同时模式锁定Ｑ开关激光系统技术方案

一种同时模式Ｑ开关激光系统（６０）建构成防止激光操作期间的模式锁定的损失。较佳实施例由足以维持模式锁定状态的剩余位准的激光功率来操作所述激光系统于Ｑ开关脉冲之间的激光，以防止模式锁定的损失。所述剩余的激光功率输出可由脉冲选择装置（１１６）所阻隔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种同时模式锁定Q开关激光系统，其建构成用于防止激光 操作期间的模式锁定的损失。
技术介绍
使用超快速激光系统(具有小于20ps的脉冲宽度的激光输出)，或具有激 光输出脉沖宽度比lns更短的模式锁定激光的材料处理是目前在产业从业者 之间讨论的热门话题，典型的商用超快速激光具备1至5KHz的激光脉冲重复 率而每个脉冲具有1至5mJ的能力。图1A显示现有技术的超快速激光系统 10的构成要素组件，图1B显示产生于系统10的不同组件的输出处的大致激 光脉冲波形。超快速激光系统IO的第一部分是典型的模式锁定激光装置12, 以合适的激光材料和模式锁定技术所建构的模式锁定激光装置12发射出特征 为100fs至20ps的l^沖宽度和80至100MHz的脉沖重复率的激光输出脉冲功 率，激光脉沖选择装置14从80至100MHz的模式锁定激光脉冲列来选择1 至5KHz的模式锁定激光脉冲以供放大用。图1B的A行和B行分别显示模式 锁定激光装置12及脉冲选择装置14的输出的脉冲列，针对任何光学组件受到 所放大的强烈的超快速激光脉冲所损坏的风险是由引入脉沖展宽器16于脉冲 选择装置14的输出处来加以避免，所述脉沖展宽器16将传送10-15秒宽的激 光脉冲至再生》文大器18的前伸展所述等激光脉沖，以降低其峰值强度。在放 大之后，所放大的所伸展的脉冲被指引至脉冲压缩器20，所述脉冲压缩器20 使所述脉冲恢复至所希望的10-15秒的脉沖宽度范围。图1B的C行显示脉冲 压缩器20的所放大的输出。激光系统10非常复杂，很昂贵，且难以在产业环 境中使用；而且，针对许多激光处理应用，激光脉沖重复率太低。另一方面，典型的模式锁定激光具有80至100MHz的激光脉冲重复率(相 依于共振器长度)与每个脉沖相当低的激光能量(在小于1 yj的范围中)。图2A显示由模式锁定激光装置32所构成的现有技术的模式锁定激光系统，所述 模式锁定激光装置32发射具有脉冲宽度在一 10-9秒与数十个10-9秒间的范 围中的脉冲宽度，且指向选用的脉冲选择装置34的激光输出，所述选用的脉 冲选择装置34则由选用的放大器36跟随于后。图2B的A、 B、及C行分别 显示模式锁定激光装置32、脉冲选择装置34、及放大器36的输出所产生的大 致激光脉冲功率波形。虽然诸如Time-Bandwidth产品公司的Duetto型激光的 模式锁定激光系统30目前已上市贩卖，且展示平均功率大约IOW的100KHz 的典型激光重复率，但存在有某些与此种激光系统相关联的性能、封装、及操 作上的问题。首先，因为模式锁定激光装置32的脉沖重复率高至100MHz, 但脉冲选择装置34的脉冲重复率仅为100KHz，所以会浪费大部分(百分之 99.9)由模式锁定激光装置32所发射的激光能量，且针对模式锁定激光装置 32的每个脉冲的激光能量过低，将造成在放大器36上极为迫切的增益需求； 第二，激光系统30的设计和结构十分复杂；以及第三，因为所述复杂性，所 以激光系统30尚未备妥以供广泛的产业应用。同时模式锁定Q开关激光系统以Q开关来建构，所述Q开关设置于模式 锁定激光的共振器中，以便控制激光脉冲重复率。因为Q开关的操作，所以 由所述模式锁定激光所发射的激光输出脉沖为更高激光能量的脉冲。图3A显 示现有技术的同时模式锁定Q开关激光系统40，所述激光系统40是由Q开 关模式锁定激光装置42与选用的脉冲选择装置44及放大器46 —起所构成的。 图3B的A、 B、及C行分别显示模式锁定Q开关激光装置42、脉沖选择装置 44、及放大器46的输出所产生的大致激光脉冲的功率波形，图3B的C行显 示激光系统40输出的脉冲波形，其波形的特征在于奈秒宽的Q开关激光脉沖 功率轮廓50下的多重模式锁定脉冲48。激光脉冲48的脉沖功率轮廓50有利 于许多激光方法，例如半导体内存链接处理，材料修整，及通孔的形成。在奈 秒宽的脉沖功率轮廓50内的模式锁定激光脉冲48的数目可针对最佳的处理结 果，由Q开关操作所控制或以选用的脉冲选择装置44来加以选择。在多重模 式锁定脉冲48的相邻脉冲间的短时间间隔系有利于许多激光材料处理，用于 减少碎片及增加输贯量，各个模式锁定激光脉冲48的激光能量可利用选用的 放大器46来增加。然而，针对此Q开关及模式锁定激光的一潜在的技术困难性在于，模式锁定无法在Q开关激光脉冲所建立的短时间期间来予以理想地建立，这是因为模式锁定激光大部分是连续波抽运式且操作于连续模式中的缘 故，也就是说，为了要提供充分的时间来建立模式锁定，或不致在操作期间干 扰模式锁定的缘故。
技术实现思路
本专利技术的目的是建构以执行某些材料激光处理的一种同时模式锁定Q开 关激光系统，可提供相似于由传统Q开关激光所获得的激光脉沖功率轮廓的 典型的奈米宽激光脉沖功率轮廓。而取代所述轮廓内的连续激光功率的是，具 有多重模式锁定的短脉冲于所述奈米宽激光脉沖功率轮廓之内。较佳实施例由 以剩余的激光功率位准来操作激光于Q开关脉沖间而维持模式锁定状态来达 成。视需要地，所述剩余的连续激光输出可由脉冲选择装置所阻隔。针对某些材料处理应用，存在有起源于此种激光架构的某些优点。首先， 因为所述激光Q开关而模式锁定，所以位于接近Q开关脉冲轮廓峰值的所传 送模式锁定激光脉沖中的能量至少比传统模式锁定激光的能量更高10倍；其 次，在某些设计中，当使用整个奈秒激光功率轮廓于材料处理时，可不再需要 脉冲选择装置，此排除将使激光结构简化；第三，除非有所需求，否则较少需 要输出放大器；第四，若在奈秒宽激光脉沖功率轮廓下的模式锁定脉冲数目需 予以控制或选择，或在所述等Q开关激光脉冲间的剩余的激光功率需全部地 予以去除时，则仍可使用脉冲选择装置；以及第五，针对诸如半导体晶圆的奇 异性或低K层的晶粒切割的某些以激光为主的材料处理应用，当使用其中具 有多重模式锁定激光脉冲的奈秒宽激光脉冲功率轮廓时，在清除切痕及减少碎 片上有利的；而且在增加激光处理输贯量上，即整体上的优点。附图说明图1A及图1B分别显示现有技术的超快速激光系统及其组件的输出处所 产生的激光脉冲的功率波形；图2A及图2B分别显示现有技术的模式锁定激光系统及其组件的输出处 所产生的激光^K冲的功率波形；图3A及图3B分别显示现有技术的同时模式锁定Q开关激光系统及其组 件的输出处所产生的激光脉冲的功率波形；图4显示较佳实施例的模式锁定Q开关激光系统，其建构成用于防止激 光操作期间的模式锁定的损失；图5显示图4的激光系统的Q开关激光系统的输出脉沖的功率轮廓；图6显示模式锁定Q开关激光系统的较佳实施例，其建构成用于防止在 产生模式锁定激光脉冲的组合以供切断半导体装置链路用期间的锁定损失。图中，10超快速激光系统12，32模式锁定激光装置14,34,44,116脉沖选择装置16脉沖展宽器18,36,46放大器20脉冲压缩器30模式锁定激光系统40同时模式锁定Q开关激光系统42,122Q开关模式锁定激光装置48多重模式锁定激光脉冲50脉冲功率轮廓60激光系统62激光控制器64Q开关驱动信号66,134Q开关82,132激光共振器84,130激光媒质86,142输出耦合器88，144后反射镜90，92，124激光二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时模式锁定Ｑ开关激光系统，用于产生由多重时间位移的激光光脉冲发射短脉冲群部分特征化的激光输出，每个时间位移的激光光脉冲发射短脉冲群包含一或多个模式锁定的输出脉冲，所述激光系统包括：一抽运源，其与存在于由Ｑ值所特征化的一激光共振器中的一激光媒质光学地相关联，所述抽运源提供抽运光以刺激所述激光媒质的激光增益；一模式锁定装置，其与所述激光媒质和所述激光共振器光学地相关联，并以模式锁定的状态来建立激光光发射；以及一Ｑ开关，其定位于所述激光共振器内，用于操作来改变所述激光共振器的Ｑ值，以回应于一Ｑ开关驱动信号，从而选择性地产生所述激光共振器的高Ｑ和低Ｑ状态，所述高Ｑ状态产生一或多个模式锁定输出脉冲的多重时间位移的激光光脉冲发射短脉冲群，所述低Ｑ状态产生极低强度模式锁定的激光脉冲于相邻的所述多重时间位移的激光光脉冲发射短脉冲群之间，从而在所述激光光脉冲发射短脉冲群之间来维持一用于激光输出的模式锁定条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雲龙，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]