激光线照射制造技术

激光系统(1)构造成用于在工作平面(WP)中提供激光线(L)以用于物体(7)的线照射。激光线(L)在第一方向(x)上延伸一明显的长度并在第二方向(y)上延伸较小的尺度。激光系统(1)包括激光源(3)，所述激光源用于提供激光束(3A)作为沿着传播方向(z)传播的延长的输入激光束(13A)的基础，激光系统还包括均化和聚焦单元(60)，所述均化和聚焦单元用于使条形的激光束(13A)均化以形成激光线(L)。激光系统(1)特别适合于提供可以拼接到相应的另外的激光系统(1')的另一激光线(L')的激光线(L)。

Laser irradiation

The laser system (1) is constructed to provide a laser line (L) in a working plane (WP) for line irradiation of an object (7). The laser line (L) extends an obvious length in the first direction (x) and a smaller scale in the second direction (y). The laser system (1) includes a laser source (3), which is used to provide a laser beam (3A) as the basis for an extended input laser beam (13A) propagating along the propagation direction (z), and a homogenization and focusing unit (60), which is used to homogenize a strip laser beam (13A) to form a laser line (L). The laser system (1) is particularly suitable for providing another laser line (L') that can be spliced into the corresponding other laser system (1').

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光线照射
本公开总体上涉及激光系统，特别是涉及用于光学地提供线形照射的激光系统。此外，本公开总体上涉及线光学系统内的光束变换和光束均化。
技术介绍
在特定的应用中，使用激光系统，其在相应的聚焦区中提供非常均匀的线形强度分布。这种聚焦区在此也称为激光线(形)焦点或简称激光线。使用这种激光线焦点的示例性应用包括激光加工，例如沉积在玻璃衬底上用于例如TFT显示器的二氧化硅层的再结晶、基于激光的例如太阳能电池的配料以及用于例如微电子器件生产的激光剥离工艺。例如，在WO2015/036427A1中公开了一种应用激光线焦点来改性金属纳米颗粒的示例性方法。相应的激光系统旨在提供在光束轮廓的两个正交方向上(即与光束传播方向正交)的光束直径的大到非常大的纵横比的强度分布，同时确保在较小光束直径的方向上有大的聚焦深度。EP1896893B1公开了一种用于基于例如Nd-YAG激光源的光的变换产生线形强度分布的示例性光学配置。此外，EP0731932B1公开了一种用于二极管激光器棒的光束成形或二极管激光器条堆叠的光的光束重新堆叠的示例性光学配置，使得其提供在整个输出光束上具有相等光束质量因子的输出光束。在WO2012/166758A1中公开了一种用于提供泵浦激光束的类似光源组合。
技术实现思路
本公开至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或两个以上方面。特别地，本专利技术的一个目的是提供一种光学系统，用于提供具有大的纵横比和沿较小的光束尺度的方向具有大的聚焦深度的线形强度分布的激光束。此外，一个目的是沿着较大光束尺度的方向、即沿着由线形强度分布形成的“线”实现强度分布的大均匀性。在一些方面，本专利技术的另一目的是提供一种激光系统，其使得能够通过排列具有线形强度分布的两个或三个以上激光线来改变线的长度，并且特别地提供具有可调整的线长度的激光线。这些方面中的一些或全部由独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中给出了本专利技术的另外的实施例。在第一方面，公开了一种光束变换单元，其用于将输入激光束变换成具有降低的空间和/或时间相干性的例如可以在激光系统中用于物体的线照射的变换的光束。光束变换单元包括由透明的一体式板形光学元件制成的变换光学器件，所述光学元件提供相对于彼此基本上平行地延伸的正面和背面。正面包括用于接收输入激光束的输入表面区域，所述输入表面区域与前反射表面区域相邻地以沿变换前方向的条形的方式延伸，背面包括用于出射输出激光束的输出表面区域，所述输出表面区域在与后反射表面区域相邻地以沿变形方向的条形的方式延伸，变换方向不同于变换前方向。此外，光束变换单元构造成使得前反射表面区域和后反射表面区域通过变换光学器件中的反射引导输入激光束的多个输入光束段在通过输入表面区域进入变换光学器件之后通过输出表面区域出射，其中，相邻的输入光束段被重新排列成输出光束段，所述输出光束段经历的反射次数不同，从而向光束变换光学器件内的输出光束段提供不同的光路长度。在另一个方面，公开了一种激光系统，其用于提供具有降低的空间和/或时间相干性的可以例如用于利用沿第一方向延伸的激光线对物体进行线照射的变换的光束。激光系统包括：激光源，其用于提供激光束作为沿着传播方向传播的输入激光束；以及光束变换单元，其包括由透明的一体式板形光学元件制成的变换光学器件，所述变换光学器件提供相对于彼此间隔一距离地基本上平行地延伸的正面和背面。正面包括用于接收输入激光束的输入(第一)表面区域，背面包括用于出射输出激光束的输出(第二)表面区域，其中，变换单元相对于传播方向定向成使得输入激光束相对于正面的法向量成一倾斜角落在输入表面区域上。倾斜角选择成使得输入激光束通过输入表面区域进入变换光学器件，并且在变换光学器件内由正面的前反射表面区域和背面的后反射表面区域处的反射引导以通过输出表面区域出射。此外，相邻的输入光束段被重新排列成输出光束段，所述输出光束段经历的反射次数不相同，从而向输出光束段提供不同的光路长度。在另一个方面，公开了一种均化和聚焦单元，其用于使条形的激光束均化，以形成沿第一方向延伸的例如在激光系统的布置结构中用于物体的线照射的激光线。均化和聚焦单元包括聚焦单元，所述聚焦单元包括在第二方向上起作用的短轴线聚焦元件，从而将激光线的工作平面在激光束的传播方向上的位置限定在所述短轴线聚焦元件的焦平面处。均化和聚焦单元还包括均化单元，所述均化单元构造成能够在均化单元的焦平面处使沿第一方向布置的条形的激光束的一部分沿着条形的激光束重叠。此外，工作平面在传播方向上的位置选择成与均化单元的焦平面的位置不同，使得激光线的强度分布包括具有由每一侧处的斜坡限界的平台的礼帽形状。特别地，平台可以在强度分布的半峰全宽的最多95％上延伸。在另一个方面，公开了一种激光系统，其用于在工作平面中提供激光线以用于物体的线照射，所述激光线在第一方向上延伸明显的长度并在第二方向上延伸较小的尺度。激光系统包括：激光源，其用于提供激光束作为沿着传播方向传播的延长的输入激光束的基础；以及均化和聚焦单元，其用于使条形的激光束均化以形成激光线。均化和聚焦单元包括聚焦单元，所述聚焦单元包括在第二方向上起作用的短轴线聚焦元件，从而将激光线的工作平面在激光束的传播方向上的位置限定在所述短轴线聚焦元件的焦平面处，均化和聚焦单元还包括均化单元，所述均化单元构造成能够在均化单元的焦平面处使沿第一方向布置的条形的激光束的一部分沿着条形的激光束重叠，其中，工作平面在传播方向上的位置被选择为与均化单元的焦平面的位置不同，使得激光线的强度分布包括具有由每一侧处的斜坡限界的平台的礼帽形状。特别地，平台可以在强度分布的半峰全宽的最多95％上延伸。在另一个方面，用于利用拼接的激光线的组合来激光加工物体的组合激光系统包括多个基本上相同的如本文所述的激光系统，其中，相邻的激光系统在第一方向上移位至少对应于斜坡的宽度的距离，从而允许在相应的过渡区中覆盖相邻的斜坡，并且形成在第一方向上具有平坦的总强度的延伸的激光线。在另一个方面，一种用于拼接激光线以形成沿第一方向延伸的拼接激光线的方法包括以下步骤：对于至少两个条形的激光束利用长轴线聚焦元件在焦平面上使沿第一方向布置的相应的条形的激光束的一部分重叠；以及利用短轴线聚焦元件使每个条形的激光束在第二方向上聚焦，从而在传播方向上将共同工作平面限定在第二方向上的相应的聚焦区内，其中，工作平面在传播方向上的位置被选择为与焦平面的位置不同；以及将所述至少两个条形的激光束在第一方向上并排对准，从而在共同工作平面中形成具有总强度的拼接激光线。在另一个方面，公开了一种均化和聚焦单元，其用于调整由条形的激光束形成的激光线的长度，所述激光线沿第一方向延伸。均化和聚焦单元包括均化单元，所述均化单元构造成能够在均化单元的焦平面处使沿第一方向布置的条形的激光束的一部分沿着条形的激光束重叠，均化和聚焦单元还包括聚焦单元，所述聚焦单元包括在第二方向上起作用的短轴线聚焦元件，从而限定激光线的工作平面在激光束的传播方向上的位置在短轴线聚焦元件的焦平面处。此外，激光束在均化单元与聚焦单元之间沿第一方向发散。前述方面与从属权利要求中所述的实施例相关联，这些实施例通过引用并入本说明书中。应注意的是，技术人员将理解相应的从属权利要求中给出的且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光束变换单元(13)，其用于将输入激光束(11A)变换为具有降低的空间和/或时间相干性的例如能够在激光系统(1)中用于物体(7)的线照射的变换的光束(13A)，所述光束变换单元(13)包括：由透明的一体式板形光学元件制成的变换光学器件(31)，所述变换光学器件(31)提供相对于彼此间隔一距离(d)地基本上平行地延伸的正面(31A)和背面(31B)，其中，正面(31A)包括用于接收输入激光束(11A)的输入表面区域(33A)，所述输入表面区域(33A)与前反射表面区域(33B)相邻地以沿变换前方向(y')的条形的方式延伸，背面(31B)包括用于出射输出激光束(11A)的输出表面区域(35A)，所述输出表面区域(35A)与后反射表面区域(35B)相邻地以沿变换方向(x')的条形的方式延伸，变换方向(x')与变换前方向(y')不同，并且其中光束变换单元(13)构造成使得前反射表面区域(33B)和后反射表面区域(35B)通过变换光学器件(31)内的反射引导输入激光束(11A)的多个输入光束段(27)在通过输入表面区域(33A)进入变换光学器件(31)之后通过输出表面区域(35A)出射，其中，相邻的输入光束段(27)被重新排列成输出光束段(29)，所述输出光束段(29)经历的反射次数不相同，从而在光束变换光学器件(31)内向输出光束段(29)提供不同的光路长度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光束变换单元(13)，其用于将输入激光束(11A)变换为具有降低的空间和/或时间相干性的例如能够在激光系统(1)中用于物体(7)的线照射的变换的光束(13A)，所述光束变换单元(13)包括：由透明的一体式板形光学元件制成的变换光学器件(31)，所述变换光学器件(31)提供相对于彼此间隔一距离(d)地基本上平行地延伸的正面(31A)和背面(31B)，其中，正面(31A)包括用于接收输入激光束(11A)的输入表面区域(33A)，所述输入表面区域(33A)与前反射表面区域(33B)相邻地以沿变换前方向(y')的条形的方式延伸，背面(31B)包括用于出射输出激光束(11A)的输出表面区域(35A)，所述输出表面区域(35A)与后反射表面区域(35B)相邻地以沿变换方向(x')的条形的方式延伸，变换方向(x')与变换前方向(y')不同，并且其中光束变换单元(13)构造成使得前反射表面区域(33B)和后反射表面区域(35B)通过变换光学器件(31)内的反射引导输入激光束(11A)的多个输入光束段(27)在通过输入表面区域(33A)进入变换光学器件(31)之后通过输出表面区域(35A)出射，其中，相邻的输入光束段(27)被重新排列成输出光束段(29)，所述输出光束段(29)经历的反射次数不相同，从而在光束变换光学器件(31)内向输出光束段(29)提供不同的光路长度。2.根据权利要求1所述的光束变换单元(13)，其中，正面(31A)和背面(31B)布置成间隔至少0.5毫米的距离(d)。3.根据权利要求1或2所述的光束变换单元(13)，其中，输入表面区域(33A)和输出表面区域(35A)布置成使得当输入激光束(11A)相对于正面(31A)的法向量(n)成一倾斜角(αeff)落在输入表面区域(33A)上时，基本上沿变换前方向(y')布置的输入光束段(27)被重新排列为基本上沿变换方向(x')布置的输出光束段(29)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光束变换单元(13)，其中，所述光束变换单元(13)还包括：设置在前反射表面区域(33B)和后反射表面区域(35B)处的反射涂层(36)、例如介电涂层，从而在前反射表面区域(33B)和后反射表面区域(35B)处提供光束变换单元(13)的反射结构，和/或设置在输入表面区域(33A)和/或输出表面区域(35A)处的抗反射涂层、例如介电涂层。5.根据权利要求1-4中任一项所述的光束变换单元(13)，其中，变换前方向(y')和变换方向(x')相对于彼此基本上正交地延伸。6.根据权利要求1-5中任一项所述的光束变换单元(13)，其中，输入表面区域(33A)具有条形形状、特别是矩形形状，并且沿着输入表面区域(33A)与前反射表面区域(33B)之间的直线型前过渡线(33T)延伸，以及输出表面区域(35A)具有条形形状、特别是矩形形状，并且沿着输出表面区域(35A)与后反射表面区域(35B)之间的直线型后过渡线(35T)延伸，以及直线型前过渡线(33T)相对于直线型后过渡线(35T)成小于90°的角度、特别是适应于倾斜角(αeff)的角度定向。7.根据权利要求1-6中任一项所述的光束变换单元(13)，其中，前反射表面区域(33B)和/或后反射表面区域(35B)具有三角形形状，直线型前过渡线(33T)和直线型后过渡线(35T)形成三角形形状的短边。8.一种激光系统，其用于提供具有降低的空间和/或时间相干性的例如能够用于利用沿第一方向(x)延伸的激光线(L)对物体(7)进行线照射的变换的光束(13A)，所述激光系统包括：激光源(3)，其用于提供激光束(3A)作为沿着传播方向(z)传播的输入激光束(11A)；以及光束变换单元(13)，其包括由透明的一体式板形光学元件制成的变换光学器件(31)，所述变换光学器件提供相对于彼此间隔一距离(d)地基本上平行地延伸的正面(31A)和背面(31B)，其中，所述正面(31A)包括用于接收输入激光束(11A)的输入表面区域(33A)，所述背面(31B)包括用于出射输出激光束(11A)的输出表面区域(35A)，其中变换单元(13)相对于传播方向(z)定向成使得输入激光束(11A)相对于正面(31A)的法向量(n)成一倾斜角(αeff)落到输入表面区域(33A)上，其中，倾斜角(αeff)选择成使得：输入激光束(11A)通过输入表面区域(33A)进入变换光学器件(31)，并在变换光学器件(31)内通过正面(31A)的前反射表面区域(33B)处的反射和背面(31B)的后反射表面区域(35B)处的反射被引导以通过输出表面区域(35A)出射，以及其中，相邻的输入光束段(27)被重新排列成输出光束段(29)，所述输出光束段(29)经历的反射次数不相同，从而向输出光束段(29)提供不同的光路长度。9.根据权利要求8所述的激光系统，其中，变换单元(13)构造成如权利要求2-7中任一项所述。10.根据权利要求8或9所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：变形准直单元(11)，其用于使激光源(3)的激光束(11A)成形为沿着与第一方向(x)不同的、特别是与第一方向(x)正交的第二方向(y)延长。11.根据权利要求8-10中任一项所述的激光系统，其中，激光源(3)构造成用于产生在从(近)紫外延伸到(近)红外的波长范围内的连续模式和/或脉冲模式的激光辐射。12.根据权利要求8-11中任一项所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：至少一个另外的激光源，其提供至少一个另外的激光束，以与激光束(3A)一起形成输入激光束(11A)。13.一种均化和聚焦单元(60)，其用于使条形的激光束(13A)均化以形成沿第一方向(x)延伸的例如将在激光系统(1)的布置结构中用于物体(7)的线照射的激光线(L)，所述均化和聚焦单元(60)包括：聚焦单元(17)，其包括在第二方向(y)上起作用的短轴线聚焦元件(65)，从而将激光线(L)的工作平面(WP)在激光束(13A)的传播方向(z)上的位置限定在所述短轴线聚焦元件的焦平面；以及均化单元(15)，其构造成能够在均化单元(15)的焦平面(FP)处使沿第一方向(x)布置的条形的激光束(13A)的一部分沿着条形的激光束(13A)重叠，其中工作平面(WP)在传播方向(z)上的位置选择成与均化单元(15)的焦平面(FP)的位置不同，使得激光线(L)的强度分布(51，54)包括具有在每一侧处由斜坡(53L，53R)限界的平台的礼帽形状。14.根据权利要求13所述的均化和聚焦单元(60)，其中，所述斜坡(53L，53R)中的至少一个延伸至少约5毫米且小于约60毫米、例如在10毫米至40毫米的范围内延伸。15.根据权利要求13或14所述的均化和聚焦单元(60)，其中，均化单元(15)包括：沿第一方向(x)延伸并且沿第一方向(x)起作用的至少一个多透镜元件(41A，41B)；以及长轴线聚焦元件(43)，其在第一方向(x)上起作用，以在长轴线聚焦元件(43)的焦平面(FP)中使与多透镜元件(41A，41B)的相应的透镜元件相关联的各个光束部分沿第一方向(x)重叠。16.根据权利要求15所述的均化和聚焦单元(60)，其中，工作平面(WP)相对于长轴线聚焦元件(43)的距离在长轴线聚焦元件(43)的焦距(F)的约30％至80％或130％至180％的范围内。17.根据权利要求15或16所述的均化和聚焦单元(60)，其中，长轴线聚焦元件(43)具有焦距(F)，以及短轴线聚焦元件(65)定位在与均化单元(15)、特别是与长轴线聚焦元件(43)间隔一非焦距(66)处，短轴线聚焦元件(65)定位在与长轴线聚焦元件(43)间隔所述焦距(F)的20％至90％和120％至200％的范围内。18.根据权利要求13-17中任一项所述的均化和聚焦单元(60)，其中，均化单元(15)包括沿第一方向(x)延伸并且在第一方向(x)上起作用的两个多透镜元件(41A，41b)，和/或多透镜元件(41A，41B)具有共同的焦距(f)并且在光束传播方向(z)上以大于多透镜元件的共同的焦距(f)的距离分离。19.根据权利要求13-18中任一项所述的均化和聚焦单元(60)，其中，均化单元(15)构造成能够在聚焦单元(17)处提供在第一方向(x)上发散的光束，其中，光束发散选择成使得工作平面(WP)处的激光线(L)的线长度(ll)比短轴线聚焦元件(65)的沿第一方向(x)的尺度大。20.根据权利要求13-19中任一项所述的均化和聚焦单元(60)，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·胡翁克，C·蒂尔科恩，S·多雷尔，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE