激光烧蚀装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术介绍了一种用于PLD应用的激光烧蚀装置和相应的方法，其中利用圆形扫描图案在目标(11‑12，31‑34，41‑46，51‑53，62，73，84，92，102，114，124)表面上实现高扫描速度，用于有效的涂覆过程。该装置允许目标和扫描线的灵活定位，以优化大表面区域上的涂层均匀性以及用于扫描的高占空比。这些特征对于实现高效的工业涂覆工艺至关重要。快速光学切换(15，37，40，57)和扫描镜(13‑14，35‑36，47‑49，54‑56，61，72，83，91，101，112，122)的同步旋转使能激光能量沿目标表面上的长扫描线路径的有效分配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光烧蚀装置和方法
本专利技术涉及脉冲激光沉积(PLD)中的激光扫描并且利用该技术涂覆各种材料。
技术介绍
脉冲激光沉积是一种技术，其中短激光脉冲用于从固体目标分离和释放材料，该过程称为激光烧蚀，并且分离的材料将行进到基底或基础材料上，其中它粘附并形成涂层。可以设计激光源，使得可以控制或选择脉冲的波长、脉冲长度、脉冲能量和重复率。此外，可以使用光学器件来控制例如目标表面上的激光脉冲的偏振、光斑尺寸和强度分布。在某些条件下，材料的分离可以在目标表面上没有显著的热加热的情况下发生。可以在目标表面上扫描激光脉冲，以增加被释放材料涂覆的区域并使目标能够平滑地磨损。另外，基底可以在涂覆区域中移动，以在基底上涂覆更大的区域。与这两者一起，有效的激光扫描和基底操作，使脉冲激光沉积方法更适用于工业涂覆工艺。基于PLD的方法的生产率是高度关注的，并且与现有技术的涂覆溶液相比，非常希望增加。提高基于PLD的涂覆方法的生产率或有效性的一种方法是增加激光脉冲的重复率和激光在目标上的扫描速度。高扫描速度可以通过旋转的光学元件(如镜)实现，其中激光脉冲被引导到其中。当镜绕轴旋转时，反射激光脉冲将被分配到由光学设备限定的角度。多面镜与特定扫描透镜一起是在平面表面上实现聚焦激光束的高扫描速度的常用且可商购的方式。基于旋转光学元件的扫描的简单实现是旋转单面镜，具有一个反射表面，其可以围绕旋转轴产生圆形扫描线，非常像灯塔中的原理。仍然存在各种可选设备，这些光学装置如何可以用于脉冲激光沉积，具有将目标相对于光学元件放置以及目标具有什么物理形状的若干可能性。FI20146142提出并描述了基于PLD的涂覆方法的扫描原理，其中镜围绕轴旋转并且反射的激光脉冲指向环形圆形目标的表面，因此，烧蚀点将沿着目标表面上的圆形路径移动。烧蚀的材料从这样的圆形线排出，形成环形材料源。此外，使用旋转镜的扫描装置可以配备有固定有镜的保护结构，其中该结构仅包括用于输出激光脉冲序列的小间隙，使得分离的目标材料基本上不会传播回到镜的表面上作为潜在的有害污染物。该方法的一个缺点是，由于完整圆形路径的烧蚀导致的涂层的厚度均匀性对于某些应用来说不是最佳的。此外，提高厚度均匀性水平的大多数潜在方式需要对待涂覆的基底进行复杂的操作，并且导致涂覆过程的占空比和有效性降低和/或废料量的增加。
技术实现思路
本专利技术介绍了一种有效的扫描方法和装置，其结合了至少两个目标，快速光学切换和旋转扫描用于将激光脉冲序列引导到这些目标上。附图说明图1示出了在第一扫描阶段结束时具有两个半圆形目标、快速光学开关和两个旋转扫描镜的第一扫描装置；图2示出了第二扫描阶段开始时的第一扫描装置；图3示出了具有四个目标、90度弧和两个镜的第二扫描装置；图4示出了具有六个目标、60度弧和三个镜的第二扫描装置；图5示出了具有三个目标、120度弧和三个镜的第二扫描装置；图6示出了具有旋转镜、可移动倾斜表面目标和基底的装置的侧视图；图7示出了改变四分之一波片中光的偏振的装置的侧视图；图8示出了还包括聚焦透镜的装置的侧视图；图9示出了一种装置的侧视图，其中旋转镜相对于目标放置在不同的水平上；图10示出了一种装置的侧视图，其中目标可以水平和竖直地移动；图11示出了一种装置的侧视图，其中附加的反射表面用于传播的激光脉冲序列，其中目标可在两个方向上移动；和图12示出了一种装置的侧视图，其中附加的反射表面用于传播的激光脉冲序列，其中倾斜的表面目标可竖直地移动。具体实施方式本专利技术介绍了一种激光束扫描方法和适用于脉冲激光沉积(PLD)技术的装置及其在各种涂覆应用中的用途。换句话说，本专利技术讨论了激光烧蚀装置和相应的方法。本专利技术公开了一种以交替方式在至少两个不同目标上扫描短激光脉冲的方法。图1示出了第一扫描装置的构思的示例，示出了简化的俯视图。有两个目标11，12形状相同，示出为弧形，每个都是完整圆环的一半。在此情况下，两个目标11，12都具有它们自己的旋转扫描镜13，14，其位于由目标的曲率半径限定的距离处，使得目标11，12的中心点位于镜13，14的旋转轴线上。这意味着如果通过旋转镜13，14扫描聚焦的激光束，则在扫描期间光束焦点将准确地在目标11，12的弯曲表面上。在该示例中，镜13，14的旋转轴垂直于纸的平面。激光束沿镜的旋转轴传播到镜。这也结合图7-12进行说明。镜的旋转轴不需要是平行的。考虑到采用的应用，可以自由选择目标材料。还可以具有全部不同材料的目标，从而产生具有不同组成或多层涂层的涂层。目标可以具有单一材料，或者它可以是多材料对象，例如层压对象。所需的涂覆材料的特性可能会有很大差异。图1的示例中的扫描镜被设置为通过控制器以相同的角速度同步旋转，而不一定旋转到相同的方向。光学开关15，包括例如电光调制器(EOM)和偏振分束器，选择性地切换激光束以行进到镜13或镜14。镜13，14的角位移和切换的时间被设置成使得在扫描的第一阶段，镜13扫描第一目标11上的激光束。一旦镜13到达目标11上的扫描结束(半圈)，激光束就切换到镜14，该镜14将在第二个目标12开始扫描。扫描的第二阶段如图2所示，具有与图1中已讨论过的相同的物理部件。在扫描的第二阶段，当镜14将激光束扫描在目标12上时，镜13也旋转半圈达到一角位移，以便在目标11上开始扫描。光束再次切换回镜13并重复阶段1。扫描以这种交替方式继续进行，实际上是带有一个旋转镜和一个完整的圆环目标的一个完整的圆形扫描。这意味着扫描的占空比接近100％，仅受到切换所需的短时间的影响。然而，将目标环分成两半允许不同的几何装置以相对于被涂覆的基底定位目标，因此允许例如优化涂层的均匀性。基于图1和2中所示并且如上所述的基本原理，旋转扫描器和圆弧目标可以以许多不同的方式装置。图3-5示出了一些示例，其中相同的圆弧目标，一起形成完整的圆，已经以各种构造定位。图3示出了包括四个目标31，32，33，34的扫描装置，每个目标覆盖整个圆圈的90度的角度。从图3中可以看出，包括两个组的两个相对定位的目标区段是基于并排的。左边的第一组包括目标(区段)31和33，而右边的第二组包括目标32，34。在由第一组31，33的目标围绕的圆的中心，定位在该示例中顺时针旋转的第一镜35，并且相应地，在第二组目标32，34的中心定位也沿顺时针方向旋转的第二镜36。首先，光学开关37将激光脉冲引导到第一组目标上，更具体地，引导到目标31。当来自第一镜35的反射光束覆盖目标31的整个90度时，光学开关将在图3的情况下，将激光脉冲切换到目标32上及其左侧边缘。镜将再次转动90度，并且切换将再次发生，这次进入目标33。在再次切换到目标34上之后，并且当该区段完成(在该图中的左侧端中)时，完成来自所有分区段的目标的完整的360度烧蚀。此后，所公开的圆可以再次从目标31开始，并且该方法以与上面公开的类似方式继续。当然，需要选择光学开关37和烧蚀目标31-34的位置，使得始终存在用于激光脉冲的视线，使得来自光学开关37的激光脉冲到达镜35或36并且来自于镜35或36的反射将不间断地到达所需的目标区段。可以通过可编程的控制器单元实现镜35，36的旋转运动和角度位置的智能控制以及光学开关37的控制。图3中的虚线示出了当第二目标32上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涂覆基底(64，75，86，94，104，116，126)的激光烧蚀装置，其中该装置包括：‑控制单元，‑发射激光脉冲的至少一个激光源，其特征在于，该装置还包括‑至少两个目标(11‑12，31‑34，41‑46，51‑53，62，73，84，92，102，114，124)，其中至少两个目标中的每个的烧蚀表面形成为圆弧，‑至少两个可控制的扫描镜(13‑14，35‑36，47‑49，54‑56，61，72，83，91，101，112，122)，每个分别围绕其轴是可旋转的，并且该扫描镜构造成以相同的角速度彼此同步旋转，‑可控制的光学开关(15，37，40，57)，其能够将入射激光脉冲引导至至少两个不同的路径，其中入射激光脉冲指向光学开关(15，37，40，57)并且输出脉冲一次被引导到选定的扫描镜(13‑14，35‑36，47‑49，54‑56，61，72，83，91，101，112，122)，并进一步指向至少两个目标中的选定目标，其中‑控制单元被构造为在选定的时间段内激活光学开关(15，37，40，57)，使得烧蚀的材料(63，74，85，93，103，115，125)与至少两个目标(11‑12，31‑34，41‑46，51‑53，62，73，84，92，102，114，124)连续分离，以便在基底(64，75，86，94，104，116，126)上形成涂层。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.10 FI 201658461.一种用于涂覆基底(64，75，86，94，104，116，126)的激光烧蚀装置，其中该装置包括：-控制单元，-发射激光脉冲的至少一个激光源，其特征在于，该装置还包括-至少两个目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)，其中至少两个目标中的每个的烧蚀表面形成为圆弧，-至少两个可控制的扫描镜(13-14，35-36，47-49，54-56，61，72，83，91，101，112，122)，每个分别围绕其轴是可旋转的，并且该扫描镜构造成以相同的角速度彼此同步旋转，-可控制的光学开关(15，37，40，57)，其能够将入射激光脉冲引导至至少两个不同的路径，其中入射激光脉冲指向光学开关(15，37，40，57)并且输出脉冲一次被引导到选定的扫描镜(13-14，35-36，47-49，54-56，61，72，83，91，101，112，122)，并进一步指向至少两个目标中的选定目标，其中-控制单元被构造为在选定的时间段内激活光学开关(15，37，40，57)，使得烧蚀的材料(63，74，85，93，103，115，125)与至少两个目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)连续分离，以便在基底(64，75，86，94，104，116，126)上形成涂层。2.根据权利要求1所述的激光烧蚀装置，其特征在于，所述目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)的弧相加一起形成完整的圆。3.根据权利要求1或2所述的激光烧蚀装置，其特征在于，基底(64，75，86，94，104，116，126)放置在目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)的近距离处，以便使烧蚀材料作为单层涂层或多层涂层粘附在基底上。4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，存在两个目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)由不同材料或材料组合物制成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，所述目标(11-12，31-34，41-46，51-53，62，73，84，92，102，114，124)被成形为像圆环、圆柱体、圆锥体、截锥体、或在其端部倾斜或歪斜的圆柱形元件，或目标(11-12，31-34，41-6，51-53，62，73，84，92，102，114，124)是板。6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，在烧蚀过程中，控制单元被构造为同时控制所有扫描镜(13-14，35-36，47-49，54-56，61，72，83，91，101，112，122)的旋转，以及光学开关(15，37，40，57)被装置成将激光脉冲引导到所选择的扫描镜达给定时间段。7.根据权利要求1-6中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，到达目标表面的激光脉冲是线性或椭圆或圆偏振的。8.根据权利要求1-7中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，对于所有扫描镜(13-14，35-36，47-49，54-56，61，72，83，91，101，112，122)，通过旋转器件将旋转速度选择为相互相同。9.根据权利要求1-8中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，所述至少两个扫描镜(13-14，35-36，47-49，54-56，61，72，83，91，101，112，122)的旋转轴彼此平行排列。10.根据权利要求1-9中任一项所述的激光烧蚀装置，其特征在于，第一目标(11)由第一物质制成，第二目标(12)由不同于第一物质的第二物质制成，其中，所述装置被构造成在所述装置接通时制造在所述基底(64，75，...

【专利技术属性】
技术研发人员：V克科宁，M西尔塔宁，
申请(专利权)人：普尔塞德翁公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI