專利名稱：一種激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光裝置，尤其涉及一種能夠調(diào)整激光場形的激光裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)與加工技術(shù)的進(jìn)步，面板切割技術(shù)發(fā)展迅速。傳統(tǒng)的機(jī)械切割技術(shù)包括 三步驟，即劃線、裂片及磨邊。由于傳統(tǒng)的刀輪式劃線后，再用機(jī)械應(yīng)力裂片，容易使切割 面有碎屑、微裂痕等現(xiàn)象，以致切割品質(zhì)下降。因此，近后來，業(yè)界一般采用激光切割技術(shù) ，其具有切割裂痕垂直度較佳、切割面光滑且切割效率較高的優(yōu)點(diǎn)。然而激光切割技術(shù)中， 激光切割品質(zhì)決定于激光場形的分布。因此，需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整激光場形的分布，從而提 高激光切割速度及效率。
有鑒于此，提供一種能夠調(diào)整激光場形的激光裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容
以下將以實(shí)施例說明一種能夠調(diào)整激光場形的激光裝置。
一種激光裝置，包括 一個激光源與一個光學(xué)模組。該激光源用于發(fā)射橫向電磁模態(tài) 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。該光學(xué)模組包括 一個設(shè)置在該激光光路上的柱狀透鏡，該柱狀透鏡具有一個鄰近該激光源的第一表面及一個 與該第一表面相對的第二表面，該第一表面與該第二表面中至少一者為柱狀曲面以用于改變 該激光的場形。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述激光裝置包括一個第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件所包括的第一 表面與第二表面中至少一者為柱狀曲面，該柱狀曲面能夠使該激光源發(fā)射的激光產(chǎn)生非對稱 光斑，即光場在兩個垂直方向的分布不同，從而改變該激光的光場分布，提高該激光裝置的 光利用效率。由于該激光裝置只包括一個第一光學(xué)元件，因此該激光裝置的結(jié)構(gòu)簡單，制造 成本較低。


圖l是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的激光裝置的光路示意圖。 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的激光裝置的光路示意圖。 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的激光裝置的光路示意圖。 圖4是激光經(jīng)過第三實(shí)施例提供的激光裝置后的光場效果圖。圖5是激光源發(fā)出的激光為橫向電磁模態(tài)TEMK)的模擬示意圖。
圖6是圖5中的激光經(jīng)過第三實(shí)施例提供的激光裝置后的光場效果圖。
圖7是本發(fā)明第四實(shí)施例提供的激光裝置的光路示意圖。
圖8是激光源發(fā)出的激光為橫向電磁模態(tài)TEM(n的模擬示意圖。
圖9是圖8中的激光經(jīng)過第四實(shí)施例提供的激光裝置后的光場效果圖。
圖10是本發(fā)明第五實(shí)施例提供的激光裝置的光路示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參見圖l，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的激光裝置IO，其包括激光源11及光學(xué)模組12。
該激光源ll用于發(fā)射橫向電磁模態(tài)(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。
該光學(xué)模組12為一個柱狀透鏡，其設(shè)置在該激光101的光路上。該柱狀透鏡具有一個鄰 近該激光源11的第一表面121，及一個與第一表面121相對的第二表面122。該第一表面121為 柱狀凹曲面，該第二表面122為平面。該激光源11發(fā)出的激光101經(jīng)由光學(xué)模組12的第一表面 121透射后被發(fā)散到像平面13形成一個條形光斑131 。
該第一表面121為柱狀凹曲面，其可將該激光源11發(fā)出的激光101發(fā)散形成一個條形光斑 131，從而改變了該激光101的場形，并且由于該光學(xué)模組12為一個柱狀透鏡，柱狀透鏡能夠 產(chǎn)生不對稱的光斑，即光場在X方向與Y方向上的分布不同。同時，該激光裝置10只包括一個 柱狀透鏡，因此該激光裝置10的結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。
請參見圖2，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的激光裝置20，其與第一實(shí)施例提供的激光裝置IO 基本相同，該激光裝置20包括激光源2 l及光學(xué)模組22 。
本實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處在于，該光學(xué)模組22為一個柱狀透鏡，該光學(xué)模組22的 第一表面221為沿X方向延伸的柱狀凹曲面，第二表面222為沿Y方向延伸的柱狀凸曲面，其中 ，該X方向與Y方向互相垂直。
該激光源21發(fā)出的橫向電磁模態(tài)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。
該光學(xué)模組22的第一表面221為柱狀凹曲面，可將激光201發(fā)散，該第二表面222為柱狀 凸曲面，其可將激光201會聚，從而在像平面23形成一個光斑231，從而改變了該激光源21的 場形。
可以理解的是，該第一表面221可為平面、球面、柱狀曲面或自由曲面，第二表面222也可為平面、球面、柱狀曲面或自由曲面，但第一表面221與第二表面222中至少一者為柱狀曲 面。改變該第一表面221與第二表面222的組合，可以在像平面23上得到不同的激光場形。
請參見圖3，本發(fā)明第三實(shí)施例提供的激光裝置30，其與第一實(shí)施例提供的激光裝置IO 基本相同，該激光裝置30包括激光源31及光學(xué)模組32。本實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處在于 ，該光學(xué)模組32包括一個第一光學(xué)元件321與一個第二光學(xué)元件322。
該激光源31發(fā)射橫向電磁模態(tài)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。
該第一光學(xué)元件321為一個柱狀透鏡，其設(shè)置在該激光301的光路上。該第一光學(xué)元件 321的第一表面3211為柱狀凸曲面，該第二表面3212為平面。
該第二光學(xué)元件322為一個球透鏡，其設(shè)置在該激光301的光路上且位于該第一光學(xué)元件 321與該激光源31之間。該第二光學(xué)元件322具有一個遠(yuǎn)離該第一光學(xué)元件321的第三表面 3221以及一個與該第三表面3221相對的第四表面3222。該第三表面3221為球面，第四表面 3222為平面。
該激光源31發(fā)射的激光301經(jīng)過該第二光學(xué)元件322的第三表面3221會聚后入射至該第一 光學(xué)元件321，光線在該第一光學(xué)元件321的第一表面3211會聚并在像平面33上形成一個光斑 331。
可以理解的是，該第一光學(xué)元件321的第一表面3211，第二表面3212及該第二光學(xué)元件 322的第三表面3221，第四表面3222，不限于上述形狀，也可以為平面，球面，柱狀曲面或 自由曲面。但該第一表面3211與該第二表面3212中至少一個為柱狀曲面，該第三表面3221， 第四表面3222中至少一個為非平面。
在本實(shí)施例中，可以通過改變該第一光學(xué)元件321的第一表面3211與第二表面3212，該 第二光學(xué)元件322的第三表面3221與第四表面3222的形狀組合，以及該第二光學(xué)元件322與該 第一光學(xué)元件321之間的距離，從而，在像平面33上得到不同形狀的激光場形。
若激光源31發(fā)出的激光301的光束直徑為D，第二光學(xué)元件322為球透鏡，該第一光學(xué)元 件321為柱狀透鏡。第二光學(xué)元件322與第一光學(xué)元件321之間的間距為C，該第一光學(xué)元件 321到像平面33的距離為E。像平面33上所成的像的水平軸(短軸)寬度為H，像平面33上所成 的像的垂直軸(長軸)寬度為V。根據(jù)幾何光學(xué)追蹤法可知，該第二光學(xué)元件322的有效焦距 fl與該第一光學(xué)元件321的有效焦距f2，滿足以下的條件式
fl=D(C+E)/(D-h) (1)
f2=E(DE+hC)/((h-v)(C+E)) (2)
6其中，當(dāng)像平面33位于子午面焦點(diǎn)前，則上述(1)與(2)式中，v=V，反之，v=-V。當(dāng)像 平面33位于弧矢面焦點(diǎn)前時，則上述(1)與(2)式中，h=H，反之，h=-H。
若該第二光學(xué)元件322設(shè)置在該第一光學(xué)元件321的遠(yuǎn)離該激光源31的一側(cè)，該第二光學(xué) 元件322到像平面33的距離為E，其它參數(shù)定義不變。激光源31發(fā)出的激光301的光束直徑仍 為D，第二光學(xué)元件322與第一光學(xué)元件321之間的間距仍為C，像平面33上所成的像的水平軸 (短軸)寬度為H，像平面33上所成的像的垂直軸(長軸)寬度為V。根據(jù)幾何光學(xué)追蹤法可知， 該第一光學(xué)元件321的有效焦距fl與該第二光學(xué)元件322的有效焦距f2，將滿足以下的條件式
fl=(hC+DE)/(hi) (3) f2=DE/ (D-h) (4)
其中，當(dāng)像平面33位于子午面焦點(diǎn)前，則上述(3)與(4)式中，v=V，反之，v=-V。當(dāng)像 平面33位于弧矢面焦點(diǎn)前時，則上述(1)與(2)式中，h=H，反之，h=-H。
若激光源31為波長10.6um的二氧化碳激光301，其模態(tài)為橫向電磁模態(tài)TEMoo模態(tài)。該二 氧化碳激光301以光束直徑11. 5mm射入光學(xué)模組32，經(jīng)過該第一光學(xué)元件321與該第二光學(xué)元 件322出射至像平面33上形成橢圓形光斑。
為了在像平面33上形成長軸寬度大于60mm且短軸寬度小于3mm的橢圓形光斑，且要求該 第一光學(xué)元件321與該第二光學(xué)元件322相距50mm，該第二光學(xué)元件322與像平面33的距離為 177mm，則由條件式(3)與(4)可得該第一光學(xué)元件321的有效焦距fl與該第二光學(xué)元件322的 有效焦距f2。再由元件的形狀可計算出曲率半徑。在本實(shí)施例中，設(shè)定長軸寬度68mm，短軸 寬度2mm，該第一光學(xué)元件321為柱狀透鏡，其第一表面3211為柱狀凸曲面，經(jīng)計算得該第一 光學(xué)元件的曲率半徑約為42mm。該第二光學(xué)元件322的第三表面3221為球面，經(jīng)計算得該第 三表面3221的曲率半徑約為300mm。
將上述參數(shù)以光學(xué)模擬軟件分析，即得到在像平面33的激光場形的長軸為69mm，短軸為 2. lmm，其為一個橢圓形光斑，符合實(shí)際要求，請一并參見圖4，像平面33上得到的激光場形 的效果圖。
當(dāng)激光源31發(fā)出的激光為橫向電磁模態(tài)TEMK)時，請一并參見圖5。則由條件式(l)與 (2)或者條件式(3)與(4)可在像平面33上得到雙針葉形的激光場形，請一并參見圖6所示的像 平面33上的激光場形效果圖。
請參見圖7，本發(fā)明第四實(shí)施例提供的激光裝置60，其與第一實(shí)施例提供的激光裝置IO 基本相同，該激光裝置60包括激光源6 l及光學(xué)模組62 。本實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處在于，該光學(xué)模組62包括一個第一光學(xué)元件621以及一 個第二光學(xué)元件622。
該激光源61發(fā)射橫向電磁模態(tài)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。
該第一光學(xué)元件621為一個柱狀透鏡，其設(shè)置在該激光601的光路上，其具有一個鄰近該 激光源61的第一表面6211以及一個與該第一表面6211相對的第二表面6212。該第一表面 6211為柱狀凸曲面，第二表面6212為平面。
該第二光學(xué)元件622設(shè)置在該激光601的光路上且位于該第一光學(xué)元件的遠(yuǎn)離該激光源 61的一側(cè)。該第二光學(xué)元件622具有一個鄰近第一光學(xué)元件621的第三表面6221及與第三表面 6221相對的第四表面6222。該第三表面6221為偏心雙球曲面，第四表面6222為平面。
該激光源61發(fā)射的激光601經(jīng)過該第一光學(xué)元件621的第一表面6211會聚后入射至該第二 光學(xué)元件622，光線在該第二光學(xué)元件622的第三表面6221上沿平行該第一光學(xué)元件621的柱 狀凸曲面的延伸方向會聚，并在像平面63上形成兩個光斑631 。
在本實(shí)施例中，若激光源61發(fā)出橫向電磁模態(tài)TEM(n的激光601，請一并參見圖8所示的 橫向電磁模態(tài)TEM(n的激光601的效果圖。則經(jīng)過上述第一光學(xué)元件621與第二光學(xué)元件622之 后，在像平面63形成兩個光斑631，其像平面63形成兩個光斑631的效果圖請一并參見圖9。
可以理解的是，在本實(shí)施例中，該第一光學(xué)元件621的第一表面6211，第二表面6212， 該第二光學(xué)元件622的第三表面6221，第四表面6222不限于上述形狀，也可以為平面，球面 ，柱狀曲面或自由曲面，但該第一表面6211與第二表面6212中至少有一個為柱狀曲面，該第 三表面6221與第四表面6222中至少一個為非平面。因此，可以通過改變該第一光學(xué)元件621 的第一表面6211，第二表面6212，該第二光學(xué)元件622的第三表面6221，第四表面6222的形 狀組合，以及該第一光學(xué)元件621與該第二光學(xué)元件622之間的距離，在像平面63上得到不同 形狀的激光場形。
請參見圖IO，本發(fā)明第五實(shí)施例提供的激光裝置90，其與第一實(shí)施例提供的激光裝置 IO基本相同，不同之處在于，該激光裝置90進(jìn)一步包括一個第一反射元件921以及一個第二 反射元件922。
該激光源91發(fā)射橫向電磁模態(tài)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。
該第一光學(xué)元件920為一個柱狀透鏡，其第一表面9201為柱狀凹曲面，第二表面9202為 平面。該第一反射元件921與第二反射元件922設(shè)置在激光源91與第一光學(xué)元件920之間。第一 反射元件921與第二反射元件922可為橢球面反射鏡(Ellipsoid Mirror)或拋物面反射鏡 (Paraboloid Mirror)。該第一反射元件921的焦距fl與該第二反射元件922的焦距f2，滿足 以下的條件式
fll+|f2l=d
其中，d表示該第一反射元件與該第二反射元件的頂點(diǎn)間距。此時，該激光源91發(fā)出的 激光901經(jīng)過該第一反射元件921與第二反射元件922后，光束直徑改變且仍平行入射至該第 一光學(xué)元件920，激光901在該第一光學(xué)元件920上沿柱狀凹曲面有效的發(fā)散，從而改變了該 激光901的場形。
當(dāng)然，該第一反射元件921的焦距fl與該第二反射元件922的焦距f2，也可以滿足條件式 :|fl| + |f2|#d，使該激光源91發(fā)出的激光901經(jīng)過該第一反射元件921與第二反射元件922 會聚后入射至該第一光學(xué)元件920，激光901在該第一光學(xué)元件920上有效的發(fā)散，從而改變 了該激光源91的場形。同時，該激光裝置90采用了第一反射元件921與第二反射元件922，形 成一種反射架構(gòu)，從而節(jié)省空間。
可以理解的是，該第一反射元件921與該第二反射元件922也可以設(shè)置在該第一光學(xué)元件 920的遠(yuǎn)離該激光源91的一側(cè)，且該第一反射元件的焦距fl與該第二反射元件的焦距f2，其 滿足以下的條件式 fll+|f2|=d
其中，d表示該第一反射元件921與該第二反射元件922的頂點(diǎn)間距。則該激光源91發(fā)出 的激光901經(jīng)過該第一光學(xué)元件920發(fā)散后，入射第一反射元件921與第二反射元件922，使光 束軸長改變，從而改變該激光901的場形。
當(dāng)然，該第一光學(xué)元件92的第一表面9201與第二表面9202也不限于上述形狀，也可為平 面、球面、柱狀曲面或自由曲面，但第一表面9201與第二表面9202中至少一個為柱狀曲面。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效 果，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光裝置，包括一個激光源，其用于發(fā)射橫向電磁模態(tài)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；一個光學(xué)模組，其包括一個設(shè)置在該激光光路上的柱狀透鏡，該柱狀透鏡具有一個鄰近該激光源的第一表面及一個與該第一表面相對的第二表面，該第一表面與該第二表面中至少一者為柱狀曲面以用于改變該激光的場形。
2 如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該柱狀曲面為柱狀凸曲面。
3 如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該柱狀曲面為柱狀凹曲面。
4 如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該光學(xué)模組進(jìn)一步包 括一個第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件設(shè)置在該第一光學(xué)元件與該激光源之間，該第二光學(xué) 元件具有一個遠(yuǎn)離該第一光學(xué)元件的第三表面及與該第三表面相對的第四表面，該第三表面 與該第四表面中至少一者為非平面。
5 如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該光學(xué)模組進(jìn)一步包 括一個第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件設(shè)置在該第一光學(xué)元件的遠(yuǎn)離該激光源的一側(cè)，該第 二光學(xué)元件具有一個鄰近該第一光學(xué)元件的第三表面及與該第三表面相對的第四表面，該第 三表面與該第四表面中至少一者為非平面。
6 如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該光學(xué)模組進(jìn)一步包 括一個第一反射元件及一個第二反射元件，該第一反射元件與該第二反射元件設(shè)置在該激光 源與該第一光學(xué)元件之間。
7 如權(quán)利要求6所述的激光裝置，其特征在于，該第一反射元件的焦 距fl與該第二反射元件的焦距f2，滿足以下的條件式 fll+|f2|=d其中，d表示該第一反射元件與該第二反射元件的頂點(diǎn)間距。
8.如權(quán)利要求6所述的激光裝置，其特征在于，該第一反射元件與該 第二反射元件為橢球面反射鏡。
9.如權(quán)利要求6所述的激光裝置，其特征在于，該第一反射元件與該 第二反射元件為拋物面反射鏡。
10.如權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，該光學(xué)模組進(jìn)一步 包括一個第一反射元件及一個第二反射元件，該第一反射元件與該第二反射元件設(shè)置在該第 一光學(xué)元件遠(yuǎn)離該激光源的一側(cè)。
11.如權(quán)利要求10所述的激光裝置，其特征在于，該第一反射元件的 焦距fl與該第二反射元件的焦距f2，滿足以下的條件式 fl l + |f2|=d其中，d表示該第一反射元件與該第二反射元件的頂點(diǎn)間距。
12.如權(quán)利要求10所述的激光裝置，其特征在于，該第一反射元件與 該第二反射元件為橢球面反射鏡或拋物面反射鏡。
全文摘要
一種激光裝置，包括一個激光源與一個光學(xué)模組。該激光源用于發(fā)射橫向電磁模態(tài)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。該光學(xué)模組包括一個設(shè)置在該激光光路上的柱狀透鏡，該柱狀透鏡具有一個鄰近該激光源的第一表面及一個與該第一表面相對的第二表面，該第一表面與該第二表面中至少一者為柱狀曲面以用于改變該激光的場形。
文檔編號G02B27/09GK101661164SQ20081030429
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者江文章, 韋安琪 申請人:富士邁半導(dǎo)體精密工業(yè)(上海)有限公司;沛鑫半導(dǎo)體工業(yè)股份有限公司