TW201527022A - 模組式雷射設備 - Google Patents

模組式雷射設備 Download PDF

Info

Publication number
TW201527022A
TW201527022A TW103135691A TW103135691A TW201527022A TW 201527022 A TW201527022 A TW 201527022A TW 103135691 A TW103135691 A TW 103135691A TW 103135691 A TW103135691 A TW 103135691A TW 201527022 A TW201527022 A TW 201527022A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
laser
laser beams
lightning
ray
beams
Prior art date
Application number
TW103135691A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI643690B (zh
Inventor
Brice Dubost
Emmanuel Mimoun
Jean-Philippe Schweitzer
Original Assignee
Saint Gobain
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain filed Critical Saint Gobain
Publication of TW201527022A publication Critical patent/TW201527022A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI643690B publication Critical patent/TWI643690B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • 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
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B23K26/043—Automatically aligning the laser beam along the beam path, i.e. alignment of laser beam axis relative to laser beam apparatus
    • 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
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • 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
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • 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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • 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
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/38—Heating by cathodic discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0083—Array of reflectors for a cluster of light sources, e.g. arrangement of multiple light sources in one plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G02B19/0057—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode in the form of a laser diode array, e.g. laser diode bar
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/143—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using macroscopically faceted or segmented reflective surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • H01S5/405—Two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/20—Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本發明係關於一種雷射設備，其包含多個雷射模組，每一雷射模組產生一雷射線於一工作平面內，該等雷射模組被並列，使得該等雷射模組所產生的該等雷射線被結合成為一單一的雷射線，該等雷射模組的每一者包含至少一用來產生一雷射線的機構，該雷射設備的特徵在於該用來產生一雷射線的機構或每一用來產生一雷射線的機構包含兩個雷射二極體條帶(2)的直線陣列(1a，1b)，每一陣列發出一經過聚焦的雷射束(3a，3b)，該兩個直線陣列(1a，1b)被設置成彼此平行，使得該等雷射二極體條帶(2)被交錯安排，該等雷射二極體條帶(2)的兩個直線陣列(1a，1b)所分別產生的兩組平行的雷射束(3a，3b)被一組鏡子(4，5)合併成一單一的雷射線(8)，該等雷射二極體條帶(2)的直線陣列(1a，1b)和該等鏡子(4，5)被設置成使得該兩組雷射束(3a，3b)在被合併成一單一的雷射線(8)之前係沿著相同長度的光學路徑前進。

Description

模組式雷射設備
本發明係有關於一種用於雷射退火大寬度基板的設備，該設備是用多個並列的雷射模組來形成，沒有特別的限制。
對沉積在平坦的基板上的塗層實施局部快速的雷射退火(雷射閃光加熱)是已知的。為了要如此作，該具有待退火處理的塗層的基板被移動於一雷射線底下，或是一雷射線移動於載負該塗層的基板上方。
雷射退火允許在保護底下的基材的同時將薄的塗層加熱至約數百度的高溫。移動速度當然是儘可能地快速，較佳地為每分鐘至少數公尺。
本發明尤其是關於使用雷射二極體的雷射。就價格及功率而言，雷射二極體是目前最好的雷射源。
為了要獲得以高移動速度實施一處理所要求之每單位長度的功率，將一非常大數量的雷射二極體的照射集中成一單一的雷射線是所想要的。在承載該待退火的 塗層的基板上，此射線的功率密度必須儘可能地大致均勻，用以讓該基板的所有的點都曝照相同的退火能量。
然而，獲得每單位長度足夠的功率(約50W/mm)所需的該大數量的雷射二極體產生一和空間上的大體積(spatial bulk)有關的問題。
曾經被評估的是，如果上面上的雷射二極體條帶被平行於該雷射線的主軸地並列(水平疊置)的話，該等條帶的直線陣列的長度將會是最終被產生的雷射線的長度的兩倍。
此空間上的大體積對於長度有數公尺長的射線而言是不能接受的(這對於長度只有約數十公分長的小雷射線而言可被視為是可接受的)。然而，以高速處理大的寬度的基板(譬如，以懸浮處理(float processes)製造的“特大號”尺寸(6m×3.21m)平玻璃板)是所想要的。
再者，前述和空間大體積有關的問題妨礙了雷射設備的光學系統的模組設計。詳言之，很容易瞭解到的是，為了能夠將多個短的基本雷射線結合成一單一長的雷射線，則每一個別的雷射模組的側向尺寸必須小於或等於它所產生的基本雷射線的長度。如果這些側向尺寸較大的話，則該等模組的並列將會導致一不連續的最終雷射線。
提高雷射二極體的功率的另一種方式是將該等二極體條帶一個疊在另一個上地並列(垂直堆疊)並藉由一聚焦鏡片將這些堆疊的條帶所產生的光束予以合併。然 而，以此方式所獲得的雷射線的品質對於本發明的目標應用領域而言是令人不滿意的，因為在這些應用領域中在工作平面(基板)內保持一用於雷射線之±1mm的場域深度(一線的寬度變動在±1mm內不超過10%)是很重要的。
本發明提供使用雷射二極體條帶作為光源的雷射模組，這產生的雷射線所具有的長度可以大於或等於該模組在平行於該模組所產生的雷射線的方向上的尺寸。此外，該等被提出的雷射模組不具有先前技術之垂直地堆疊的二極體雷射的缺點，且所形成的雷射線具有令人滿意的品質及夠高的場域深度來容納共同的玻璃基板平坦性缺陷、輸送效應、系統振動等等(其程度通常是1公釐)。
為了要形成本發明的雷射設備，多個雷射模組被一個接著一個地對齊，使得它們所產生的該等基本雷射線結合成一在一大的長度上具有均勻的功率密度之單一的雷射線。該雷射設備在平行於該雷射線的主軸的方向上的空間上的大體積不實質大於該雷射線的長度。
本發明所依據的概念是將兩個二極體條帶的陣列(較佳地，彼此實質平行的條帶陣列)疊加(superpose)，然後藉由一組將於下文中詳細描述的鏡子將兩組平行的雷射束合併成一單一的雷射線。被用來將該兩個被疊加的條帶直線陣列所發出的雷射束合併的該巧妙的鏡子系統可避免掉得自於先前技術之垂直地堆疊的雷射二 極體的已知缺點，即喪失雷射線的品質的缺點。
本發明的主體是一種雷射設備，其包含多個雷射模組，每一雷射模組產生一在一工作平面內的雷射線，該等雷射模組被並列且沿著它們的長度被對齊，使得該等雷射模組所產生的該等雷射線被結合成為一單一的雷射線，該等雷射模組的每一者包含至少一用來產生一雷射線的機構，
該雷射設備的特徵在於該用來產生一雷射線的機構或每一用來產生一雷射線的機構包含兩個雷射二極體條帶的直線陣列，該等條帶係沿著他們的長度對齊，每一陣列發出一經過聚焦的雷射束，該兩個直線陣列被彼此平行地設置，使得該等雷射二極體條帶被交錯安排，該等雷射二極體條帶的兩個直線陣列所分別產生的兩組平行的雷射束被一組鏡子合併成一單一的雷射線，該等雷射二極體條帶的直線陣列和該等鏡子被設置成使得所有雷射束(即，該兩組雷射束)在被合併成一單一的雷射線之前係沿著相同長度的光學路徑前進。
被疊加在每一用來產生一雷射線的機構內的該兩個二極體條帶的直線陣列較佳地係彼此相同，即包含相同的條帶數量，或該兩個直線陣列中的一者包含的條帶比另一者多一條帶。該兩個直線陣列的條帶有利地是相同的條帶(相同功率、波長、大小等等)。在每一直線陣列中，該等條帶較佳地係以彼此間有最小的距離被並列地設置。
因此，每一二極體條帶的直線陣列具有一週期係大於或等於一條帶的大小的週期性。
如上文中已提到的，該兩個直線陣列被設置成彼此平行，使得該等條帶被交錯安排，換言之，該兩個直線陣列被偏移半個週期，使得一直線陣列的每一條帶係完全等於離另一直線陣列的最接近的條帶的距離。
每一條帶直線陣列發出和該直線陣列所包含的條帶數一樣多的雷射束。分別由該兩個直線陣列所發出的兩組雷射束係彼此平行且重現該等條帶之交錯的側向偏移。
在閱讀被使用的鏡子組的詳細描述時將於下文中被瞭解的是，此半週期的偏移對於將兩組雷射束統一成單一雷射線而言是必不可少的。
在本發明中，讓該兩個條帶直線陣列所發出的兩組雷射束在被合併成一單一的單色雷射線之前已沿著相同長度的光路徑前進(trace)是很重要的。如果不是這樣的話，這兩組雷射束將不會是相同大小及/或將不會具有相同的發散性，且由兩組雷射束的統一所得到的該雷射線的品質將會是令人不滿意的。
在下文中該用於產生雷射線的機構的詳細描述中，被一片段式鏡子所反射的該組雷射束將被稱為“第一組雷射束”，且通過介於片段式鏡子的片段之間的間距的該組雷射束將被稱為“第二組雷射束”或“另一組雷射束”。此第二組/另一組雷射束沒有被鏡子反射(第一實施 例，示於圖1中)，或者被一連續的(第二實施例，示於圖2中)但亦是片段式的鏡子反射。
因此，在本發明的第一實施例中，該兩組雷射束中只有一組(其在下文中被稱為“第一組雷射束”)被一組鏡子重新導向且被引導進入該第二組雷射光束的平面內。此方向的改變增加了此第一組雷射束的光路徑的長度。為了要補償因為被重新導向及引導所導致的該第一組雷射束的光路徑的增加的長度，發出該第一組雷射束的該等雷射二極體條帶的直線陣列在該第二組雷射束的傳播方向上被偏移一段距離，其等於因為該組鏡子的反射所造成之該光路徑增加的長度。
該第一組雷射束的重新導向可透過兩個連續的反射而被有利地達成：一第一個反射，其修改該第一組雷射束的傳播平面，使得它切割(cut)該第二組雷射束的傳播平面；及一第二個反射，它讓該二傳播平面的交會線同水平(level with)，導致該二傳播平面重疊並導致一單一雷射照射“片(sheet)”或線的形成。
導致兩組雷射束合併的此雙反射的形狀被示於圖1中。
在本發明的一較佳的實施例中，這兩個連續的反射構成直角，即該第一組雷射束經歷兩個直角反射。該第一組雷射束的光路徑的長度因而被增加了介於兩個傳播平面之間的初始距離。為了要補償此長度的增加，發出 該第一組雷射束的該等雷射二極體條帶的直線陣列被前移(即，被偏移於該第二組雷射束的傳播方向上)一段等於該兩組雷射束的兩個傳播平面之間的初始距離的距離。
當然，該雙直角反射只是一特殊的實施例，且將該等鏡子設置來獲得兩個非直角的反射是完全可預見的。熟習此技藝者將可透過簡單的三角幾何計算來算出該雷射二極體條帶的第一直線陣列必須被偏移多少才能補償該相應之光路徑長度的增加。
在本發明的一較佳的實施例中，該第一組雷射束在該第二組雷射束的平面的方向上的第一反射係透過一單一的鏡子(其在下文中被稱為連續的鏡子)達成的。雖然此單一連續的鏡子可用數個置於一給定的平面內的鏡子取代，這將讓該設備的此一部分變得不必要地複雜，因此，使用一片段式鏡子來實施該第一組雷射束的第一反射是所不想要。
情況在第二反射的例子中是非常不一樣的。第二反射發生讓該二傳播平面的交會線同水平(level with)，因此不可能使用單一連續的鏡子，因為這會禁止第二組雷射束的傳播。因此，一由至少和該第一組雷射束的射束一樣多的鏡子片段所組成的片段式鏡子被用於第二反射，該第一組雷射束的每一射束被一鏡子片段反射。使用一片段式鏡子利用了該兩個二極體條帶的直線陣列的半週期側向偏移。更具體地，由於此偏移的關係，該第一組雷射束的射束和該第二組雷射束的射束相交替，且一尺寸 適當的鏡子片段可反射第一組雷射束的射束而不會截斷(intercepting)第二組雷射束的射束。
在此第二反射之後，該第一組雷射束傳播於該第二組雷射束的傳播平面內，這兩組雷射束形成一單一的單色雷射線。
使用於本發明中的該組鏡子因而較佳地包含：一連續的第一鏡子，其將該第一組雷射束反射於該第二組雷射束的平面的方向上；及一由至少和該第一組雷射束的射束一樣多的鏡子片段所組成之片段式的第二鏡子包含雷射束，該第一組雷射束的每一射束被一個鏡子片段反射。
在圖2所示之本發明的模組式雷射設備的第二實施例中，該第一及第二組雷射束都被一鏡子反射。
這兩組雷射束被同角度地反射，使得在此反射之後，這兩組雷射束的兩個傳播平面重合並形成單一的雷射線。該第一組雷射束被一片段式鏡子反射，該片段式鏡子同時允許該第一組雷射束的射束被反射及該第二組雷射束的射束通過鏡子片段之間的間距。另一組雷射束較佳地被一連續的鏡子反射。
被每一雷射二極體條帶所產生的雷射束是在離開該條帶時被一聚焦鏡片聚焦的射束。
在本發明的雷射設備的一特別有利的實施例中，該片段式鏡子的鏡子片段被設置來在該第一組雷射束的射束的焦點位置反射它們。將該等鏡子片段設置在該等 第一射束的焦點位置是有利的，因為它可儘可能地限制這些鏡子片段的面積並因而防止它們阻擋該第二組雷射束的射束的通路。
每一用來產生一雷射光的機構(譬如，上文所描述者)形成一具有給定的線性偏極狀態的單色雷射線。詳言之，該兩個二極體條帶的直線陣列的所有雷射二極體產生相同波長的雷射輻射且具有相同的偏極狀態。該雙反射並沒有改變該雷射輻射的線性偏極狀態。
藉由一在此申請案中被稱為“結合雷射線的機構”的光學系統將不同波長或不同的偏極狀態的多條射束或雷射線結合來提高一雷射二極體設備的功率是已知的。例如，此一光學系統被描述在美國專利申請案2011/0176219號中。
它藉由一組偏極耦合器及一分色鏡(dichroic mirror)來結合被分開的雷射二極體條帶產生的雷射束。典型地，多個二極體條帶或條帶組分別產生多個不同波長的射束，給定波長的射束可進一步具有兩個彼此正交之不同的偏極。
因此，在一較佳的實施例中，本發明的雷射設備包含至少兩個用來產生雷射線的機構，每一機構產生一單色雷射線，它的波長及/或它的偏極狀態不同於一或多條其它的單色雷射線。例如，它包含四對用來產生雷射器的機構，每一對產生兩個具有相同波長但彼此的偏極狀態不同的單色雷射線。如此被產生的不同的雷射線(在該 前述的例子中有八種雷射線)然後用已知的方式藉由將雷射線結合成單一端色及/或雙偏極雷射線來加以合併。此處“雙偏極(dual-polarization)”一詞描述被偏極化於兩個彼此垂直的平面中的一條雷射束線或雷射束的混合線(mixture)。
本發明的模組式雷射設備較佳地標含至少5個模組，尤其是至少10個模組。
為了要形成本發明的雷射設備，多個雷射模組被一個接著一個地對齊，使得它們所產生的基本雷射線結合成一條在一很長的長度上具有均勻的功率密度之單一雷射線。
更具體地，該等雷射模組被並列配置，使得該等模組所產生之雷射線結合成單一雷射線，其具有一較佳地大於1.2公尺，尤其是大於2公尺及理想地大於3公尺的總長度。
關於寬度3.21公尺的“巨無霸”基材的雷射處理，該雷射線之功率密度實質地恆定的中央部分較佳地具有一介於3.20至3.22公尺之間的長度。
該等雷射模組被組裝且被安裝在該雷射設備上，使得該等被產生的雷射線較佳地以相對於該基板的法線小的角度(典型地小於20度及較佳地小於10度)切割該基板、或工作平面。該設備可被設計成使得該等雷射模組保持固定不動，該待處理的基板移動於該等模組的直線陣列底下或上方的一大致垂直於該雷射線的主軸的方向上。 該設備的一變化例可被設計成使得該基材保持固定不動且該等雷射模組的直線陣列移動於該基板上方或底下，同時將該雷射線投射於該基板上，較佳地係以直角角度投射。
1a‧‧‧直線陣列
1b‧‧‧直線陣列
2‧‧‧條帶
3a‧‧‧雷射束
3b‧‧‧雷射束
4‧‧‧連續的鏡子
5‧‧‧片段式鏡子
6‧‧‧焦點
8‧‧‧雷射線
本發明的模組式雷射設備現將參考附圖被更詳細地描述，其中：圖1是一用於產生雷射線的機構的第一實施例的立體圖；及圖2是一用於產生雷射線的機構的第二實施例的立體圖。
圖1顯示兩個雷射二極體條帶的直線陣列1a，1b。直線陣列1a，1b係以具有側向移位的方式被設置在彼此的上方，使得條帶2相對於另一者被交錯地設置。每一條帶2產生一經過聚焦的雷射束3a，3b。為了簡單起見，每一直線陣列1a，1b在此處只包含兩個條帶。當該等直線陣列包含多於兩個條帶時，條帶被規律地間隔開，每一條帶的直線陣列因而發出一組被規律地間隔開的雷射束。由下直線陣列1a的條帶2所發出的第一組雷射束3a經歷兩個連續的直角反射：一由一連續的鏡子4所實施之第一向上的反射，然後一由一系列鏡子片段5(其亦被稱為片段式鏡子)所實施之第二反射。由雷射二極體 條帶的該上直線陣列1b產生的雷射束3b沒有被反射。
該片段式鏡子5的該等鏡子片段切割該第二組雷射束3b的傳播平面且被設置在第二組雷射束3b的射束之間的間距處，更具體地係接近第二組雷射束3b的射束的焦點6處(射束之間的間距在該處為最大)。該兩個直線陣列1a，1b的條帶2的交錯式配置意指在此位置點該等鏡子5截住該等二極體條帶的下直線陣列1a所產生的該第一組雷射束3a的雷射束並將它們反射。
這些雷射束被聚焦，用以在它們的焦點被該等鏡子片段5反射。
該兩組雷射束3a，3b的焦點因而被設定成使得所有焦點都被對齊在一給定的直線上，其實質地疊加在由該第一組雷射束3a的第二直角反射所界定的直線上。
在該第一組雷射束3a的該第二直角反射之後，該兩組雷射束傳播在同一平面，因而形成一單一的雷射線8。
在本發明中，讓兩組雷射束3a，3b在被合併於一單一的傳播平面內之前沿著具有相同長度的光路徑前進(trace)是很重要的。
這就是為什麼該條帶的下直線陣列1a相對於該上直線陣列1b被向前移位該上直線陣列1b的射束3b的傳播方向上的原因。此偏移補償了該第一組雷射束因為它的雙反射所造成之光路徑長度的增加。在此例子中，此長度的增加等於初始傳播平面之間的距離，換言之，等於 該第一組雷射束所經歷之兩個反射之間的距離。
在圖2所示的第二實施例中，由條帶的該兩個直線陣列1a，1b所產生的兩組雷射束3a，3b其每一組都被反射一次。
該第一直線陣列1a及被設置在第一直現陣列上方的該第二直線陣列1b每一者都包含兩個條帶2。由該第一直線陣列1a所產生的該第一組雷射束3a被設置在該等雷射束的焦點的片段式鏡子5直角地反射，每一鏡子片段5反射一雷射束3a。
由該條帶的第二直線陣列1b所產生的該第二組雷射束3b首先平行於該第一組雷射束3a地傳播，然後，當它的傳播平面切割該第一組雷射束1a的第二傳播平面時，該第二組雷射束經歷和該第一組雷射束相同的反射，這將造成該兩組雷射束的傳播平面疊加。
該第一及第二組雷射束的焦距是相同的且該條帶的第二直線陣列1b被設置成使得所有雷射束3a，3b的焦點被對齊和該片段式鏡子5同一水平。反射該第二組雷射束3b的鏡子4是一連續的鏡子。
1a‧‧‧直線陣列
1b‧‧‧直線陣列
2‧‧‧條帶
3a‧‧‧雷射束
3b‧‧‧雷射束
4‧‧‧連續的鏡子
5‧‧‧片段式鏡子
6‧‧‧焦點
8‧‧‧雷射線

Claims (11)

  1. 一種雷射設備，其包含多個雷射模組，每一雷射模組產生一在一工作平面內的雷射線，該等雷射模組被並列且沿著其長度對齊，使得該等雷射模組所產生的該等雷射線被結合成為單一的雷射線，該等雷射模組的每一者包含至少一用來產生一雷射線的機構，該雷射設備的特徵在於該用來產生一雷射線的機構或每一用來產生一雷射線的機構包含兩個雷射二極體條帶(2)的直線陣列(1a，1b)，該等條帶係沿著其長度對齊，每一陣列發出一經過聚焦的雷射束(3a，3b)，該兩個直線陣列(1a，1b)被設置成彼此平行，使得該等雷射二極體條帶(2)被交錯安排，該等雷射二極體條帶(2)的兩個直線陣列(1a，1b)所分別產生的兩組平行的雷射束(3a，3b)被一組鏡子(4，5)合併成單一的雷射線(8)，該等雷射二極體條帶(2)的直線陣列(1a，1b)和該等鏡子(4，5)被設置成使得該兩組雷射束(3a，3b)在被合併成單一的雷射線(8)之前係沿著相同長度的光學路徑前進。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其中一被稱為第一組雷射束的一單一的雷射束(3a)被該組鏡子(4，5)重新導向及引導進入該第二組雷射束(3b)的平面內，發出該第一組雷射束(3a)的該雷射二極體條帶(2)的直線陣列(1a)被移動於該第二組雷射束(3b)的傳播方向上一段和該光學路徑因為被該組鏡子(4，5)重新導向而增加的長度相等的距離。
  3. 如申請專利範圍第2項之雷射設備，其中該第一組雷射束(3a)經歷兩次直角反射且該等雷射二極體條帶的直線陣列被移動一段和該兩組雷射束的兩個傳播平面之間的初始距離相等的距離。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之雷射設備，其中該組鏡子(4，5)包含：一連續的鏡子(4)，其將該第一組雷射束(3a)反射於該第二組雷射束(3b)的平面的方向上；及一片段式的鏡子(5)，它由至少和該第一組雷射束(3a)所包含的雷射束一樣多的鏡子片段所組成，該第一組雷射束(3a)的每一射束被一鏡子片段(5)反射。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其中該兩組雷射束(3a，3b)被反射相同的角度，使得在反射之後該兩組雷射束的兩個傳播平面重合，該兩組雷射束中的第一組雷束被一片段式鏡子(5)反射且該兩組雷射束中的另一組雷射束較佳地被一連續的鏡子(4)反射。
  6. 如申請專利範圍第4項之雷射設備，其中該片段式鏡子(5)的該等鏡子片段被設置來在該等雷射束(3a)的焦點處反射該等雷射束。
  7. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其包含至少兩個用來產生雷射線的機構，每一機構產生一單色的雷射線，它的波長及/或它的偏極狀態不同於一或多個其它單色的雷射線。
  8. 如申請專利範圍第7項之雷射設備，其更包含一 用來將雷射線結合的機構，其允許多條雷射線被合併成單一多色的及/或雙偏極的雷射線。
  9. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其中該雷射二極體條帶(2)的兩個直線陣列(1a，1b)包含相同的條帶數，或者該兩個直線陣列的一者包含的條帶數比另一者多一個條帶。
  10. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其包含至少5個雷射模組且較佳地為至少10個雷射模組。
  11. 如申請專利範圍第1項之雷射設備，其中該等雷射模組被並列，使得該等雷射模組所產生的該等雷射線被結合成單一雷射光，其具有比1.2公尺長，較佳地比2公尺長且尤其是比3公尺長之總長度。
TW103135691A 2013-10-18 2014-10-15 模組式雷射設備 TWI643690B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1360143A FR3012226B1 (fr) 2013-10-18 2013-10-18 Appareil laser modulaire
??1360143 2013-10-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201527022A true TW201527022A (zh) 2015-07-16
TWI643690B TWI643690B (zh) 2018-12-11

Family

ID=50101948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103135691A TWI643690B (zh) 2013-10-18 2014-10-15 模組式雷射設備

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9742155B2 (zh)
EP (1) EP3058412A1 (zh)
JP (1) JP6542764B2 (zh)
KR (1) KR102257001B1 (zh)
CN (1) CN105659451B (zh)
EA (1) EA030114B1 (zh)
FR (1) FR3012226B1 (zh)
TW (1) TWI643690B (zh)
WO (1) WO2015055932A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108603238A (zh) * 2015-12-23 2018-09-28 Posco公司 钢板热处理装置及方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108886232B (zh) * 2015-12-25 2021-08-17 鸿海精密工业股份有限公司 线束光源及线束照射装置以及激光剥离方法
CN115121940A (zh) 2016-07-27 2022-09-30 通快激光有限责任公司 激光线照射
CN106253048B (zh) * 2016-08-30 2022-03-22 西安炬光科技股份有限公司 一种实现均匀光斑的高功率半导体激光系统
CN106229808B (zh) * 2016-09-20 2023-08-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 脉冲激光器
CN106707503B (zh) * 2016-12-08 2017-12-12 中国人民解放军国防科学技术大学 大功率半导体堆栈笑脸校正及线宽压窄装置及方法
CN107370230A (zh) * 2017-08-29 2017-11-21 北方民族大学 一种定向激光充电系统及激光充电方法
FR3072895B1 (fr) * 2017-10-31 2019-10-18 Saint-Gobain Glass France Procede d'alignement d'une pluralite de lignes lasers
FR3073839B1 (fr) * 2017-11-23 2019-11-15 Saint-Gobain Glass France Systeme d’alignement d’un dispositif de traitement thermique et son fonctionnement
WO2019149352A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 Trumpf Laser Gmbh Laser diode based line illumination source and laser line illumination
JP7021833B2 (ja) * 2018-05-17 2022-02-17 三菱電機株式会社 レーザ装置
US10822270B2 (en) 2018-08-01 2020-11-03 Guardian Glass, LLC Coated article including ultra-fast laser treated silver-inclusive layer in low-emissivity thin film coating, and/or method of making the same
CN109916279B (zh) * 2019-03-04 2020-09-22 Oppo广东移动通信有限公司 终端盖板的平整度检测方法、装置、测试机台及存储介质
FR3095605A1 (fr) * 2019-04-30 2020-11-06 Saint-Gobain Glass France Systeme d’alignement d’un dispositif de traitement thermique et son fonctionnement
FR3105044B1 (fr) * 2019-12-20 2022-08-12 Saint Gobain Dispositif de traitement d’un substrat

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155623A (en) * 1988-09-23 1992-10-13 At&T Bell Laboratories Arrangement for imaging multiple arrays of light beams
CA1318162C (en) * 1988-09-23 1993-05-25 David Andrew Barclay Miller Arrangement for imaging multiple arrays of light beams
JP3017277B2 (ja) * 1989-12-07 2000-03-06 株式会社リコー 光アニール装置
JPH05226790A (ja) * 1992-02-18 1993-09-03 Hitachi Ltd レーザアニール装置
US6356577B1 (en) 1999-07-15 2002-03-12 Silicon Light Machines Method and apparatus for combining light output from multiple laser diode bars
US20030174405A1 (en) * 2001-08-10 2003-09-18 Hamamatsu Photonics K.K. Laser light source and an optical system for shaping light from a laser-bar-stack
JP2003103389A (ja) * 2001-09-27 2003-04-08 Toyoda Mach Works Ltd 半導体レーザ集光装置
TWI289896B (en) * 2001-11-09 2007-11-11 Semiconductor Energy Lab Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing a semiconductor device
US7010194B2 (en) * 2002-10-07 2006-03-07 Coherent, Inc. Method and apparatus for coupling radiation from a stack of diode-laser bars into a single-core optical fiber
US6993059B2 (en) * 2003-06-11 2006-01-31 Coherent, Inc. Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
US7768708B1 (en) * 2006-02-03 2010-08-03 Raytheon Company Light source having spatially interleaved light beams
DE102007034261B4 (de) 2007-07-20 2010-02-18 Lasos Lasertechnik Gmbh Vorrichtung zum Vereinigen einzelner Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zu einem koaxialen Lichtbündel
DE102008063006A1 (de) * 2008-12-23 2010-06-24 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung in einem Arbeitsbereich
US8215776B2 (en) * 2009-01-07 2012-07-10 Eastman Kodak Company Line illumination apparatus using laser arrays
CN101854031A (zh) * 2010-05-04 2010-10-06 长春德信光电技术有限公司 平行平板棱镜组实现半导体激光束耦合的激光装置
DE102010044875A1 (de) * 2010-09-09 2012-03-15 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene
US8432945B2 (en) * 2010-09-30 2013-04-30 Victor Faybishenko Laser diode combiner modules
JP2012216733A (ja) * 2011-04-01 2012-11-08 Japan Steel Works Ltd:The レーザ処理プロセスの温度測定装置および温度測定方法
US8842369B2 (en) * 2012-11-19 2014-09-23 Corning Incorporated Method and apparatus for combining light sources

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108603238A (zh) * 2015-12-23 2018-09-28 Posco公司 钢板热处理装置及方法
CN108603238B (zh) * 2015-12-23 2020-01-10 Posco公司 钢板热处理装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160074480A (ko) 2016-06-28
CN105659451A (zh) 2016-06-08
FR3012226A1 (fr) 2015-04-24
EA201690770A1 (ru) 2016-08-31
FR3012226B1 (fr) 2015-10-30
EP3058412A1 (fr) 2016-08-24
KR102257001B1 (ko) 2021-05-27
TWI643690B (zh) 2018-12-11
US20160241001A1 (en) 2016-08-18
CN105659451B (zh) 2019-06-04
JP2016541108A (ja) 2016-12-28
WO2015055932A1 (fr) 2015-04-23
US9742155B2 (en) 2017-08-22
EA030114B1 (ru) 2018-06-29
JP6542764B2 (ja) 2019-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI643690B (zh) 模組式雷射設備
JP6154965B2 (ja) レーザユニット及びレーザ装置
US6993059B2 (en) Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
TW550867B (en) Laser beam delivery system with trepanning module
EP2185308B1 (en) Method for partitioning and incoherently summing a coherent beam
KR102229320B1 (ko) 모듈형 레이저 장치
US9904069B2 (en) Apparatus and method for speckle reduction in laser processing equipment
WO2004112209A1 (en) Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
KR101425492B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 방법
JP2004523803A (ja) 光線形成装置、光線を導光ファイバに結合するための構成ならびに前記光線形成装置または前記構成のための光線回転ユニット
US20140049830A1 (en) Arrangement For Shaping Laser Radiation
US20170299875A1 (en) Single-emitter line beam system
CN105698703A (zh) 一种多路激光发射装置
US20140263222A1 (en) Laser machining device for machining netted dots
KR101902935B1 (ko) 멀티빔을 이용한 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 광학계

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees