TWI832186B - 雷射加工方法以及雷射加工系統 - Google Patents

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Abstract

提供一種雷射加工方法以及雷射加工系統，其中雷射加 工方法包括：用電磁波照射工件的加工區域；以及在用所述電磁波照射所述工件的所述加工區域之後，用加工脈衝照射所述工件的所述加工區域。

Description

雷射加工方法以及雷射加工系統
本發明是有關於一種加工方法以及加工系統，且特別是有關於一種雷射加工方法以及雷射加工系統。
雷射加工相較於傳統機械加工有許多優勢，包括靈活性高、精確性高、速度快等等，也因為雷射加工是非接觸式加工，加工上的限制少了許多。
雷射依出光方式可分為連續波雷射(Continuous Laser，CW Laser)與脈衝雷射(pulsed Laser)。連續波雷射不斷將雷射打至加工材料上，藉由光子能量加熱加工區域，使加工區域升溫至汽化溫度並汽化。此種加工方式的熱能傳遞的範圍較大，適合用於較厚金屬材料的切割。然而，因為熱能傳遞的範圍較大，導致加工區域周圍的材料可能會形變或材料性質改變等。
脈衝雷射的加工原理依照去除材料所花的時間的不同而有所不同。若脈衝雷射將材料於皮秒(picosecond)或更久的時間去除的話，還是透過熱能使材料汽化，故材料依然會有熱效應的影響，其熱影響區域隨著脈衝寬度的減縮而減少。而當脈衝雷射去除材料的時間在飛秒(femtosecond)時間內的話，以寬能階非金屬材料為例，在共價帶的電子會產生非線性吸收至導電帶，高能量的自由電子再去撞擊其他電子而產生更多自由電子，透過不斷重複此吸收和撞擊的現象會使自由電子數量快速成長，當自由電子到達一定密度的時候材料會從表面噴出因而被移除，此方式可以達到最低的熱效應，因此在雷射除料中有最佳的加工精度，適合用於高精密加工。
在目前產品不斷追求微小化的趨勢下，精密加工所能達到的解析度與精度就非常重要。在雷射加工中，影響此兩項因素的關鍵為熱效應的多寡，故要達到理想的解析度與精度的話，飛秒雷射是個非常好的選擇。現今雷射加工系統大部分都是由雷射源、反射鏡、聚焦鏡組成，有些會再加上一些光學零件去做光束整形，但此種架構於加工品質和解析度上幾乎都無法有更進一步的突破，儘管是一個辦法，但當碰到物理極限時，其進展將止步於此，故要得到最佳的加工精度並不是一味地追求更窄的雷射脈衝就可以得到的。
本發明提供一種雷射加工方法以及雷射加工系統，其可有效提高加工品質、解析度及/或熱影響區的控制能力。
根據本發明的實施例，雷射加工方法包括：用電磁波照射工件的加工區域；以及在用所述電磁波照射所述工件的所述加工區域之後，用加工脈衝照射所述工件的所述加工區域。
根據本發明的實施例，雷射加工系統包括：雷射，產生加工脈衝；以及電磁波產生源，產生電磁波。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本文中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。
在附圖中，各圖式繪示的是特定實施例中所使用的方法、結構或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。
在下述實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋的範圍內。
本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名不同元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。此外，一元件/膜層設置在另一元件/膜層上（或上方）可涵蓋所述元件/膜層直接設置在所述另一元件/膜層上（或上方），且兩個元件/膜層直接接觸的情況；以及所述元件/膜層間接設置在所述另一元件/膜層上（或上方），且兩個元件/膜層之間存在一或多個元件/膜層的情況。
圖1A至圖1D是依照本發明的一實施例的一種雷射加工方法的流程示意圖。在圖1A至圖1D中，工件W1例如為金屬材料，但不以此為限。
雷射加工方法可包括：用電磁波E照射工件W1的加工區域RP(如圖1A所示)，以使工件W1上的自由電子分布改變(如圖1B所示)。雷射加工方法還可包括：在用電磁波E照射工件W1的加工區域RP之後，用加工脈衝PP照射工件W1的加工區域RP(如圖1C所示)，以移除在加工區域RP處的工件W1(如圖1D所示)。在本文中，移除在加工區域RP處的工件W1泛指在加工區域RP所示的範圍內的工件W1被局部或全部移除。儘管圖1D示意性繪示出在加工區域RP所示的範圍內的工件W1被全部移除，即，工件W1被加工脈衝PP移除的面積等於加工區域RP的面積，但本揭露不以此為限。依據外加電場參數(如電場強弱、外加電場面積、電場與加工脈衝之間隔時間與入射角等)或加工參數(如加工脈衝PP的功率或照射面積等參數)的不同，工件W1被加工脈衝PP移除的面積可能等於、略小於或略大於加工脈衝PP的照射面積。透過外加電場參數或加工參數等的控制，工件W1被加工脈衝PP移除的面積可不等於加工區域RP的面積。
詳細來說，電磁波E用以對工件W1外加電場。在工件W1受到外加電場的作用下，工件W1上自由電子的分布因電場而改變，此時以加工脈衝PP照射加工區域RP使自由電子數量快速成長，當自由電子到達一定密度時，材料會從表面噴出因而被移除。加工區域RP泛指工件P1的待移除區域。
透過電磁波E照射工件W1來對工件W1外加電場，可以不用在工件W1上額外設置用以形成電場的電極，進而提升加工便利性。在工件W1受到外加電場的作用下，工件W1(導體)上自由電子分布因電場而改變，使得材料性質(如折射率、吸收率等等)跟著變化，此時進行雷射加工(即對加工區域RP照射加工脈衝PP)會有不同的加工效果。例如，可降低加工脈衝PP所需的能量，但不以此為限。此外，有了此外加電場參數的調整，雷射加工於製程上可增加許多自由度(如電場強弱、外加電場面積、電場與加工脈衝之間隔時間與入射角、加工脈衝的偏振態、激發脈衝的偏振態以及電磁波的偏振態等)，可有效提高加工品質、解析度和熱影響區的控制能力。
圖2及圖3是電磁波以及加工脈衝於時域上的比較圖。如圖2及圖所示，電磁波E可選用低頻電磁波。低頻電磁波指電磁波E的電場變化週期比加工脈衝PP的脈衝寬度長。舉例來說，加工脈衝PP可包括飛秒雷射脈衝，且電磁波E可包括兆赫波、微米波、微波或頻率更低的波，但不以此為限。此外，電磁波E可以是連續低頻電磁波(參見圖2的電磁波E)或脈衝低頻電磁波(參見圖3的曲線C1)。圖3中曲線C2指的是電場的封包(envelope)。
圖4A至圖4F是依照本發明的另一實施例的一種雷射加工方法的流程示意圖。在圖4A至圖4F中，工件W2例如為非金屬材料，如半導體材料或絕緣材料，但不以此為限。在一些實施例中，工件W2也可為金屬材料。此外，圖4C至圖4F的步驟類似於圖1A至圖1D的步驟，差異在於本實施例的雷射加工方法還包括：在用電磁波E照射工件W2的加工區域RP之前(如圖4C所示)，用激發光(如激發脈衝PE)照射工件W2的加工區域RP(如圖4A所示)，以激發共價帶中的電子，使導電帶存在受激的自由電子(如圖4B所示)。儘管未繪示，但在一些實施例中，激發光也可為連續波雷射光。接著，用電磁波E照射工件W2的加工區域RP(如圖4C所示)，以改變自由電子的分布(如圖4D所示)，使電子在外加電場的作用下被排開。然後，用加工脈衝PP照射工件W2的加工區域RP(如圖4E所示)，以移除在加工區域RP處的工件W2(如圖4F所示)。如同前述，透過外加電場參數或加工參數等的控制，工件W1被加工脈衝PP移除的面積可等於或不等於加工區域RP的面積。
圖5以及圖6分別是電磁波、加工脈衝以及激發脈衝的照射區域的兩種俯視示意圖。在一些實施例中，如圖5所示，電磁波的照射區域RE、加工脈衝的照射區域RPP以及激發脈衝的照射區域RPE可皆為圓形，其中三個圓形彼此重疊並共用一個中心，但不以此為限。應理解，照射區域的形狀、尺寸以及相對位置可依照需求改變。舉例來說，電磁波的照射區域RE、加工脈衝的照射區域RPP以及激發脈衝的照射區域RPE的形狀可為其他形狀；電磁波的照射區域RE、加工脈衝的照射區域RPP以及激發脈衝的照射區域RPE的尺寸可皆相同，兩個相同一個不同、或皆不同；及/或電磁波的照射區域RE、加工脈衝的照射區域RPP以及激發脈衝的照射區域RPE可不共用一個中心。如圖6所示，電磁波的照射區域RE、加工脈衝的照射區域RPP以及激發脈衝的照射區域RPE可僅部分重疊且不共用一個中心。
圖7至圖10分別是依照本發明的一些實施例的雷射加工系統的示意圖。為便於說明，圖7至圖10還繪示出工件，如工件W1或工件W2。
請參照圖7，雷射加工系統1例如對工件W1(金屬材料)進行加工。雷射加工系統1可包括雷射10以及電磁波產生源11。雷射10用以產生加工脈衝PP，而電磁波產生源11用以產生電磁波E。
根據不同的需求，雷射加工系統1還可包括其他元件。舉例來說，雷射加工系統1還可包括可調衰減片12、反射鏡13以及聚焦鏡14，但不以此為限。
可調衰減片12設置在來自雷射10的雷射脈衝P的傳遞路徑上且例如位於雷射10以及反射鏡13之間。可調衰減片12可用以調整雷射脈衝P(即加工脈衝PP)的強度。
反射鏡13設置在來自可調衰減片12的雷射脈衝P的傳遞路徑上且例如位於可調衰減片12以及聚焦鏡14之間。反射鏡13可用以改變雷射脈衝P的傳遞方向，使雷射加工系統1的布局更有彈性。
聚焦鏡14設置在來自反射鏡13的雷射脈衝P的傳遞路徑上且例如位於反射鏡13以及工件W1之間。聚焦鏡14可用以將雷射脈衝P匯聚至工件W1。舉例來說，聚焦鏡14可包括一個或多個凸透鏡，但不以此為限。
在本實施例中，電磁波E以及加工脈衝PP從不同方向入射工件W1。以圖7為例，加工脈衝PP例如是正向入射工件W1，即加工脈衝PP的傳遞路徑與工件W1的表面之間的夾角為90度或近似90度，而電磁波E例如是斜向入射工件W1，即電磁波E的傳遞路徑與工件W1的表面之間的夾角介於0度到90度之間。
加工脈衝PP照射工件W1的時間例如設計成晚於電磁波E照射工件W1的時間。在一些實施例中，加工脈衝PP照射工件W1的時間可採用加工脈衝PP的峰值照射工件W1的時間(如時間t2)或加工脈衝PP開始照射到工件W1的時間，但不以此為限。此外，電磁波E照射工件W1的時間可採用電磁波E的電場強度不為0的任一時間點，例如可採用電磁波E的峰值照射工件W1的時間(如時間t1)作為電磁波E照射工件W1的時間，但不以此為限。以圖3為例，當電磁波E採用脈衝低頻電磁波時，可使加工脈衝PP的峰值所對應的時間在電磁波E的峰值所對應的時間之後。圖3示意性繪示出加工脈衝PP的峰值所對應的時間位於電磁波E的最大峰值(最大波峰)所對應的時間之後，然而應理解，電磁波E的峰值可以指脈衝低頻電磁波中任一波峰(圖3示意性繪示出三個波峰)或波谷(圖3示意性繪示出三個波谷)所在位置。也就是說，加工脈衝PP的峰值可位於電磁波E的任一波峰或波谷之後。當電磁波E採用連續低頻電磁波時(如圖2所示)，可透過光路設計或驅動電路設計等手段調整加工脈衝PP以及電磁波E的相對時間差/相位差，使得加工脈衝PP照射工件W1的時間晚於電磁波E照射工件W1的時間。如先前所述，電磁波E照射工件W1的時間可為電磁波E的其中一個峰值照射工件W1的時間(如時間t1)或是電磁波E的電場強度不為0的任一時間點。圖2和圖3示意性繪示出加工脈衝PP的峰值所對應的時間位於電磁波E的其中一個峰值(如左邊的峰值)所對應的時間之後，但不以此為限。在其他實施例中，加工脈衝PP照射工件W1的時間可在相鄰兩個“電磁波E的電場強度為0”的時間點之間。
儘管圖7僅示意性繪示出一個電磁波產生源12，但電磁波產生源12的數量也可為多個，例如可使用多個電磁波產生源12對工件W1的同一區域或不同區域施加多個電磁波E。此外，當電磁波E採用脈衝低頻電磁波時，電磁波E照射工件W1的時間可相同或不同。
請參照圖8，雷射加工系統1A與圖7的雷射加工系統1的主要差異在於：雷射加工系統1A還包括設置在加工脈衝PP(即雷射脈衝P)的傳遞路徑上的延遲光路15。舉例來說，延遲光路15可設置在來自可調衰減片12的雷射脈衝P的傳遞路徑上且例如位於可調衰減片12以及反射鏡13之間。延遲光路15可包括反射鏡150以及反射鏡152，其中反射鏡150以及反射鏡152相對設置。反射鏡150將來自可調衰減片12的雷射脈衝P反射至反射鏡152，且反射鏡152將來自反射鏡150的雷射脈衝P反射至反射鏡13。可透過移動反射鏡150以及反射鏡152(例如使圖8中的反射鏡150以及反射鏡152一起向右平移或向左平移)來控制加工脈衝PP(即雷射脈衝P)傳遞至工件W1的時間t2。在此架構下，可透過延遲光路15調整加工脈衝PP以及電磁波E的相對時間差/相位差，使得加工脈衝PP照射工件W1的時間晚於電磁波E照射工件W1的時間，例如使加工脈衝PP的峰值照射工件W1的時間t2晚於電磁波E的任一峰值(如圖2或圖3所示的波峰或波谷)照射工件W1的時間t1，但不以此為限。在其他實施例中，可使加工脈衝PP照射工件W1的時間(例如時間t1或加工脈衝PP開始照射到工件W1的時間)在電磁波E的電場強度不為0的任一時間點之後且在相鄰兩個“電磁波E的電場強度為0”的時間點之間。另外，調整加工脈衝PP以及電磁波E的相對時間差/相位差的手段不以上述為限，例如也可透過驅動電路設計等手段調整加工脈衝PP以及電磁波E的相對時間差/相位差，但不以此為限。
請參照圖9，雷射加工系統1B與圖8的雷射加工系統1A的主要差異說明如後。雷射加工系統1B例如對工件W2(非金屬材料或金屬材料)進行加工。除了雷射10、電磁波產生源11、可調衰減片12、反射鏡13、聚焦鏡14以及延遲光路15之外，雷射加工系統1B例如還包括第一分光鏡16、第二分光鏡17、可調衰減片18以及反射鏡19，但不以此為限。
第一分光鏡16設置在來自雷射10的雷射脈衝P的傳遞路徑上，以將雷射脈衝P分成加工脈衝PP和激發脈衝PE。第一分光鏡16可以是分光鏡或是偏振分光鏡。延遲光路15設置在來自第一分光鏡16的加工脈衝PP的傳遞路徑上且例如位於可調衰減片12以及反射鏡13之間。可調衰減片18設置在來自第一分光鏡16的激發脈衝PE的傳遞路徑上且例如位於第一分光鏡16以及反射鏡19之間。可調衰減片18可用以調整激發脈衝PE的強度。第二分光鏡17設置在來自第一分光鏡16的激發脈衝PE以及來自延遲光路15的加工脈衝PP的傳遞路徑上，以合併激發脈衝PE以及加工脈衝PP的傳遞路徑。舉例來說，第二分光鏡17可設置在反射鏡13以及聚焦鏡14之間並設置在反射鏡19以及聚焦鏡14之間。換句話說，第二分光鏡17設置在被反射鏡13反射的加工脈衝PP的傳遞路徑上並設置在被反射鏡19反射的激發脈衝PE的傳遞路徑上，且第二分光鏡17將激發脈衝PE以及加工脈衝PP的傳遞路徑合併，使得激發脈衝PE以及加工脈衝PP沿相同的傳遞路徑傳遞至聚焦鏡14。第二分光鏡17可以是分光鏡或是偏振分光鏡。
在此架構下，可透過延遲光路15調整加工脈衝PP和激發脈衝PE之間的時間差△T，使得加工脈衝PP照射工件W1的時間晚於激發脈衝PE照射工件W1的時間，例如使加工脈衝PP的峰值照射工件W2的時間t2晚於激發脈衝PE的峰值照射工件W2的時間t0，但不以此為限(例如也可以是加工脈衝PP開始照射到工件W2的時間晚於激發脈衝PE開始照射到工件W2的時間)。此外，也可透過另一延遲光路(未繪示，例如設置在第一分光鏡16以及第二分光鏡17之間)調整激發脈衝PE和電磁波E之間的時間差/相位差，使得電磁波E照射工件W1的時間晚於激發脈衝PE照射工件W1的時間，例如使激發脈衝PE的峰值照射工件W2的時間t0早於電磁波E的其中一個峰值(如圖2或圖3所示的波峰或波谷)照射工件W2的時間t1，但不以此為限。
在上述實施例中，電磁波E由電磁波產生源11直接產生，而非由雷射10輸出的雷射脈衝P所激發，但本揭露不限於此。如圖10所示，在雷射加工系統1C中，電磁波E、加工脈衝PP以及激發脈衝PE可共用一個光源。詳細來說，可利用來自雷射10的雷射脈衝P照射電磁波產生源11’來產生電磁波E。舉例來說，電磁波產生源11’的材料可包括碲化鋅，且電磁波E可包括兆赫波，但不以此為限。在其他實施例中，電磁波產生源11’的材料可包括摻碲硒化鎵或其他可利用光整流方式產生電磁波的材料。
除了雷射10、電磁波產生源11’、可調衰減片12、反射鏡13、聚焦鏡14、延遲光路15、第一分光鏡16、第二分光鏡17、可調衰減片18以及反射鏡19之外，雷射加工系統1C例如還包括分光鏡20、聚焦鏡21、第一離軸拋物面鏡22以及第二離軸拋物面鏡23，但不以此為限。
分光鏡20設置在來自雷射10的雷射脈衝P的傳遞路徑上，以將雷射脈衝P分成第一雷射脈衝P1以及第二雷射脈衝P2。分光鏡20可包括一般的分光鏡或是偏振分光鏡。聚焦鏡21設置在第一雷射脈衝P1的傳遞路徑上且例如位於分光鏡20以及電磁波產生源11’之間。聚焦鏡21可用以將第一雷射脈衝P1聚焦至電磁波產生源11’。聚焦鏡21可包括一個或多個凸透鏡，但不以此為限。電磁波產生源11’設置在第一雷射脈衝P1的傳遞路徑上且例如位於聚焦鏡21以及第一離軸拋物面鏡22之間。電磁波產生源11’被第一雷射脈衝P1照射後產生電磁波E。第一離軸拋物面鏡22設置在來自電磁波產生源11’的電磁波E的傳遞路徑上且將電磁波E反射至第二離軸拋物面鏡23。第一分光鏡16設置在來自第二雷射脈衝P2的傳遞路徑上，以將第二雷射脈衝P2分成加工脈衝PP和激發脈衝PE。第二離軸拋物面鏡23設置在來自第一離軸拋物面鏡22的電磁波E的傳遞路徑上且將電磁波E反射至工件W2。此外，第二離軸拋物面鏡23具有通孔TH，其中來自第二分光鏡17的激發脈衝PE以及加工脈衝PP穿過通孔TH抵達工件W2。
在此架構下，可透過延遲光路15調整加工脈衝PP和激發脈衝PE之間的時間差△T。在一些實施例中，分光鏡20以及聚焦鏡21之間可進一步設置延遲光路(未繪示，可參照延遲光路15的設計使用兩個反射鏡)，以調整激發脈衝PE和電磁波E之間的時間差△t，使得電磁波E照射工件W1的時間晚於激發脈衝PE照射工件W1的時間且加工脈衝PP的照射工件W2的時間t2晚於電磁波E照射工件W2的時間，例如使激發脈衝PE的峰值照射工件W2的時間t0早於電磁波E的其中一個峰值(如圖2或圖3所示的波峰或波谷)照射工件W2的時間t1，且加工脈衝PP的峰值照射工件W2的時間t2晚於電磁波E的所述其中一個峰值照射工件W2的時間t1。
另外，激發脈衝PE以及加工脈衝PP的傳遞路徑上皆可選擇性地設置非線性晶體進行波長轉換。舉例來說，非線性晶體可將加工脈衝PP轉換成UV脈衝，以獲得更小的聚焦點，使加工精密度提升，但不以此為限。
綜上所述，在本發明的實施例中，藉由電磁波產生源產生的電磁波對工件施加低頻電場，搭配雷射參數的調整可使加工品質有更多自由度的變化。此外，藉由額外施加外部低頻電場的方式改變材料受激電子的分布使材料之瞬時特性改變，並再以加工脈衝將材料去除，透過改變後的材料性質搭配對應的工作脈衝參數可有效提高加工的品質、精度及/或解析度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1、1A、1B、1C:雷射加工系統 10:雷射 11、11’:電磁波產生源 12、18:可調衰減片 13、19、150、152:反射鏡 14、21:聚焦鏡 15:延遲光路 16:第一分光鏡 17:第二分光鏡 20:分光鏡 22:第一離軸拋物面鏡 23:第二離軸拋物面鏡 C1、C2:曲線 E:電磁波 P:雷射脈衝 P1:第一雷射脈衝 P2:第二雷射脈衝 PE:激發脈衝 RE、RPP、RPE:照射區域 RP:加工區域 PP:加工脈衝 TH:通孔 W1、W2:工件 t0、t1、t2:時間 △T、△t:時間差
圖1A至圖1D是依照本發明的一實施例的一種雷射加工方法的流程示意圖。 圖2及圖3是電磁波以及加工脈衝於時域上的比較圖。 圖4A至圖4F是依照本發明的另一實施例的一種雷射加工方法的流程示意圖。 圖5以及圖6分別是電磁波、加工脈衝以及激發脈衝的照射區域的兩種俯視示意圖。 圖7至圖10分別是依照本發明的一些實施例的雷射加工系統的示意圖。
1:雷射加工系統
10:雷射
11:電磁波產生源
12:可調衰減片
13:反射鏡
14:聚焦鏡
E:電磁波
P:雷射脈衝
PP:加工脈衝
W1:工件
t1、t2:時間

Claims (9)

  1. 一種雷射加工方法，包括：用電磁波照射工件的加工區域；以及在用所述電磁波照射所述工件的所述加工區域之後，用加工脈衝照射所述工件的所述加工區域，其中所述電磁波的電場變化週期比所述加工脈衝的脈衝寬度長。
  2. 如請求項1所述的雷射加工方法，其中所述加工脈衝包括飛秒雷射脈衝，且所述電磁波包括兆赫波、微米波或微波。
  3. 如請求項1所述的雷射加工方法，還包括：在用所述電磁波照射所述工件的所述加工區域之前，用激發光照射所述工件的所述加工區域。
  4. 一種雷射加工系統，包括：雷射，產生加工脈衝；以及電磁波產生源，產生電磁波，其中所述電磁波的電場變化週期比所述加工脈衝的脈衝寬度長。
  5. 如請求項4所述的雷射加工系統，還包括：延遲光路，設置在所述加工脈衝的傳遞路徑上。
  6. 如請求項4所述的雷射加工系統，還包括：第一分光鏡，設置在來自所述雷射的雷射脈衝的傳遞路徑上，以將所述雷射脈衝分成所述加工脈衝和激發脈衝；延遲光路，設置在來自所述第一分光鏡的所述加工脈衝的傳遞路徑上；以及 第二分光鏡，設置在來自所述第一分光鏡的所述激發脈衝以及來自所述延遲光路的所述加工脈衝的傳遞路徑上，以合併所述激發脈衝以及所述加工脈衝的傳遞路徑。
  7. 如請求項6所述的雷射加工系統，還包括：分光鏡，設置在來自所述雷射的雷射脈衝的傳遞路徑上，以將所述雷射脈衝分成第一雷射脈衝以及第二雷射脈衝，其中所述電磁波產生源設置在所述第一雷射脈衝的傳遞路徑上，且所述電磁波產生源被所述第一雷射脈衝照射後產生所述電磁波，且其中所述第一分光鏡設置在來自所述第二雷射脈衝的傳遞路徑上，以將所述第二雷射脈衝分成所述加工脈衝和所述激發脈衝。
  8. 如請求項7所述的雷射加工系統，其中所述電磁波產生源的材料包括碲化鋅，且所述電磁波包括兆赫波。
  9. 如請求項7所述的雷射加工系統，還包括：第一離軸拋物面鏡，設置在來自所述電磁波產生源的所述電磁波的傳遞路徑上；以及第二離軸拋物面鏡，設置在來自所述第一離軸拋物面鏡的所述電磁波的傳遞路徑上且具有通孔，其中來自所述第二分光鏡的所述激發脈衝以及所述加工脈衝穿過所述通孔抵達工件。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106735925A (zh) * 2017-03-21 2017-05-31 商丘师范学院 一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法
CN107790887A (zh) * 2017-11-16 2018-03-13 商丘师范学院 二维菱形周期微纳米金属结构的飞秒激光直写制备方法
TWI638253B (zh) * 2012-09-20 2018-10-11 應用材料股份有限公司 脈衝寬度控制器的設備及系統
CN113710407A (zh) * 2019-06-10 2021-11-26 伊雷克托科学工业股份有限公司 镭射加工设备、其操作方法以及使用其加工工件的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI638253B (zh) * 2012-09-20 2018-10-11 應用材料股份有限公司 脈衝寬度控制器的設備及系統
CN106735925A (zh) * 2017-03-21 2017-05-31 商丘师范学院 一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法
CN107790887A (zh) * 2017-11-16 2018-03-13 商丘师范学院 二维菱形周期微纳米金属结构的飞秒激光直写制备方法
CN113710407A (zh) * 2019-06-10 2021-11-26 伊雷克托科学工业股份有限公司 镭射加工设备、其操作方法以及使用其加工工件的方法

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