TWI537621B - Optical fiber, optical fiber device, and laser processing device - Google Patents

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Description

光纖、光纖裝置、及雷射加工裝置
本發明係關於一種光纖、尤其是用以傳送來自雷射光源之雷射光之光纖、及包含該光纖之光纖裝置。
又，本發明係關於一種具有以上之光纖或光纖裝置，且對工件進行加工之雷射加工裝置。
例如於製造薄膜太陽電池之情形時，首先，於玻璃等基板上形成由鉬(Mo)膜所構成之下部電極膜，其後，將下部電極膜分割成短條狀。其次，於下部電極膜上形成包含CIGS膜等黃銅礦結構化合物半導體膜之化合物半導體膜。其次，進而將該等半導體膜之一部分呈條紋狀地去除並分割成短條狀，以覆蓋其等之方式形成上部電極膜。其次，最後將上部電極膜之一部分呈條紋狀地剝離並分割成短條狀。
如上所述，於製造薄膜太陽電池時，必須將形成於基板上之金屬膜絕緣分離，為了形成該絕緣用之槽，而使用雷射加工裝置。
例如，於專利文獻1中，對工件照射矩形狀之雷射光，並且將該雷射光於固定之方向上以既定之覆蓋率進行掃描，藉由進行刻劃加工而形成絕緣用之槽。
又，於專利文獻2中揭示有於如上所述之雷射加工時用以獲得較高之加工效率之裝置。於該裝置中，揭示有如下內容：為了使對工件 照射之雷射光之強度分布均勻，而使光纖之芯之剖面形狀為將圓形之一部分切缺而成之D型形狀、長方形形狀、星型形狀。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開昭62-168688號公報
[專利文獻2]日本特開2006-278525號公報
於專利文獻1之裝置中，由於對工件照射矩形狀之雷射光，故而與照射圓形之雷射光之情形相比，可高效地加工槽，又，可形成短路等之可能性較低之絕緣用之槽。
然而，於專利文獻1之裝置中，為了使雷射光之強度分布均勻，而必須使用多模之雷射光，而缺乏通用性。
又，於專利文獻2之裝置中，必須使光纖之芯之剖面形狀為特殊形狀。
本發明之課題在於以簡單之構成獲得強度分布均勻之矩形狀之雷射光。
本發明之第1態樣之光纖係用以傳送來自雷射光源之雷射光之光纖，且具有：第1纖維，其具有圓形芯；及第2纖維，其具有矩形芯且連接於第1纖維之端面。
本案發明者發現，藉由利用熔接等將圓形芯之光纖與矩形芯之光纖連接，而可獲得矩形狀且均勻之強度分布之雷射光。此種光纖即便 於使用單模之雷射光之情形時，自矩形芯之纖維出射之雷射光之強度分布亦均勻。
本發明之第2態樣之光纖中，第1纖維被入射來自雷射光源之雷射光，第2纖維係傳送自第1纖維入射之雷射光。
此處，與上述同樣地，可獲得強度分布均勻之矩形狀之雷射光，藉由使用該光纖構成雷射加工裝置，而可提高加工效率，又，可形成精度較高之槽。
本發明之第3態樣之光纖中，第1纖維與第2纖維之彼此之端面熔接。
本發明之第4態樣之光纖裝置係用以傳送來自雷射光源之雷射光之裝置，且具備：第1纖維，其具有圓形芯；複數個第2纖維，其具有矩形芯；及纖維分離器。纖維分離器於輸入側連接有第1纖維，於輸出側連接有複數個第2纖維。
此處，與上述同樣地，可於各個第2纖維之輸出側獲得強度分布均勻之矩形狀之雷射光。再者，纖維分離器具有圓形芯之纖維。
藉由使用纖維分離器，而可自1個雷射光獲得複數個矩形狀之雷射光。因此，藉由將該光纖裝置使用於雷射加工裝置中，而可提高加工效率。
本發明之第5態樣之雷射加工裝置係照射雷射光並對工件進行加工之裝置，且具備：平台，其載置工件；雷射頭，其輸出雷射光；第1聚光透鏡，其將雷射光聚光；第1纖維，其具有圓形芯，且被入射藉由聚光透鏡而聚光之雷射光；第2纖維，其具有矩形芯，且連接於第1纖維之端面；第2聚光透鏡，其將自第2纖維輸出之矩形形狀之雷射光對平台上之工件聚光；及移動機構，其使工件對雷射光相對移動。
於該裝置中，自雷射頭輸出之雷射光經第1聚光透鏡而聚光 而導入至圓形芯之第1纖維，進而導入至矩形芯之第2纖維。而且，自第2纖維輸出矩形狀之雷射光。該矩形狀之雷射光經由第2聚光透鏡而照射至平台上之工件。
此處，可將強度分布均勻之矩形狀之雷射光照射至工件，而可提高加工效率，並且可於工件上形成加工品質良好之槽。
本發明之第6態樣之雷射加工裝置係照射雷射光並對工件進行加工之裝置，且具備：平台，其載置工件；雷射頭，其輸出雷射光；第1聚光透鏡，其將雷射光聚光；第1纖維，其具有圓形芯，且被入射藉由聚光透鏡而聚光之雷射光；纖維分離器，其於輸入側連接有第1纖維；複數個第2纖維，其具有矩形芯，且連接於纖維分離器之輸出側；第2聚光透鏡，其將自第2纖維輸出之矩形形狀之雷射光對平台上之工件聚光；及移動機構，其使工件對雷射光相對移動。
於該裝置中，自雷射頭輸出之雷射光經第1聚光透鏡而聚光而導入至圓形芯之第1纖維。其後，雷射光藉由纖維分離器而分支而導入至矩形芯之複數個第2纖維。而且，自複數個第2纖維輸出矩形狀之雷射光。該矩形狀之雷射光經由第2聚光透鏡而照射至平台上之工件。
此處，可將強度分布均勻之矩形狀之複數個雷射光照射至工件，而可提高加工效率，並且可於工件上形成加工品質良好之槽。
本發明之第7態樣之雷射加工裝置係如第5或第6態樣之裝置，其中雷射頭輸出單模之雷射光。
於圓形芯之第1纖維連接矩形芯之第2纖維，藉由傳送雷射光，而即便於使用單模之雷射光之情形時，亦可將強度分布均勻之矩形狀之雷射光照射至工件。
於如上所述之本發明中，能以簡單之構成獲得強度分布均勻 之矩形狀之雷射光。
1‧‧‧雷射頭
2‧‧‧光學系統
3‧‧‧掃描機構
8‧‧‧光纖
20‧‧‧光纖裝置
8a、21‧‧‧圓形芯纖維
8b、23a~23d‧‧‧矩形芯纖維
10‧‧‧掃描台
11‧‧‧間距饋送台
22a~22c‧‧‧纖維分離器
圖1係本發明之第1實施形態之雷射加工裝置之概略構成圖。
圖2係本發明之第2實施形態之雷射加工裝置中使用之光纖裝置之概略構成圖。
圖3A係表示自第2實施形態之裝置之矩形芯纖維出射之雷射光之強度分布的圖。
圖3B係表示對100μm×100μm之矩形芯纖維入射雷射光之情形時之出射雷射光之強度分布的圖。
圖4A係表示用以測定具有圓形芯纖維之纖維分離器之出射雷射光之強度分布之裝置構成的圖。
圖4B係表示用以測定圖4A中並未設置纖維分離器之情形時(僅圓形芯纖維)之纖維之出射雷射光之強度分布之裝置構成的圖。
圖5A係表示圖4A之雷射光之強度分布之圖。
圖5B係表示圖4B之雷射光之強度分布之圖。
[第1實施形態]
於圖1中表示本發明之第1實施形態之雷射加工裝置。作為一例，該雷射加工裝置為對附有Mo薄膜之玻璃基板照射雷射光，並且沿著槽預定線照射雷射光，將槽預定線之Mo薄膜去除者。雷射加工裝置具備包含雷射振盪器等之雷射頭1、光學系統2、及掃描機構3。
雷射頭1出射單模之脈衝雷射光。設置於雷射頭1之雷射振盪器只要為YAG雷射、IR雷射等公知之脈衝雷射光之振盪器，則並無特別限定。
光學系統2具有第1透鏡(第1聚光透鏡)5、第2透鏡6、第3透鏡(第2聚光透鏡)7、及光纖8。光纖8配置於雷射頭1側所配置之第1透鏡5與掃描機構3側所配置之第2透鏡6之間。又，該光纖8係藉由將直徑為例如105μm之圓形芯之第1纖維8a、與1邊為例如100μm之矩形芯之第2纖維8b之彼此之端面熔接而形成。
於該光學系統2中，通過第1透鏡5之雷射光導入至圓形芯之第1纖維(以下，記為「圓形芯纖維」)8a，自矩形芯之第2纖維(以下，記為「矩形芯纖維」)8b出射。自該矩形芯纖維8b出射之矩形狀之雷射光經第2透鏡6而成為平行光，進而經第3透鏡7而聚光而照射至基板G。當然亦可藉由1個透鏡而直接於玻璃基板G上使雷射光聚光。
掃描機構3具有可沿X方向移動之掃描台10、及沿與X方向正交之Y方向以既定之間距為單位可移動之間距饋送台11。而且，於間距饋送台11上載置玻璃基板G，藉由使各平台10、11移動，而可自由地變更玻璃基板G與雷射光之相對位置。加工時之掃描台10之移動速度由未圖示之控制部而控制，藉此，雷射光以既定之覆蓋率照射至玻璃基板G上。
於使用以上之雷射加工裝置將玻璃基板G之Mo膜剝離之情形時，自雷射頭1出射脈衝雷射光，該雷射光係藉由光學系統2而光束形狀變成矩形，進而聚光而照射至玻璃基板G之槽預定線上。其次，該雷射光係藉由使掃描台10移動而沿著槽預定線被掃描。而且，若1個槽加工結束，則間距饋送台11僅饋送1個間距，藉由相同之處理加工其他槽。以此方式將槽預定線之Mo膜熔融去除。
[第2實施形態]
於圖2中表示本發明之第2實施形態中使用之光纖裝置20。再者，該光纖裝置20係取代第1實施形態之光纖8而使用者。
該光纖裝置20具有1個圓形芯之纖維(以下，記為「圓形芯纖維」)21、第1~第3纖維分離器22a、22b、22c、及4個矩形芯之第1~第4纖維(以下，記為「第1~第4矩形芯纖維」)23a、23b、23c、23d。各纖維分離器22a~22c藉由圓形芯之纖維而形成。再者，此處，於輸入側及輸出側分別使用具備2個耦合器之纖維分離器，當然亦可於輸入側使用具有1個耦合器之纖維分離器。
圓形芯纖維21係連接於第1纖維分離器22a之一輸入側，且導入有來自第1透鏡5之雷射光。於第1纖維分離器22a之輸出側連接有第2纖維分離器22b及第3纖維分離器22c之各者之輸入側之一者。而且，於第2纖維分離器22b之輸出側連接有第1矩形芯纖維23a及第2矩形芯纖維23b。又，於第3纖維分離器22c之輸出側連接有第3矩形芯纖維23c及第4矩形芯纖維23d。
再者，於圖2中，「×」表示各纖維之連接部。該等連接部藉由將各纖維之端面熔接而將其連接。又，於該第2實施形態中，作為一例，圓形芯纖維21之芯直徑為105μm，各纖維分離器22a~22c之芯直徑為100μm，第1~第4矩形芯纖維23a~23d之芯之1邊為100μm。
於該第2實施形態中，雖未圖示，但於第1~第4矩形芯纖維23a~23d之輸出側分別配置有與第1實施形態相同之第2透鏡及第3透鏡。其他構成及加工動作與第1實施形態相同。
[實驗例]
於圖3A中表示自第2實施形態之各矩形芯纖維出射之雷射光之強度分 布。又，於圖3B中表示僅使用1邊為100μm之矩形芯纖維之情形時之雷射光(將雷射光不經由圓形芯纖維而入射至矩形芯纖維，自該矩形芯纖維出射之雷射光)之強度分布。
根據該等圖明確可知，藉由使用第2實施形態之構成、即圓形芯纖維+纖維分離器+矩形芯纖維，而使自矩形芯纖維出射之雷射光之強度分布變得更均勻。
其次，於圖4A及圖4B所示之構成中測定自各圓形芯纖維出射之雷射光之強度分布。
圖4A之裝置係由雷射頭25、複數個反射鏡26a、26b、26c、聚光透鏡27、及由圓形芯之纖維構成之纖維分離器28所構成。而且，於圖5A中表示利用測定器29a、29b測定自纖維分離器28出射之雷射光之強度分布之結果。
又，圖4B之裝置係由雷射頭25、複數個反射鏡26a、26b、26c、聚光透鏡27、及圓形芯纖維30所構成。而且，於圖5B中表示利用測定器31測定自圓形芯纖維30出射之雷射光之強度分布之結果。
再者，圖4A及圖4B之裝置中所使用之纖維分離器28及圓形芯纖維30之芯直徑均為105μm。
若觀察圖5A及圖5B之強度分布，則通過纖維分離器28之雷射光之強度分布之均勻性可見略微之改善，但並未觀察到大幅度之改善。
[實驗結果之總結]
根據以上之實驗結果可知，為了獲得矩形形狀且具有均勻之強度分布之雷射光，而將雷射光入射至圓形芯纖維，自連接於該圓形芯纖維之矩形芯纖維出射雷射光即可。而且，亦可知此種傾向不會影響纖維分離器之有無。
[其他實施形態]
本發明並不限定於如上所述之實施形態，可於不脫離本發明之範圍之情況下進行各種變形或修正。

Claims (3)

  1. 一種光纖裝置，其係用以傳送來自雷射光源之雷射光，具備：第1纖維，其具有圓形芯；複數個第2纖維，其具有矩形芯；及纖維分離器，其於輸入側連接有該第1纖維，於輸出側連接有該複數個第2纖維。
  2. 一種雷射加工裝置，其係照射雷射光並對工件進行加工，具備：平台，其載置工件；雷射頭，其輸出雷射光；第1聚光透鏡，其將該雷射光聚光；第1纖維，其具有圓形芯，且被入射藉由該聚光透鏡而聚光之雷射光；纖維分離器，其於輸入側連接有該第1纖維；複數個第2纖維，其具有矩形芯，且連接於該纖維分離器之輸出側；第2聚光透鏡，其將自該第2纖維輸出之矩形形狀之雷射光對該平台上之工件聚光；及移動機構，其使該工件對雷射光相對移動。
  3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中，該雷射頭輸出單模之雷射光。
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