸 320 偏 差 322 部 分 400 雷 射 處 理 系 統 410 光 圈 500 雷 射 處 理 系 統 5 10 第 二 射 束 定 位器 512 第 一 電 流 計 5 14 第 一 _ 面 鏡 5 16 第 電 流 計 5 18 第 — _ 面 鏡 520 第 一 位 置 522 第 二 位 置 524 射 束路徑 526 射 束路徑 600 系 統 610 焦 平 面 612 焦 平 面 700 克 卜 勒 望 遠 鏡 710 雷 射 射 束 712 雷 射 輸 出

24 S 201233474 714 反 射 雷 射 射 束 716 掃描 頭 718 第 -—~ 透 鏡 720 第 二 透 鏡 722 内 部 焦 點 位 置 724 空 間 濾 波 器 810 f-theta 透 鏡 812 輸 入 光 線 814 光軸 816 輸 出 光 線 818 輸 出 光線 820 入 射 角 度 822 反 射 光線 910 掃描 場 912 死 帶 區 1000 雷 射 處 理 系 統 1010 射 束 擴 張 器 1012 雷 射 源 1014 準 直 雷 射 射 束 1016 準 直 雷 射 射 束 1018 發散 雷 射 射 束 1020 反 射 雷 射 射 束 25

Claims (1)

1. 201233474 七、申請專利範圍： 其減少或防止背反射，該系統包 l一種雷射處理系統 含： 雷射源，並用丨、；A丄 "用以產生入射雷射射束； 雷射射束輸出，並用 徑朝向工作表面；’、 丨入射雷射射束沿著射束路 空間遽波器，其包含沿著 濾波器允許自該雷射射束輸出 該光圈； °亥射束路控之光圈，該空間 而來之該入射雷射射束通過 射束擴張器，盆用以姐祖、糸、 '、用以擴張透過該空間濾波器所接收之 S玄入射雷射射束的直徑；以及 掃描透鏡其用以聚焦該經擴張之入射雷射射束於工 作表面上之目標位置， 其中，來自該工作表面之反射雷射射束透過該掃描透 鏡而返回至該射束擴張器， /、中°亥射束擴張器減少該經反射的射束之直徑並且 增加該反射雷射射束之發散角，並且 其中，该空間濾波器阻擋自該光圈通過並且返回至該 雷射射束輸出之發散反射雷射射束的一部分。 2·如申請專利範圍第丨項之系統，其進一步包含聚焦光 學器件’以沿著該射束路徑聚焦該入射雷射射束於内部焦 點位置，其中該空間遽波器之光圏係位於該焦點位置。 3.如申請專利範圍第2項之系統，其中該聚焦光學器件 包含克卜勒望遠鏡。 201233474 4.如申請專利範圍第丨項之 遠心鏡頭。 糸、Ή中該掃描透鏡包含 5 .如申請專利範圍第丨項 非遠心鏡頭。 之糸統，其中該掃描透鏡包含 6.如申請專利範圍第5 含f-theta透鏡。 之糸統，其中該非遠心鏡頭包 :·如=專利範圍第6項之系統，其中該f_ :==分包含預定大小的死帶區，其並非用於 在遠目^位置之^作表面的雷射處理。 8·如申請專利範圍第6項之系統，其進一步包含第一射 束定位器，其位於該雷鼾鼾φ从， 少〇 3罘—射 束輪出和該掃描透鏡之間以掃 描該入射雷射射束跨越該f_theu透鏡。 9.如申請專利範圍第8項之 器改變該入射雷射射束之路心、、中該第二射束定位 一 彳二自關於該f-theta透鏡之第— 位置至第二位置，並且其中 f Y孩第二射束定位器控制於哕 f-theta透鏡之入射雷射射東 …亥 區。 的掃描角度，如此以避免死帶 10·如申請專利範圍第8 位器包含-對電流驅動面鏡。、纟統，其中該第二射束定 11·如申請專利範圍第丨 光纖雷射。 ，之系統，其中該雷射源包含 12. 如申請專利範圍第丨 出包含光纖。 1之系統，其中該雷射射束輪 13. 如申請專利範圍第12 員之糸統，其進一步包含準 27 201233474 -位於e亥雷射射束輸出和該空間濾波器之間。 A—種用於以雷射處理工件之方法，該方法包含： 以雷射產生入射雷射射束； ::射束路後朝向工作表面傳播該入射雷射射束； ’。者该射束路徑將該入射雷射射束由第一直徑擴張至 弟二聽’其中該擴張造成減少該人射雷射射束之發散； 自該工作表面接收沿著該射束路徑的相反方向所反射 雷射射束； /該反射雷射射束之大小自該第二直徑減少至該第一 直仏，、巾。亥減少造成增加該反射雷射射束之發散；以及 空間上過濾該發散的反射雷射射束，以阻擂該發散的 反射雷射射束之至少部份返回至該雷射。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其進一步包含： 延著該射束路徑將該入射雷射射束聚焦於内部焦點位 置，其中該内部焦點位置對應於用以阻擋發散的反射雷射 射束之空間濾波器的光圈。 16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中沿著該射束路 徑傳播該入射雷射射束朝向該工作表面包含於一掃描角度 傳遞該經擴張之入射雷射射束透過f theta透鏡。 17. 如申請專利範圍第14項之方法，其進一步包含： 在該f-theta透鏡之掃描場内的中央位置決定一死帶 區’該決定係基於該反射雷射射束返回至該雷射之部份的 臨界能量程度；以及 選擇在該f-theta透鏡之經擴張的入射雷射射束之掃描 28 201233474 角度/此以避免該死帶區。 種用於以雷射處理工件之系統，該系統包含： '產生入射雷射射束之裝置； 之裝置/著射束路徑朝向工作表面傳播該入射雷射射束 用於沿$ 4 I 者该射束路徑將該入射雷射射束自第一直徑擴 張至弟一直徑之袭置…該擴張造成減少該入: 束之發散； 射 ;自°亥工作表面接收沿著該射束路徑的相反方向所 反射雷射射束之襄置； 用於將該反射雷射射束之大小自該第二直徑減少至該 第-直徑之裝置’纟中該減少造成增加該反射雷射射束之 發散；以及 用於空間上過濾該發散的反射雷射射束之裝置以阻擋 該發散的反射雷射射束之至少部份返回至該用於產生該雷 射入射雷射射束的裝置。 八、圖式· (如次頁） 29