[发明专利]用于激光脉冲等化的系统和方法

说明书

技术领域

本揭示是有关于脉冲激光及脉冲激光处理系统。具体言之，本揭示是有关于利用最佳脉冲等化激发曲线激发激光以等化用变异式脉冲重复频率发出的激光脉冲。

背景技术

激光广泛使用于为数众多的研究及开发应用，包括光谱术(spectroscopy)、生技应用(biotechnology application)、以及诸如检验、处理、和微加工各种媒介及基板的工业运用。在许多此等应用中，其可以是以随机、虚拟随机(pseudo-random)、和/或非固定脉冲重复频率(pulse repetition frequency；简称“PRF”)的方式运用脉冲激光。

某些激光应用，诸如对硅晶圆的薄膜裁修处理，使用重迭激光脉冲在电阻薄膜上进行切割以改变其电阻值使之落入所期望的精确范围内。此处理可以使用不同PRF及不同重迭方式的激光脉冲，但该等激光脉冲的脉冲能量、脉冲宽度和脉冲峰值功率必须大致相等以得到高水平的裁修质量。

在典型的习知激光技术中，其可以利用光学激发源(optical pump source)激发激光介质(lasing medium)。然而，每一脉冲的激光能量可能随PRF的增加而减少(例如，由于脉冲间激发时间的减小)，同时激光脉冲宽度可能随PRF的增加而增加(例如，由于减小的激发时间在激光介质中造成较低的激光增益)。此等问题在Q型开关固态激光(Q-switched solid state lasers)中特别明显。

如上所述，许多激光应用使用不同PRF的激光脉冲。某些应用可能需要在不同的PRF中大致维持固定的脉冲能量和脉冲宽度。举例而言，在对硅晶的薄膜裁修中，不足的激光脉冲能量可以导致不完全的裁修，而过多的激光能量则可能对钝化结构(passivation structure)或集成电路基板造成无法接受的损害。

其曾采用各种方法确保激光运作维持于可接受的处理区间之中(例如，使峰值功率、脉冲能量、脉冲宽度和其它参数落入界定的脉冲参数值之内)。例如，编号4,337,442标题为“FIRST LASER PULSE AMPLITUDE MODULATION(第一激光脉冲振幅调变)”的美国专利，其受让予本申请案的受让人，描述一种通过控制激光激发电流的激光脉冲振幅控制方法。

授予Sun等人，编号6,947,454标题“LASER PULSE PICKINGEMPLOYING CONTROLLED AOM LOADING(运用受控AOM负载的激光脉冲拣选)”的美国专利，其受让予本申请案的受让人，描述一种使用诸如声光式调变器(acousto-optic modulator；AOM)的拣选装置封锁未使用的激光脉冲以提供随机区间的稳定激光脉冲的方法，然而保持激光操作在固定的PRF。

编号5,226,051标题为“LASER PUMP CONTROL FOR OUTPUT POWERSTABILIZATION(针对输出功率稳定度的激光激发控制)”的美国专利试图依据一种简易的“步进式”函数通过透过激发二极管提供电流以等化脉冲能量。在此方法中，其可以在第一激发时段内以第一固定激发位准并在第一激发时段后的第二激发时段内以较低的第二固定位准激发激光介质。此技术可以工作于PRF极低的激光应用中。然而，由于其仅使用两个固定的激发电流，故脉冲等化较不充分。就此点而言，此类型的系统无法实现所需的脉冲等化，亦不能在较高的PRF下运作。

图1例示习知激光激发系统的时序图，其包含触发信号101、由电流源供应的激发电流信号120、对应至激光介质中储存能量的图形140、以及代表激光输出脉冲162、164的图形160。

触发信号101被用来以激光谐振器(laser resonator)起始Q型开关以产生激光脉冲162、164。为了产生Q型开关激光脉冲162、164，其以通过电流源或功率源驱动的光学激发源激化激光介质。该等激发源可以包含，举例而言，激光二极管、二极管棒(diode bar)、或二极管棒的堆栈(diode bar stack)、或其它习知的激发源。激光介质可以包含固态激光介质，其包含，但不限于，掺铷钇铝石榴石(neodymium-doped yttrium aluminum garnet；Nd:YAG)、掺铷氟化钇锂(neodyminium-doped yttrium lithium fluoride；Nd:YLF)、掺铷钒酸钇(neodyminium-doped yttrium vandate；Nd:YVO₄)、或者其它习用的固态激光介质。