本发明专利技术揭示一种激光加工系统，其会针对一特殊的应用（或是该应用的子集）来快速且弹性地修正一加工光束，以便决定且施行一经改良或最佳的光束轮廓。该系统会降低光束整型子系统受到激光加工系统中的变异影响的敏感性，其包含因为下面所造成的变异：制造公差、热漂移、构件效能变异以及其它系统变异源。特定实施例还会调变较低质量的激光束（有较高的Ｍ２数值）来提供可接受的经过整型的光束轮廓。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于激光加工。更明确地说，本专利技术是关于使用适合的光学组件于材料加 工期间快速地改变一激光束的空间强度轮廓的形状。
技术介绍
许多激光加工系统皆使用一在工作表面处具有指定空间强度轮廓的加工光点来 最佳化一特殊的激光加工结果。举例来说，用于产生所希望的空间强度轮廓的光束整型方 法包含使用绕射式与折射式光学组件。不过，由于为保持可接受的输出光束特征而大体上 必须用到的受约束输入激光束公差(举例来说，在位置、直径、模式质量以及其它参数之 中)的关系，该些方式皆会造成设计上的难度。尽管输入激光束特征及/或激光束传送光 学组件中会有变异，生产激光加工系统大体上仍会设计成用以符合此等输出激光束特征。 举例来说，此等变异可能会随着时间流逝、在温度改变时及/或随着系统构件变异(举例来 说，从一系统至另一系统)而发生。用于产生一具有所希望的空间强度轮廓的激光束的典型方式会使用事先设计的 硬式光学组件，该等硬式光学组件依赖于适当操作的特定光束特征。举例来说，当配合一具 有特殊质心、X与Y直径、空间模式内容以及波前误差的高斯光束来使用时，一绕射式光学 组件(diffractive optical element, DOE)便会产生一具有所希望的特征(举例来说，尖 峰强度变异、空间截止频带、最大旁瓣振幅以及其它特征)工件。然而，当输入光束特征偏 离用来设计该DOE的规格时，该等输出整型光束特征便会变差。因为DOE通常是用于一特殊应用，所以，DOE —旦设计之后，输出光束形状便无法 轻易地修正。因此，倘若一特殊的激光加工使用新的输出光束形状或是各式各样输出光束 形状以达最佳的加工质量或速度的话，那么，使用事先设计的硬式光学组件的既有方法便 会显得麻烦及/或不切实际。例外的情况是可藉由缩放(举例来说，经由变动放大倍数) 及旋转(举例来说，经由Dove棱镜之类的装置)来调变输出光束。该些方法在某些应用中 足以胜任，但是却无法适用在其它应用或在其它应用中会受到约束。
技术实现思路
因此，本文所揭示的特定实施例包含一激光加工系统，其会针对一特殊的应用 (或是该应用的子集)来快速且弹性地修正该加工光束，以便决定且施行一经改良或最佳 的光束轮廓。该系统会降低光束整型子系统受到激光加工系统中的变异影响的敏感性，其 包含因为下面所造成的变异制造公差、热漂移、构件效能变异以及其它系统变异源。特定 实施例还会调变较低质量的激光束(有较高的M2数值)来提供可接受的经过整型的光束 轮廓。于其中一实施例中，一种用于加工一工件的方法是使用一具有经过选择性整型的 空间强度轮廓的激光束。该方法包含让该工件的第一部分和第一组加工特征产生关联并且 让该工件的第二部分和第二组加工特征产生关联。该方法还包含让第一空间强度轮廓和第一组加工特征产生关联并且让第二空间强度轮廓和第二组加工特征产生关联。一或多个适 合的光学组件会调变一输入激光束的相位与振幅中至少其中一者，用以产生一具有第一空 间强度轮廓的输出激光束。具有第一空间强度轮廓的输出激光束接着会加工该工件的第一 部分。该方法还包含藉由使用该等一或多个适合的光学组件来调整该输入激光束的调变作 用而在预设的切换时间内从该输出激光束的第一空间强度轮廓动态地切换至该输出激光 束的第二空间强度轮廓，并且利用该具有第二空间强度轮廓的输出激光束来加工该工件的 第二部分。根据某些实施例的预设切换时间的范围是介于约100微秒和约5毫秒之间。 于另一实施例中，一激光加工系统会使用一经过选择性整型的空间强度轮廓来加 工一工件。该系统包含一激光源，用以产生一输入激光束；以及一空间滤波器，用以将该 输入激光束空间地分离成一具有低阶横向模式的第一光束组成和一具有较高阶横向模式 (相较于第一光束组成的低阶横向模式)的第二光束组成。该系统还包含一第一适合的光 学组件，用以调变该第一光束组成的相位与振幅中至少其中一者；一第二适合的光学组件， 用以调变该第二光束组成的相位与振幅中至少其中一者；以及用以将该经过调变的第一光 束组成和该经过调变的第二光束组成重新组合成一用于加工该工件的输出激光束的光学 组件。从下面较佳实施例的详细说明中，其会参考随附图式来作说明，便会明白本专利技术 的额外观点与优点。附图说明图1所示的是根据其中一实施例包含一相位/振幅调变器的激光加工系统的方块 图；图2所示的是根据其中一实施例利用不同的空间强度轮廓来激光加工一工件的 不同部分的方法的流程图；图3所示的是根据其中一实施例可当作相位/振幅调变器来使用的可变形面镜的 剖面侧视图的概略示意图；图4所示的是根据其中一实施例包含回授的激光加工系统的方块图；图5所示的是根据其中一实施例使用回授的激光加工方法的流程图；图6所示的是根据其中一实施例的激光加工系统的方块图，其会配置成用以分开 修正高质量光束模式和低质量光束模式；图7所示的是根据其中一实施例显示在图6中的激光加工系统的空间滤波作用的 概略示意图；图8所示的是根据其中一实施例的激光加工方法的流程图，其会分开地修正高质 量光束模式和低质量光束模式；图9所示的是根据其中一实施例用以将一线性偏振加工光束分离成高质量组成 和低质量组成的空间滤波器的方块图。具体实施例方式本专利技术中会将多个适合的光学组件整合成一激光加工系统中的一光学串行，以便 弹性且快速地调整加工光束的空间强度轮廓的形状。该等适合的光学组件会配置成用以对该激光束进行相位调变及/或振幅调变，俾使会在两个空间强度轮廓之间快速地进行切 换。在本文所讨论的实施例中虽然可以使用相位调变及/或振幅调变两者；不过，于特定实 施例中可能以相位调变为宜，因为相较于振幅调变所能够保持的光学效率，相位调变能够 保持比较高的光学效率。该激光加工系统将其输出从第一空间强度轮廓改变成第二空间强 度轮廓所使用的时间于本文中可称为「切换时间」。于其中一实施例中，举例来说，该激光加 工系统的切换时间的范围是介于约100微秒和约5毫秒之间。熟习技术的人士从本文的揭 示内容中便会了解，以针对一特殊应用所选定的适合的光学组件的响应为基础，亦可以使 用其它的切换时间。根据其中一实施例的激光加工系统会配置成用以产生一具有可被选择性修正的 特征的经过整型的加工光束。举例来说，该系统可能会产生一具有椭圆形空间强度轮廓的 激光束，用于在一工件中切割一沟槽的直线部分。接着，该系统可能会切换至具有圆形空间 强度轮廓的激光束，用于在该工件中切割该沟槽的弯曲部分。于另一范例中，该系统可能会 利用一具有较大形状的光束来加工一工件特征图案的一部分，且该系统可能会利用一确实 聚焦的高斯光点来加工该特征图案的另一部分。以另一范例为例，该系统可能会利用一特 殊尺寸与能量密度的第一形状的光束来加工一低密度区域。该系统接着可能会利用一第二 较小形状的光束来加工一较密集的区域，该第二较小形状的光束和该第一形状的光束具有 等效的功率，但却有较高的能量密度。于又一范例中，该系统可能会在该工件的加工期间改 变一经过整型的光束的配向。举例来说，当切割一工件中的一沟槽的角落区段时，该系统可 能会将一矩形光束的轴线旋转约90° (举例来说，从X轴旋转至Y轴)。此外，或者于另一实施例中，该激光加工系统会提供回授至该适合的光学组件，以 便对所希望的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种利用具有经过选择性整型的空间强度轮廓的激光束来加工一工件的方法，其特征在于，该方法包括：让该工件的第一部分和第一组加工特征产生关联并且让该工件的第二部分和第二组加工特征产生关联；让第一空间强度轮廓和第一组加工特征产生关联并且让第二空间强度轮廓和第二组加工特征产生关联，该等第一和第二空间强度轮廓对应于实质上入射在一物镜的聚焦平面上的输出激光束的个别形状；调变一输入激光束的相位与振幅中至少其中一者，用以产生一具有第一空间强度轮廓的输出激光束，其中，该调变是由一或多个适合的光学组件来实施；利用该具有第一空间强度轮廓的输出激光束来加工该工件的第一部分；藉由使用该等一或多个适合的光学组件来调整该输入激光束的调变作用而在预设的切换时间内从该输出激光束的第一空间强度轮廓动态地切换至该输出激光束的第二空间强度轮廓；以及利用该具有第二空间强度轮廓的输出激光束来加工该工件的第二部分。
【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：马克·A·昂瑞斯，
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
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