《在使用过程中为声光射束偏转器和声光调制器提供温度稳定性的系统和方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《在使用过程中为声光射束偏转器和声光调制器提供温度稳定性的系统和方法.pdf(44页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104159697 A (43)申请公布日 2014.11.19 CN 104159697 A (21)申请号 201280031868.7 (22)申请日 2012.07.05 61/504,563 2011.07.05 US B23K 26/00(2014.01) B23K 26/38(2014.01) G02F 1/11(2006.01) G02F 1/33(2006.01) (71)申请人 伊雷克托科学工业股份有限公司 地址 美国俄勒冈州 (72)发明人 J考丁格雷 D马尔采夫 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 邢德杰 (。
2、54) 发明名称 在使用过程中为声光射束偏转器和声光调制 器提供温度稳定性的系统和方法 (57) 摘要 本发明提供一种使用热稳定的声光射束偏转 器进行激光加工的方法。该方法包括步骤 : 生成 与激光脉冲序列对应的 RF 脉冲序列, 所述激光脉 冲序列具有激光脉冲重复率, 所述 RF 脉冲包括用 于使激光脉冲序列偏转向各自的传输方向和非传 输方向的在传输 RF 频率下的传输 RF 脉冲和在非 传输 RF 频率下的非传输 RF 脉冲, 每个 RF 脉冲包 括RF频率、 RF振幅和持续时间 ; 控制每个RF脉冲 使得RF脉冲序列提供调制的RF驱动信号, 该调制 的 RF 驱动信号被调制以在声光偏转器。
3、上提供平 衡的热负荷 ; 向声光偏转器施加调制的 RF 驱动信 号 ; 以及使用调制的 RF 驱动信号利用声光偏转器 使至少一个激光脉冲偏转, 以便用预定的脉冲能 量照射选定的目标位置。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.12.26 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/045534 2012.07.05 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/006691 EN 2013.01.10 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 18 页 附图 22 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3。
4、页 说明书18页 附图22页 (10)申请公布号 CN 104159697 A CN 104159697 A 1/3 页 2 1. 一种使用热稳定的声光射束偏转器进行激光加工的方法, 所述方法包括步骤 : 生成与激光脉冲序列对应的 RF 脉冲序列, 所述激光脉冲序列具有激光脉冲重复率, RF 脉冲包括用于使所述激光脉冲序列偏转向各自的传输方向和非传输方向的在传输 RF 频率 下的传输 RF 脉冲和在非传输 RF 频率下的非传输 RF 脉冲, 每个 RF 脉冲包括 RF 频率、 RF 振 幅和持续时间 ; 控制每个 RF 脉冲使得所述 RF 脉冲序列提供调制的 RF 驱动信号, 所述调制的 RF。
5、 驱动 信号被调制以在声光偏转器上提供平衡的热负荷 ; 向声光偏转器施加调制的 RF 驱动信号 ; 以及 使用调制的 RF 驱动信号利用声光偏转器使至少一个激光脉冲偏转, 以便用预定的脉 冲能量照射选定的目标位置。 2. 如权利要求 1 所述的方法, 其中控制每个 RF 脉冲的步骤还包括控制每个 RF 脉冲的 振幅和持续时间。 3. 如权利要求 2 所述的方法, 其中每个 RF 脉冲的持续时间包括激光重复率下的至少 50的工作循环。 4. 如权利要求 1 所述的方法, 其中激光脉冲的重复率大于 100KHz。 5. 如权利要求 1 所述的方法, 其中每个传输 RF 脉冲的持续时间是对应于包括基。
6、本 100工作循环的有效激光脉冲传输的最短持续时间, 借此使激光脉冲重复率最大化。 6. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述激光脉冲重复率大约为 300KHz。 7.如权利要求2所述的方法, 其中控制每个RF脉冲的持续时间的步骤包括在激光重复 率下使产生的 RF 脉冲各自的工作循环在 50至 100的范围内生成 RF 脉冲, 以及控制非 传输 RF 脉冲的持续时间以便向声光偏转器提供平衡的热负荷。 8.如权利要求1所述的方法, 其中调制的驱动信号提供基本恒定的平均RF功率以便使 声光射束偏转器热稳定。 9. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述控制步骤还包括在相应的激光脉冲触发之前定 时。
7、连续的RF脉冲的生成, 以计算在声光偏转器中的传播延迟, 以及包括调制RF脉冲振幅以 便在偏转器中同时传播多振幅调制的声音脉冲。 10. 如权利要求 9 所述的方法, 其中所述调制 RF 脉冲振幅的步骤提供了至少 2 个具有 不同 RF 脉冲能量的非传输 RF 脉冲, 以使所述声光射束偏转器热稳定。 11. 如权利要求 9 所述的方法, 其中所述调制 RF 振幅的步骤提供了至少 2 个具有不同 RF 脉冲能量的传输 RF 脉冲。 12. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述方法还包括步骤 : 存储 RF 功率参考值, 预测施 加给声光射束偏转器的平均 RF 功率, 将预测值与参考值相比较, 。
8、以及基于比较结果确定至 少一个相应的非传输 RF 脉冲的 RF 脉冲能量。 13. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述方法还包括步骤 : 存储校正表值, 该校正表值 用于表示偏转器 RF 频率的传输范围上的偏转器光传输与偏转 RF 频率之间的关系, 其中控 制步骤包括基于偏转频率和相应的存储的校正表值调制传输 RF 脉冲的振幅。 14. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述方法还包括操作激光加工系统, 从而相对于偏 转的激光束移动基底, 以及在预定的激光脉冲能量公差内向基底上的选定的目标位置传输 补偿的激光脉冲能量。 权 利 要 求 书 CN 104159697 A 2 2/3 页 3 。
9、15. 如权利要求 1 所述的方法, 其中所述方法还包括当计算出的声光射束偏转器的 RF 功率超过预定的容错时停止激光加工。 16. 一种向声光射束偏转器提供热稳定性的方法, 所述方法包括步骤 : 向声光射束偏转器提供传输 RF 脉冲以便声光射束偏转器指引加工激光脉冲沿着终止 于目标基底的光路 ; 以及 向声光射束偏转器提供非传输 RF 脉冲以便声光射束偏转器指引非加工激光脉冲沿着 光路, 所述光路终止于没有到达目标基底的位置, 其中每个非传输 RF 脉冲具有被选择向声 光射束偏转器提供热稳定性的脉冲特性。 17. 如权利要求 16 所述的方法, 其中所述脉冲特性是非传输 RF 脉冲的振幅。 。
10、18. 如权利要求 16 所述的方法, 其中所述脉冲特性是非传输 RF 脉冲的频率。 19. 如权利要求 16 所述的方法, 其中所述脉冲特性是非传输 RF 脉冲的脉冲宽度。 20.如权利要求16所述的方法, 其中所述方法还包括监控声光射束偏转器中的RF功率 以便提供非传输 RF 脉冲的脉冲特性的步骤。 21. 如权利要求 16 所述的方法, 其中所述方法还包括监控声光射束偏转器上的热负荷 以便提供非传输 RF 脉冲的脉冲特性的步骤。 22. 如权利要求 16 所述的方法, 其中所述方法还包括监控声光射束偏转器的温度以便 提供非传输 RF 脉冲的脉冲特性的步骤。 23. 一种热稳定的高速激光加。
11、工系统, 用于按照激光加工顺序将激光脉冲偏转向激光 加工区域内的选定目标, 所述系统包括 : 控制器, 用于执行一系列激光加工指令以及用于使系统部件热稳定, 所述指令包括在 激光加工区域内与激光脉冲位置相关的已传递的激光脉冲能量的指令和已传递的激光脉 冲位置的指令, 所述控制器响应于所述激光加工指令产生一个或多个偏转器控制信号以便 使至少一个系统部件热稳定 ; 以及 至少一个 RF 信号发生器, 所述 RF 信号发生器被配置成用于接收偏转器控制信号和产 生相应的 RF 驱动信号, 每个 RF 驱动信号包括一系列传输 RF 脉冲和非传输 RF 脉冲, 每个传 输 RF 脉冲的特征在于具有与激光加。
12、工区域内所选定的目标坐标相对应的预定传输频率以 及具有各自的预定热负荷, 每个非传输 RF 脉冲的特征在于具有各自的非传输频率和各自 的补偿热负荷, 借此每个 RF 驱动信号在至少一个声光调制器中提供了传输 RF 脉冲和补偿 的非传输 RF 脉冲的稳定的热负荷 ; 其中所述至少一个声光调制器被配置成接收相应的 RF 驱动信号以及按照激光加工顺 序偏转激光脉冲, 从而利用预定的激光脉冲能量照射预定的目标坐标。 24.如权利要求23的系统, 其中每个RF脉冲的特征还在于具有响应于偏转器控制信号 的 RF 振幅。 25.如权利要求23的系统, 其中所述控制器还包括用于预先确定每个RF脉冲的热负荷 估。
13、计值的装置。 26. 如权利要求 23 的系统, 其中所述控制器还包括基于所选定的目标坐标和相关联的 预定 RF 振幅校正系数, 将指令的脉冲能量转化成相应的校正过的 RF 振幅的装置。 27.如权利要求23的系统, 其中所述控制器还包括基于经过计算的RF功率与预定值的 比较生成热平衡的偏转器控制信号的装置。 权 利 要 求 书 CN 104159697 A 3 3/3 页 4 28. 如权利要求 23 的系统, 其中 RF 信号发生器还包括 RF 功率放大器。 29.如权利要求23的系统, 其中所述系统还包括RF电缆和用于将RF功率从RF功率放 大器传递给声光偏转器的阻抗匹配部件。 30. 。
14、如权利要求 23 的系统, 其中所述声光温度是稳定的经提高的温度。 31. 如权利要求 23 的系统, 其中所述稳定的热负荷包括基本恒定的 RF 功率。 32.如权利要求23的系统, 其中所述控制器包括用于改变热负荷的RF脉冲宽度调制装 置。 33.如权利要求23的系统, 其中所述控制器包括用于改变热负荷的RF脉冲振幅调制装 置。 34. 如权利要求 23 的系统, 其中所述控制器包括经配置的 FPGA。 权 利 要 求 书 CN 104159697 A 4 1/18 页 5 在使用过程中为声光射束偏转器和声光调制器提供温度稳 定性的系统和方法 0001 优先权 0002 本申请要求 2011。
15、 年 7 月 5 日提交的美国临时专利申请 S N61 504563 的优先 权, 这里通过参考引入其全部内容。 背景技术 0003 本发明通常涉及声光射束偏转器(AOBD)和声光调制器(AOM)装置, 特别是涉及这 些装置的控制系统。 0004 在激光处理系统的领域中, 声光射束偏转器装置和声光调制器装置是众所周知 的, 它们对高速射束定位是很有用的。美国专利申请公开 No.2008 0164240 公开了用于 多脉冲激光加工的系统和方法, 其包括由已调幅的射频 (RF) 驱动信号驱动的 AOM 装置, 以 提供撞击间隔和非撞击间隔来分别地传送或阻碍激光脉冲。美国专利申请公开 No.2009。
16、 0095722披露了存储器修复领域在存储设备中用于激光加工(切割)链的系统和方法, 其中 一个或多个 AOBD 被构造成用以偏转待处理的激光束。 0005 然而, 声光射束装置会对温度敏感。随着被冷却, 以恒速施加的 RF 能量可以使装 置温度保持恒定, 但在特定的激光加工应用中用于偏转光束的 RF 能是断续的。 0006 美国专利 No.5712722 和 No.5742425 披露了利用调制器接收多个 RF 载波信号, 并 向 AOM 产生恒定的 RF 能量信号。这些专利披露了通过选择补偿功率水平, AOM 内的空间热 能分布可以基本保持恒定。 0007 美国专利 No.6295157 。
17、披露了采用两个不同的 RF 信号同时驱动一个 AOM。调整每 个 RF 信号的功率水平以用于模式写入, 还披露了两个 RF 信号的负载功率的总和基本保持 恒定。 0008 美国专利 No.6765709 披露了利用电热带提供热补偿以用于在光调制器系统的散 装材料中传递热效应。然而, 所披露的电热带向散装材料引入所期望的热能以维持恒定的 热条件。 0009 美国专利 No.7616669 披露了通过以恒定的重复率向 AOM 提供 RF 脉冲来控制 AOM 的热负荷。然而, 所述 RF 脉冲包括被定时成与激光输出一致的 RF 脉冲和与激光输出不一 致的非一致脉冲。所公开的非一致脉冲将被延迟 ( 例。
18、如 0.5 微秒 ) 以便在激光输出脉冲之 后立即发生。还披露了非一致脉冲具有与那些一致的脉冲相同或不同的 RF 功率值和 RF 持 续时间。 0010 因此, 需要改进维持 AOM 和 AOBD 装置的温度恒定或基本恒定的热负荷方法和系 统。 发明内容 0011 按照一个实施例, 本发明提供了一种利用热稳定的声光射束偏转器进行激光加工 的方法。该方法包括步骤 : 对应于具有激光脉冲重复频率的一系列激光脉冲, 产生一系列 说 明 书 CN 104159697 A 5 2/18 页 6 RF 脉冲, 该 RF 脉冲包括在传输 RF 频率的传输 RF 脉冲和在非传输 RF 频率的非传输 RF 脉 。
19、冲, 以便使所述系列的激光脉冲分别在传输方向和非传输方向偏转, 每个RF脉冲包括RF频 率、 RF 振幅和持续时间 ; 控制每个 RF 脉冲从而所述系列的 RF 脉冲提供经调制的 RF 驱动信 号, 该经调制的 RF 驱动信号被调制用来在声光偏转器上提供平衡的热负载 ; 向声光偏转器 施加经调制的 RF 驱动信号 ; 以及利用经调制的 RF 驱动信号借助声光偏转器偏转至少一个 激光脉冲, 以便利用预定的脉冲能量照射选定的目标位置。 0012 按照另一实施例, 本发明提供了一种在声光射束偏转器中提供热稳定性的方法, 包括步骤 : 向声光射束偏转器提供传输 RF 脉冲, 以便声光射束偏转器沿着终止。
20、于目标基底 的光学路径引导加工中的激光脉冲 ; 以及向声光射束偏转器提供非传输 RF 脉冲, 以便声光 射束偏转器沿着光学路径引导非加工中的激光脉冲, 其中所述光学路径在没有到达目标基 底时即终止, 每个非传输 RF 脉冲具有一脉冲特性, 选定该脉冲特性以提供声光射束偏转器 的热稳定性。 0013 按照进一步的实施例, 本发明提供了一种热稳定性的高速激光加工系统, 用于在 激光加工区域按照激光加工顺序将激光脉冲偏转向选定的目标。该系统包括 : 控制器, 用 于执行一系列激光加工指令以及用于使系统元件热稳定, 所述指令包括在激光加工区域与 激光脉冲位置相关的已传递的激光脉冲能量指令和已传递的激光。
21、脉冲位置指令, 所述控制 器响应于所述激光加工指令产生一个或多个偏转器控制信号以使至少一个系统元件热稳 定 ; 以及至少一个RF信号发生器, 该RF信号发生器被构造成接收偏转器控制信号以及产生 各自的 RF 驱动信号, 每个 RF 驱动信号包括一系列传输和非传输脉冲, 每个传输 RF 脉冲的 特征在于具有在激光加工区域对应于选定目标坐标的预定传输频率, 以及各自的预定热负 载, 每个非传输 RF 脉冲其特征在于分别具有各自的非传输频率和各自的补偿热负载, 借此 每个RF驱动信号在至少一个声光调制器中提供传输RF脉冲的稳定的热负载和补偿非传输 RF 脉冲 ; 其中至少一个声光调制器被构造成接收各。
22、自的 RF 驱动信号, 以及按照激光加工顺 序偏转激光脉冲, 从而照射与预定激光脉冲能量一致的预定目标。 附图说明 0014 参照附图下面的说明将被进一步地理解, 其中 : 0015 图 1 示出了激光加工系统的示意图, 其中采用了本发明的热控制系统和方法 ; 0016 图 2 是激光脉冲应用于接线 (links) 的一排接线的一部分的平面图 ; 0017 图 3 是按照本发明特定实施例的激光加工系统的系统元件的示意图 ; 0018 图 4 是按照本发明特定实施例的激光加工系统控制结构的示意图 ; 0019 图 5 是按照本发明特定实施例的激光加工系统的元件的示意图 ; 0020 图 6 是按。
23、照本发明特定实施例的声光射束偏转器工作的示意图 ; 0021 图 7A 是按照本发明特定实施例的在工件上加工区域大小的示意图 ; 0022 图 7B 是图 7A 所示加工区域中二维偏转的示意图 ; 0023 图 7C 是按照本发明特定实施例的可变的领域大小特性的示意图 ; 0024 图 8A-8C 是按照本发明特定实施例的输入信号和对系统中的输入信号的 RF 和声 音响应示意图 ; 0025 图 9A 和 9B 是按照本发明特定实施例的 AOBD 效率的图示 ; 说 明 书 CN 104159697 A 6 3/18 页 7 0026 图 10 是按照本发明特定实施例的预测的加工方法的计时 ;。
24、 0027 图 11 是按照本发明特定实施例的系统的预测加工方法的流程图 ; 0028 图 12A 和 12B 是按照本发明特定实施例的 AOBD 中脉冲传播的示意图 ; 0029 图 13 是按照本发明特定实施例的 AOBD 中脉冲叠加过程的示意图 ; 0030 图 14 是没有采用 RF 能量稳定化的系统中 RF 能量的图表 ; 0031 图 15 是按照本发明特定实施例的采用传输和非传输脉冲的 RF 能量的图表 ; 0032 图 16 是按照本发明特定实施例的采用能够稳定化的系统中 RF 能量的图表 ; 0033 图 17 是按照本发明特定实施例的 AOBD 中动态脉冲叠加过程的示意图 。
25、; 0034 图 18 是按照本发明特定实施例的系统中脉冲加工的流程图 ; 0035 图 19 是按照本发明特定实施例的系统中 RF 振幅处理的流程图 ; 0036 图 20-22 是按照本发明特定实施例的 RF 加工系统的示意图 ; 0037 图 23 是按照本发明特定实施例的 AOBD 能量稳定控制系统的示意图, 其中该系统 采用多信道数字输入布置 ; 0038 图 24A 和 24B 是按照本发明特定实施例的加工区域形状的示意图 ; 0039 图 25 是按照本发明特定实施例的偏转射束轴的示意图 ; 0040 图 26 是按照本发明特定实施例的多脉冲激光加工系统的示意图 ; 0041 图。
26、 27 是按照本发明特定实施例的在接线处理过程中被构造成修正相对运动的激 光加工系统的示意图。 0042 所示出的附图仅用作说明的目的。 0043 详细说明 0044 在用于选定脉冲(例如接线处理)的激光加工系统中可以采用按照本发明的多个 实施例的声光射束偏转器装置和声光调制器装置。例如, 图 1 示出了激光加工系统, 其中来 自于脉冲激光器10(例如光量开关激光器)的激光脉冲的重复序列根据一系列脉冲群或一 系列成形脉冲以预定的重复率提供脉冲。在控制计算机或逻辑装置 14 的控制下, 通过移动 平台 12 将具有特定间隔 d 的一组接线 20( 如图 2 所示 ) 置于以预定速度 V 相对于加。
27、工头 的运动中。通过能量控制和能量脉冲选择系统 16 有选择地阻挡脉冲。 0045 通常, 调制器在一单独的 RF 频率或一小范围的 RF 频率内高效工作, 而偏转器则 在一较大范围的频率内最优效率地工作 ; 然而两种类型的声光装置都偏转和调制。为方便 起见, 术语偏转器和 AOBD 用在较大偏转范围为优选的情形, 而下面论述的一般的方面将应 用于可由 AOM 或 AOBD 提供的射束偏转和调制。本发明的实施例可用在激光加工领域的广 泛的范围中, 包括但不限于下列文献公开的激光加工系统 : 美国专利申请公开 No.2008 0164240、 No.2009 0095722、 No.2011 0。
28、297851 和 No.2011 0210105, 以及美国临时专 利申请 No.61 352316 和 No.61 446943, 这里通过参照将它们的全部内容并入本文。 0046 例如, 图3示例性示出的系统包括激光器30, 其提供激光脉冲以用于加工。 该脉冲 由任选的 AOM38 选通, 然后传播到第一 AOBD 装置 42 的图像平面 40。如图所示, 在 AOBD42 的零级射束中的脉冲能量传递至射束止挡件 46, 并且沿第一轴线偏转的脉冲传播到第二 AOBD 装置 50 的平面图像 48。在 AOBD 装置 50 的零级射束中的脉冲能量传递至射束止挡件 52, 并且沿第二轴线 ( 。
29、未示出 ) 偏转的、 被选定用于加工的脉冲向工件基底 72 传播。 0047 图 3 的系统提供了用于接线切断的基于多轴无惯性偏转器的激光加工系统, 因此 说 明 书 CN 104159697 A 7 4/18 页 8 其除了其它元件之外还包括激光源、 多轴无惯性偏转器及其相关的驱动器、 光学继电器、 光 学射束扩展器、 光学斑点成型器以及机械定位系统。特别地, 激光器 30 通过第一中继透镜 32 输出激光脉冲。激光脉冲可以在加工过程中产生。声光调制器 38(AOM) 可以在加工输 出 36 处接收激光脉冲以用于选择性地阻挡一些输出脉冲。在至少一些实施例中, 该 AOM38 是系统中的任选组。
30、件。第一射束偏转器 42(AOBD1) 可以沿着第一轴线偏转和或分离所接 收到的激光脉冲, 下面将对此详细描述。光学继电器可包括中继透镜 44 和用于沿着系统 的光学路径反射的反射镜。止挡件 46 阻止第一偏转器 42 的多余的能量传播到第二偏转器 50(AOBD2), 第二偏转器 50 可以沿着另一轴线偏转和或分离激光束, 下面将对此详细描 述。 0048 第二止挡件 52 可以阻止来自于第二偏转器 50 的多余的能量沿着束路径行进。如 图所示, 射束可以行进通过光学继电器。 光学继电器可以包括中继透镜54、 用于射束旋转以 确定偏转轴方向的可选的 K 反射镜 56 和中继透镜 60, 并且。
31、如图所示可形成中间图像平面 58。中继透镜 60 可以形成为预扩展透镜。液晶相位可变延迟器 (LCVR) 装置 62 控制脉冲 的偏振。射束可以进入可变焦扩展器 66 的图像平面 64, 所述可变焦扩展器 66 用于在目标 处设置激光的光斑尺寸, 该光斑尺寸经由物镜 ( 透镜系统 )68 聚焦。物镜 68 可以将射束聚 焦在安装在机械定位系统 74 上的基底 72 上。 0049 本领域普通技术人员将认识到, 为了在基底 72 上聚焦射束、 减小像差或象散以及 使光学系统更加紧凑, 也可以采用其他的光学继电器和透镜。可以利用可调节的空气轴承 70 定位物镜, 以便相对于基底 72 设置聚焦高度。
32、, 所述基底 72 在机械定位系统 74 上移动, 其所在的平面基本垂直于物镜的轴线, 以便相对于加工中的目标定位激光光斑。尽管图 3 示出了单个系统的实施例, 但也可以与热稳定的 AOBD 装置一起采用激光束发生、 激光束传 入传出 AOBD 装置以及激光束传输系统的其他常规方面中的公知变型。 0050 AOBD装置42和50是布拉格(Bragg)型单元, 其通过改变从RF换能器施加给光学 透明松散吸音材料的音频来产生可变的衍射光栅。 例如, 所述材料可以是玻璃或TeO2, 并且 包括附接于所述材料的压电换能器。该压电换能器产生频率范围在 25-400MHz 的声波。从 具有不同性能特性的一。
33、系列模型中可以容易地找到适宜的商用装置。 通常每个模型特征在 于中心频率和频率带宽范围。吸音材料的声速和所施加的 RF 频率的乘积在吸引材料中提 供了声音的波长。当 RF 频率变化时, 声波的波长也改变, 导致了衍射光栅周期和衍射角都 是可变的。 0051 通过控制从 RF 驱动器施加给换能器的 RF 信号频率, 在装置的带宽内的可控射束 偏转角是可能的。在装置的操作的误差内, 装置的带宽之外所施加的频率不会产生有效的 偏转。图 4 示出了控制系统, 其包括控制程序 80, 该控制程序 80 与系统控制器 82 通信以经 由脉冲触发信号 84 将来自于激光系统 30 的脉冲触发。系统控制器 8。
34、2 通过一个或多个信 道控制第一 RF 驱动器 86, 且 RF 驱动器 86 通过第一 RF 信号 88 驱动 AOBD 装置 42。系统控 制器 82 还通过一个或多个另外的信道控制第二 RF 驱动器 90, 且 RF 驱动器 90 通过第二 RF 信号 92 驱动 AOBD 装置 50。系统控制器 82 还与机械定位系统 23 通信, 以控制机械定位系 统 74 的 X 方向位置和 Y 方向位置, 并接收来自于机械定位系统 74 的位置反馈信息。尽管 图 3 和图 4 示出了多个 AOBD 装置, 但是当采用单轴或多轴偏转时, 也可以在单独的 AOBD 系 统中实践不同的实施例。 说 明。
35、 书 CN 104159697 A 8 5/18 页 9 0052 通常, AOBD 传输随着 RF 频率而改变, 即使对于固定的 RF 振幅。例如, 相比于导致 偏向最外波束角的频率, 中场偏转频率具有相对较高的传输。这一效果能够由 AOBD 的变化 衍射效率而产生, 其中所述 AOBD 的衍射效率随着偏转角而改变 ; 衍射效率在极限偏转角处 下降。通过控制由 RF 驱动器施加给换能器的 RF 信号振幅, 可以可控地调制 AOBD 的衍射效 率以及进而由 AOBD 传输用于加工的激光功率以维持所期望的偏转激光脉冲能量。 0053 为了使精确的激光输出能量的目标传输与所期望的水平一致, 可通过。
36、以不同的频 率控制 RF 振幅来实施补偿激光脉冲能量的调制以修正降低的效率。例如, 可将 RF 振幅作 为测得的光传输曲线的倒数来改变, 以提供在加工区域上偏转激光能量的频率范围上的平 和的传输响应。 0054 例如如图 5 所示, 可以利用光学探测器沿着光学路径在不同的位置测量光传输。 特别地, 第一探测器 100 可以被定位成经由射束分离器 102 接收来自于激光器 30 的激光输 出的一部分。第二探测器 104 可以被定位成经由射束分离器 106 接收来自于第一 AOBD 装 置 42 的输出的一部分, 以及第三探测器 108 可以被定位成经由射束分离器 110 接收来自于 第二 AOB。
37、D 装置 50 的输出的一部分。传送探测器 112 还可以被用于与机械定位系统 74 连 接。 0055 每个探测器检测激光脉冲能量和或平均激光功率。在第二 AOBD50 之前, 单独的 探测器或当采用多个探测器时探测器的组合可以通过则量能量独立地校准第一 AOBD42 中 的非线性传输。该系统可包括评估脉冲能量的差值或探测器对之间平均功率差的装置。探 测器与前述第一 AOBD42 连接, 第一探测器 AOBD42 和第二探测器 AOBD50 可以单独地校准激 光功率偏差或其他上游因素。可以采用多个探测器确定从第二 AOBD50 和第一 AOBD42 离开 的功率差。这样提供的装置用于评估和校。
38、准独立于第一 AOBD42 的第二 AOBD50 的非线性传 输。 0056 至少 AOBD 装置的一部分带宽与偏转频率的传输范围一致, 其中激光束被偏转至 加工视场中位于基底的目标。在传输范围之外的其他频率或在处于交替的衍射级, 射束可 以偏转向射束止挡件、 束流收集器、 阻断器或其他非传输元件。 传输范围之外的频率可包括 装置带宽的一部分, 并且可包括装置带宽之外的频率, 例如比中心频率加上半带宽的总和 还要高的高频。当装置被设计成在第一衍射级中工作时, 交替的衍射级例如可以是第二和 更高的等级。 通常, 射束在第一衍射级中偏转, 剩余的零级射束能量则被射束传感器或束流 收集器阻挡。 00。
39、57 例如, 图6示出了AOBD装置120的示意图。 当没有施加RF信号时, 没有光束偏转, 光束 122 沿着零级的方向 124 输出。当在传输频率范围 ( 例如 72.50MHz 至 107.5MHz) 内 向装置 120 施加 RF 信号时, 射束 122 偏转相应的传输角度, 例如偏转 116.8 毫弧度 ( 如图 中 126 所示 )、 偏转 145 毫弧度 ( 如图中 128 所示 ), 以及偏转 173.2 毫弧度 ( 如图中 130 所示 )。当 RF 信号是非传输信号时, 例如以 140MHz 的频率, 射束 122 偏转相应的非传输角 度, 例如图中 132 所示的 225。
40、.5 毫弧度。例如图中 126、 128 和 130 所示的射束偏转可以用 于加工目标, 而零级方向的射束 ( 如图中 124 所示 ) 和如图中 132 所示的射束偏转则被阻 挡。 0058 加工区域的大小如图 7A 中 140 所示, 其特征在于宽度为 x, 长度为 y, 从而区域尺 寸可以表示成关于x和y的函数。 在图7B中142所示的加工区域中, 射束可以是二维偏转, 说 明 书 CN 104159697 A 9 6/18 页 10 其中射束从第一位置 144 偏转至第二位置 146。如图 7C 中 148 所示, 当射束扩大、 光斑尺寸 减小时, 偏转角减小并且加工区域的尺寸也减小。。
41、 不管是否设置射束扩展器, 能够在覆盖了 加工区域的偏转器的范围内指定的聚焦光斑的数量将是恒定的。所以, 在光斑尺寸和加工 区域大小之间存在直接权衡, 即小尺寸光斑覆盖小加工区域, 大尺寸光斑覆盖大加工区域。 连同加工透镜一起, 能够采用按照美国专利 No.7402774( 这里通过参考并入其全文 ) 的方 法来设置加工区域大小和光斑尺寸的范围而不会降低光斑对加工区域的覆盖。 0059 AOBD最佳化的一方面在于速度, 按照施加给AO晶体的RF频率, 能够以该速度在偏 转器中实现不同的定位指令。图 8A-8C 示出了所施加的指令信号的信号包络线形状 ( 如图 中 160 所示 )、 RF 响应。
42、 ( 如图中 162 所示 ) 和声音响应 ( 如图中 164 所示 )。AO 晶体的设 计、 换能器的几何形状和所产生的活动的声音窗口范围都将考虑许多因素, 例如效率、 偏转 范围和相互调制。可以选择任何类型的适宜的晶体换能器的几何形状, 并将其用于 AOBD 装置。虽然可以采用其他类型的声光材料, 特别是那些被研究用在声光射束偏转器中的材 料, 但优选地, 采用 TEO2晶体。根据材料和结构的几何形状以及填充到声音窗口的射束的 几何形状, 每种类型的装置都将具有特征时间, 即当声波穿过单元时启动偏转。 最佳化可以 包括按照指令的偏转角测量偏转效率与时间的关系曲线, 在该偏转角度下确定达到期。
43、望效 率所需要的最短的准备时间, 以及基于达到期望效率所需要的时间, 定时激光点火次序, 以 便在最短的准备时间点火激光脉冲, 从而使激光加工顺序最优化。最佳化可以考虑初始条 件的不同设置, 例如在设置新的偏转角之前立即设置 AOBD 的偏转状态。同样的, 可以分析 AOBD 的其他性能特性并使其最优化, 以确保在最短的准备时间达到所期望的性能水平。 0060 在随机存取定位中AOBD最佳化的另一相关方面在于所施加的RF偏转信号的持续 时间。利用最优化的准备时间, 可以改变所施加的 RF 信号的持续时间, 同时测量偏转效率 或其他参数。这样, 可以确定最短的 RF 偏转时期以用于任何特定的 A。
44、OBD 装置。所述最短 的 RF 时期连同最短的准备时间一起可用于使激光加工顺序进一步最优化。 0061 用于通过调节 RF 输入功率等级连同加工区域来补偿 AOBD 效率 (AOBD 效率是离开 AOBD 的脉冲能量与进入该 AOBD 的脉冲能量的比值 ) 的变化是众所周知的。能够利用理论 模型来预测效率性能与角度之间的曲线关系, 并产生修正值 ; 然而每个 AOBD 能够具有变化 的效率特性。因此, 优选通过直接测量偏转的光强度来确定如图 9A 中 166 所示的表示绝对 效率和如图 9B 中 168 所示的表示相对效率的效率特性。为了修正, 能够根据所测量的效率 与角度之间的曲线关系调整。
45、 RF 功率, 以便在整个偏转范围内保持一致的光学输出。 0062 然而, AOBD效率与角度之间的曲线关系还取决于RF的功率水平, 所以以静态的RF 功率水平进行简单的功率测量可能不适合调节这种非线性效率特性。 因此需要一种更加复 杂的修正方案。通过调节 RF 的等级可以实现动态测量, 以便在所选定的偏转角的范围内令 测量值与效率目标值匹配, 从而生成关于效率目标值的 RF 功率与偏转角之间的修正函数。 或者, 在偏转范围内进行关于名义效率目标值的迭代测量, 即以初始 RF 修正函数开始, 在 随后的步骤中基于效率测量确定残留效率误差与角度之间的曲线关系, 利用该残留误差值 生成经过改进的 。
46、RF 修正函数。可以采用其他程序精确地校准效率与波束角之间的曲线关 系, 例如在所期望的偏转和效率范围内生成效率查找表。 然而, 优选的技术是使数据管理开 销最少, 例如确定特性曲线的设置, 特别是当考虑到如下所述的 2 轴偏转的复杂性时。 0063 调整 AOBD 的 RF 功率能够用于控制光学衰减。然而, 由于如图 9A 和图 9B 所示的 说 明 书 CN 104159697 A 10 7/18 页 11 用于不同衰减的效率曲线的变化, 需要为了不同的效率目标值设置一组修正曲线, 其中每 个目标值对应于所期望的光学衰减。这些修正曲线可以根据所述直接测量来确定, 它们可 以根据特性数据组或。
47、表来被构造, 或者可以通过从 2 个或更多个修正值中插入值来至少部 分地生成。这些曲线组实际上表示在偏转角尺寸和衰减等级的整个范围内校准 AOBD 所需 要的 RF 功率值的表面。 0064 图 10 示出了预测激光加工系统的时间图。如图 10 所示, 激光时间线 LT 表示每隔 3.5s 对激光点火。这一定时大致对应于 300KHz 的激光。激光脉冲通过由波形 LTR 表示 的触发波形来触发。激光触发可以发生在由箭头 170 表示的矩形波的下降沿处。在处理激 光触发信号至点火激光脉冲时可能存在延迟。激光脉冲的发生如图 10 中 172a-172f 表示。 如图所示, 延迟可以表示为在矩形波触。
48、发脉冲170和在172a处激光脉冲点火之间的1.0s 的延迟, 但不限于此。 图10示出了预测带有激光脉冲172e的接线切断的过程。 同样如图10 所示, 计算所述脉冲的偏转参数, 在激光脉冲172e之前的大约3个激光脉冲周期开始(174) 偏转启动的过程。 0065 因此按照特定的实施例, 参照图 11 采用预测加工的方法。参见前述通过参照引入 的美国专利公开 No.2011 0210105, 以及特别是参照图 20 和包含第 0176、 0177、 0178 和 0179 的说明书段落。 0066 射束传输的效率可被确定由 TRx 和 TRy 表示, 以确定在选定的频率下施加给 AOBD 。
49、的适当的 RF 能量。可以采用查找表或公式来确定对应于接线切断所期望的偏差量和所期 望的脉冲能量的 RF 的频率值和振幅。 0067 由附图标记176所示, 预测加工顺序包括偏置位置(dX : dY)与偏转区域的比较。 由 附图标记 178 所示, 系统可以根据 (dX : dY) 与偏转区域的比较确定是否执行接线切断脉冲 (link blast)。如果在考虑到切断脉冲的情形下偏置位置位于用于接线的偏转区域之外, 则系统可以确定激光脉冲不应当用于接线切断脉冲。例如, 激光脉冲可以不向左偏转并且 被阻挡, 衰减或者偏转到没有接线加工发生的收集位置。 如果位置位于偏转区域内, 则可以 继续开始用于激光脉冲 172e 的 AOBD 控制, 由附图标记 180 表示。如图 10 所示, 为了产生 所需要的来自于电源的电 RF 输出, 可以存在 AOBD 延迟 (AOBD_DLY)。这一延迟可能部分地 由用来计算电驱动信号的所期望的频率和振幅所需要的时间所产生。