一种激光装置的制作方法

专利名称：一种激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光装置，尤其涉及一种能够调整激光场形的激光装置。
背景技术：
随着半导体技术与加工技术的进步，面板切割技术发展迅速。传统的机械切割技术包括 三步骤，即划线、裂片及磨边。由于传统的刀轮式划线后，再用机械应力裂片，容易使切割 面有碎屑、微裂痕等现象，以致切割品质下降。因此，近后来，业界一般采用激光切割技术 ，其具有切割裂痕垂直度较佳、切割面光滑且切割效率较高的优点。然而激光切割技术中， 激光切割品质决定于激光场形的分布。因此，需根据实际情况调整激光场形的分布，从而提 高激光切割速度及效率。
有鉴于此，提供一种能够调整激光场形的激光装置实为必要。

发明内容
以下将以实施例说明一种能够调整激光场形的激光装置。
一种激光装置，包括 一个激光源与一个光学模组。该激光源用于发射横向电磁模态 TEMxy的激光，其中，x大于等于0，小于等于3， y大于等于0，小于等于3。该光学模组包括 一个设置在该激光光路上的柱状透镜，该柱状透镜具有一个邻近该激光源的第一表面及一个 与该第一表面相对的第二表面，该第一表面与该第二表面中至少一者为柱状曲面以用于改变 该激光的场形。
相对于现有技术，所述激光装置包括一个第一光学元件，该第一光学元件所包括的第一 表面与第二表面中至少一者为柱状曲面，该柱状曲面能够使该激光源发射的激光产生非对称 光斑，即光场在两个垂直方向的分布不同，从而改变该激光的光场分布，提高该激光装置的 光利用效率。由于该激光装置只包括一个第一光学元件，因此该激光装置的结构简单，制造 成本较低。


图l是本发明第一实施例提供的激光装置的光路示意图。 图2是本发明第二实施例提供的激光装置的光路示意图。 图3是本发明第三实施例提供的激光装置的光路示意图。 图4是激光经过第三实施例提供的激光装置后的光场效果图。图5是激光源发出的激光为横向电磁模态TEMK)的模拟示意图。
图6是图5中的激光经过第三实施例提供的激光装置后的光场效果图。
图7是本发明第四实施例提供的激光装置的光路示意图。
图8是激光源发出的激光为横向电磁模态TEM(n的模拟示意图。
图9是图8中的激光经过第四实施例提供的激光装置后的光场效果图。
图10是本发明第五实施例提供的激光装置的光路示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图l，本发明第一实施例提供的激光装置IO，其包括激光源11及光学模组12。
该激光源ll用于发射横向电磁模态(Transverse Electromagnetic, TEM)TEMxy的激光 101，其中，x大于等于0，小于等于3， y大于等于0，小于等于3。
该光学模组12为一个柱状透镜，其设置在该激光101的光路上。该柱状透镜具有一个邻 近该激光源11的第一表面121，及一个与第一表面121相对的第二表面122。该第一表面121为 柱状凹曲面，该第二表面122为平面。该激光源11发出的激光101经由光学模组12的第一表面 121透射后被发散到像平面13形成一个条形光斑131 。
该第一表面121为柱状凹曲面，其可将该激光源11发出的激光101发散形成一个条形光斑 131，从而改变了该激光101的场形，并且由于该光学模组12为一个柱状透镜，柱状透镜能够 产生不对称的光斑，即光场在X方向与Y方向上的分布不同。同时，该激光装置10只包括一个 柱状透镜，因此该激光装置10的结构简单，制造成本较低。
请参见图2，本发明第二实施例提供的激光装置20，其与第一实施例提供的激光装置IO 基本相同，该激光装置20包括激光源2 l及光学模组22 。
本实施例与第一实施例不同之处在于，该光学模组22为一个柱状透镜，该光学模组22的 第一表面221为沿X方向延伸的柱状凹曲面，第二表面222为沿Y方向延伸的柱状凸曲面，其中 ，该X方向与Y方向互相垂直。
该激光源21发出的横向电磁模态TEMxy的激光201，其中，x大于等于0，小于等于3， y大 于等于0，小于等于3。
该光学模组22的第一表面221为柱状凹曲面，可将激光201发散，该第二表面222为柱状 凸曲面，其可将激光201会聚，从而在像平面23形成一个光斑231，从而改变了该激光源21的 场形。
可以理解的是，该第一表面221可为平面、球面、柱状曲面或自由曲面，第二表面222也可为平面、球面、柱状曲面或自由曲面，但第一表面221与第二表面222中至少一者为柱状曲 面。改变该第一表面221与第二表面222的组合，可以在像平面23上得到不同的激光场形。
请参见图3，本发明第三实施例提供的激光装置30，其与第一实施例提供的激光装置IO 基本相同，该激光装置30包括激光源31及光学模组32。本实施例与第一实施例不同之处在于 ，该光学模组32包括一个第一光学元件321与一个第二光学元件322。
该激光源31发射横向电磁模态TEMxy的激光301，其中，x大于等于0，小于等于3， y大于 等于0，小于等于3。
该第一光学元件321为一个柱状透镜，其设置在该激光301的光路上。该第一光学元件 321的第一表面3211为柱状凸曲面，该第二表面3212为平面。
该第二光学元件322为一个球透镜，其设置在该激光301的光路上且位于该第一光学元件 321与该激光源31之间。该第二光学元件322具有一个远离该第一光学元件321的第三表面 3221以及一个与该第三表面3221相对的第四表面3222。该第三表面3221为球面，第四表面 3222为平面。
该激光源31发射的激光301经过该第二光学元件322的第三表面3221会聚后入射至该第一 光学元件321，光线在该第一光学元件321的第一表面3211会聚并在像平面33上形成一个光斑 331。
可以理解的是，该第一光学元件321的第一表面3211，第二表面3212及该第二光学元件 322的第三表面3221，第四表面3222，不限于上述形状，也可以为平面，球面，柱状曲面或 自由曲面。但该第一表面3211与该第二表面3212中至少一个为柱状曲面，该第三表面3221， 第四表面3222中至少一个为非平面。
在本实施例中，可以通过改变该第一光学元件321的第一表面3211与第二表面3212，该 第二光学元件322的第三表面3221与第四表面3222的形状组合，以及该第二光学元件322与该 第一光学元件321之间的距离，从而，在像平面33上得到不同形状的激光场形。
若激光源31发出的激光301的光束直径为D，第二光学元件322为球透镜，该第一光学元 件321为柱状透镜。第二光学元件322与第一光学元件321之间的间距为C，该第一光学元件 321到像平面33的距离为E。像平面33上所成的像的水平轴(短轴)宽度为H，像平面33上所成 的像的垂直轴(长轴)宽度为V。根据几何光学追踪法可知，该第二光学元件322的有效焦距 fl与该第一光学元件321的有效焦距f2，满足以下的条件式
fl=D(C+E)/(D-h) (1)
f2=E(DE+hC)/((h-v)(C+E)) (2)
6其中，当像平面33位于子午面焦点前，则上述(1)与(2)式中，v=V，反之，v=-V。当像 平面33位于弧矢面焦点前时，则上述(1)与(2)式中，h=H，反之，h=-H。
若该第二光学元件322设置在该第一光学元件321的远离该激光源31的一侧，该第二光学 元件322到像平面33的距离为E，其它参数定义不变。激光源31发出的激光301的光束直径仍 为D，第二光学元件322与第一光学元件321之间的间距仍为C，像平面33上所成的像的水平轴 (短轴)宽度为H，像平面33上所成的像的垂直轴(长轴)宽度为V。根据几何光学追踪法可知， 该第一光学元件321的有效焦距fl与该第二光学元件322的有效焦距f2，将满足以下的条件式
fl=(hC+DE)/(hi) (3) f2=DE/ (D-h) (4)
其中，当像平面33位于子午面焦点前，则上述(3)与(4)式中，v=V，反之，v=-V。当像 平面33位于弧矢面焦点前时，则上述(1)与(2)式中，h=H，反之，h=-H。
若激光源31为波长10.6um的二氧化碳激光301，其模态为横向电磁模态TEMoo模态。该二 氧化碳激光301以光束直径11. 5mm射入光学模组32，经过该第一光学元件321与该第二光学元 件322出射至像平面33上形成椭圆形光斑。
为了在像平面33上形成长轴宽度大于60mm且短轴宽度小于3mm的椭圆形光斑，且要求该 第一光学元件321与该第二光学元件322相距50mm，该第二光学元件322与像平面33的距离为 177mm，则由条件式(3)与(4)可得该第一光学元件321的有效焦距fl与该第二光学元件322的 有效焦距f2。再由元件的形状可计算出曲率半径。在本实施例中，设定长轴宽度68mm，短轴 宽度2mm，该第一光学元件321为柱状透镜，其第一表面3211为柱状凸曲面，经计算得该第一 光学元件的曲率半径约为42mm。该第二光学元件322的第三表面3221为球面，经计算得该第 三表面3221的曲率半径约为300mm。
将上述参数以光学模拟软件分析，即得到在像平面33的激光场形的长轴为69mm，短轴为 2. lmm，其为一个椭圆形光斑，符合实际要求，请一并参见图4，像平面33上得到的激光场形 的效果图。
当激光源31发出的激光为横向电磁模态TEMK)时，请一并参见图5。则由条件式(l)与 (2)或者条件式(3)与(4)可在像平面33上得到双针叶形的激光场形，请一并参见图6所示的像 平面33上的激光场形效果图。
请参见图7，本发明第四实施例提供的激光装置60，其与第一实施例提供的激光装置IO 基本相同，该激光装置60包括激光源6 l及光学模组62 。本实施例与第一实施例不同之处在于，该光学模组62包括一个第一光学元件621以及一 个第二光学元件622。
该激光源61发射横向电磁模态TEMxy的激光601，其中，x大于等于0，小于等于3， y大于 等于0，小于等于3。
该第一光学元件621为一个柱状透镜，其设置在该激光601的光路上，其具有一个邻近该 激光源61的第一表面6211以及一个与该第一表面6211相对的第二表面6212。该第一表面 6211为柱状凸曲面，第二表面6212为平面。
该第二光学元件622设置在该激光601的光路上且位于该第一光学元件的远离该激光源 61的一侧。该第二光学元件622具有一个邻近第一光学元件621的第三表面6221及与第三表面 6221相对的第四表面6222。该第三表面6221为偏心双球曲面，第四表面6222为平面。
该激光源61发射的激光601经过该第一光学元件621的第一表面6211会聚后入射至该第二 光学元件622，光线在该第二光学元件622的第三表面6221上沿平行该第一光学元件621的柱 状凸曲面的延伸方向会聚，并在像平面63上形成两个光斑631 。
在本实施例中，若激光源61发出横向电磁模态TEM(n的激光601，请一并参见图8所示的 横向电磁模态TEM(n的激光601的效果图。则经过上述第一光学元件621与第二光学元件622之 后，在像平面63形成两个光斑631，其像平面63形成两个光斑631的效果图请一并参见图9。
可以理解的是，在本实施例中，该第一光学元件621的第一表面6211，第二表面6212， 该第二光学元件622的第三表面6221，第四表面6222不限于上述形状，也可以为平面，球面 ，柱状曲面或自由曲面，但该第一表面6211与第二表面6212中至少有一个为柱状曲面，该第 三表面6221与第四表面6222中至少一个为非平面。因此，可以通过改变该第一光学元件621 的第一表面6211，第二表面6212，该第二光学元件622的第三表面6221，第四表面6222的形 状组合，以及该第一光学元件621与该第二光学元件622之间的距离，在像平面63上得到不同 形状的激光场形。
请参见图IO，本发明第五实施例提供的激光装置90，其与第一实施例提供的激光装置 IO基本相同，不同之处在于，该激光装置90进一步包括一个第一反射元件921以及一个第二 反射元件922。
该激光源91发射横向电磁模态TEMxy的激光901，其中，x大于等于0，小于等于3， y大于 等于0，小于等于3。
该第一光学元件920为一个柱状透镜，其第一表面9201为柱状凹曲面，第二表面9202为 平面。该第一反射元件921与第二反射元件922设置在激光源91与第一光学元件920之间。第一 反射元件921与第二反射元件922可为椭球面反射镜(Ellipsoid Mirror)或抛物面反射镜 (Paraboloid Mirror)。该第一反射元件921的焦距fl与该第二反射元件922的焦距f2，满足 以下的条件式
fll+|f2l=d
其中，d表示该第一反射元件与该第二反射元件的顶点间距。此时，该激光源91发出的 激光901经过该第一反射元件921与第二反射元件922后，光束直径改变且仍平行入射至该第 一光学元件920，激光901在该第一光学元件920上沿柱状凹曲面有效的发散，从而改变了该 激光901的场形。
当然，该第一反射元件921的焦距fl与该第二反射元件922的焦距f2，也可以满足条件式 :|fl| + |f2|#d，使该激光源91发出的激光901经过该第一反射元件921与第二反射元件922 会聚后入射至该第一光学元件920，激光901在该第一光学元件920上有效的发散，从而改变 了该激光源91的场形。同时，该激光装置90采用了第一反射元件921与第二反射元件922，形 成一种反射架构，从而节省空间。
可以理解的是，该第一反射元件921与该第二反射元件922也可以设置在该第一光学元件 920的远离该激光源91的一侧，且该第一反射元件的焦距fl与该第二反射元件的焦距f2，其 满足以下的条件式 fll+|f2|=d
其中，d表示该第一反射元件921与该第二反射元件922的顶点间距。则该激光源91发出 的激光901经过该第一光学元件920发散后，入射第一反射元件921与第二反射元件922，使光 束轴长改变，从而改变该激光901的场形。
当然，该第一光学元件92的第一表面9201与第二表面9202也不限于上述形状，也可为平 面、球面、柱状曲面或自由曲面，但第一表面9201与第二表面9202中至少一个为柱状曲面。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效 果，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种激光装置，包括一个激光源，其用于发射横向电磁模态TEMxy的激光，其中，x大于等于0，小于等于3，y大于等于0，小于等于3；一个光学模组，其包括一个设置在该激光光路上的柱状透镜，该柱状透镜具有一个邻近该激光源的第一表面及一个与该第一表面相对的第二表面，该第一表面与该第二表面中至少一者为柱状曲面以用于改变该激光的场形。
2 如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该柱状曲面为柱状凸曲面。
3 如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该柱状曲面为柱状凹曲面。
4 如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该光学模组进一步包 括一个第二光学元件，该第二光学元件设置在该第一光学元件与该激光源之间，该第二光学 元件具有一个远离该第一光学元件的第三表面及与该第三表面相对的第四表面，该第三表面 与该第四表面中至少一者为非平面。
5 如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该光学模组进一步包 括一个第二光学元件，该第二光学元件设置在该第一光学元件的远离该激光源的一侧，该第 二光学元件具有一个邻近该第一光学元件的第三表面及与该第三表面相对的第四表面，该第 三表面与该第四表面中至少一者为非平面。
6 如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该光学模组进一步包 括一个第一反射元件及一个第二反射元件，该第一反射元件与该第二反射元件设置在该激光 源与该第一光学元件之间。
7 如权利要求6所述的激光装置，其特征在于，该第一反射元件的焦 距fl与该第二反射元件的焦距f2，满足以下的条件式 fll+|f2|=d其中，d表示该第一反射元件与该第二反射元件的顶点间距。
8.如权利要求6所述的激光装置，其特征在于，该第一反射元件与该 第二反射元件为椭球面反射镜。
9.如权利要求6所述的激光装置，其特征在于，该第一反射元件与该 第二反射元件为抛物面反射镜。
10.如权利要求l所述的激光装置，其特征在于，该光学模组进一步 包括一个第一反射元件及一个第二反射元件，该第一反射元件与该第二反射元件设置在该第 一光学元件远离该激光源的一侧。
11.如权利要求10所述的激光装置，其特征在于，该第一反射元件的 焦距fl与该第二反射元件的焦距f2，满足以下的条件式 fl l + |f2|=d其中，d表示该第一反射元件与该第二反射元件的顶点间距。
12.如权利要求10所述的激光装置，其特征在于，该第一反射元件与 该第二反射元件为椭球面反射镜或抛物面反射镜。
全文摘要
一种激光装置，包括一个激光源与一个光学模组。该激光源用于发射横向电磁模态TEM_xy的激光，其中，x大于等于0，小于等于3，y大于等于0，小于等于3。该光学模组包括一个设置在该激光光路上的柱状透镜，该柱状透镜具有一个邻近该激光源的第一表面及一个与该第一表面相对的第二表面，该第一表面与该第二表面中至少一者为柱状曲面以用于改变该激光的场形。
文档编号G02B27/09GK101661164SQ20081030429
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者江文章, 韦安琪 申请人:富士迈半导体精密工业(上海)有限公司;沛鑫半导体工业股份有限公司