[发明专利]一种激光打孔方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光打孔装置及其打孔方法，特别涉及一种基于LCOS的激光打孔方法及其装置，适用于对基材的小孔成形，属于激光应用技术领域。

背景技术

目前，在硅片等基材上采用激光束打孔的方法，一般通过光学器件的转动实现光束聚焦点的圆形轨迹扫描，存在着一定的局限性，主要表现为：1、机械旋转在长期运转的过程中会造成结构磨损，精度下降，最终将严重影响打孔质量；2、机械旋转打孔装置复杂，需要宽敞的工作环境。文献“晶体硅片上激光打孔的研究” （钱俊. [J]. 半导体技术, 2012, 37(5): 375-389）报道了采用振镜扫描方式和折反系统旋转方式；其系统结构复杂，系统中涉及运动部件，其扫描精度对转动装置提出了很高的精度要求，长期运转会造成结构磨损，精度下降，最终将严重影响打孔质量。

空间光调制器（Spatial light modulator，简称SLM）是波前整形、实时光信息处理、自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件。硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon  LCOS）是一种反射式的空间光调制器，利用计算机生成的图像信息或光学函数可通过视频接口直接加载到LCOS上。因像元小、填充率高，LCOS具有衍射效率高、空间带宽积大的特点，是理想的纯相位调制器件，可以应用在波前相位调制、光镊、脉冲光束整形、动态衍射光学元件、相称成像等领域。在成像研究方面，文献“LCOS 面板相位调制分析及用于全息再现系统”（ 张公瑞. [J]. 激光与光电子学进展, 2009, (1): 94-98）提供了一种基于反射型硅基液晶(LCOS)面板的全息再现系统，再现了计算机模拟生成的全息图，并通过优化算法有效地提高再现图像的质量。有关于像差矫正的研究，参见文献“反射型 LCOS显示板用于人眼波前像差校正的研究”（蔡冬梅. [J]. 光电子·激光, 2008, 19(7): 992-995），对LCOS 显示器件的光学调制特性进行了理论分析,在合适的参数条件下,LCOS 可工作在纯相位调制状态下。LCOS 作为波前校正器和哈特曼传感器结合构成一个自适应闭环校正系统 ,校正在成像光路中引入的具有人眼波前像差特点的静态波前畸变, LCOS 器件作为相位校正元件在人眼波前像差校正和视网膜成像系统中具有良好的应用前景。

将硅基液晶（LCOS）及成像技术应用于激光打孔领域还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有激光打孔由于振镜扫描或光学元件转动部件移动存在的加工精度下降的不足，提供一种能保持高精度、高效率、高稳定的激光打孔方法及其装置。

实现本发明目的的技术方案是提供一种激光打孔装置，其结构为：激光器产生的激光束依次经扩束器、偏振器处理后入射到LCOS 上，偏振器的偏振方向与LCOS的液晶分子长轴的方向一致；LCOS的反射光经变焦系统和光阑后入射到待加工基材上；所述的LCOS 通过视频数据接口与图象处理器联接。

本发明提供的一种激光打孔装置，其待加工基材所在平面与变焦系统像方主平面的距离按高斯公式计算得到：

                                                  ；

其中：为待加工基材所在平面与变焦系统像方主平面的距离，为变焦系统的焦距，为激光束的发散点到变焦系统物方主平面的距离。

本发明激光器产生的激光束若为自然光，则偏振器为偏振棱镜；若激光器产生的激光束为偏振光，则偏振器可以为二分之一波片，也可以选用偏振棱镜。

本发明所述的激光打孔装置，在扩束器与偏振器之间还可以设置一个准直透镜。

本发明技术方案还包括一种激光打孔方法，包括如下步骤：

1、依据各参数，在图象处理器上设置一个直径为Φ个像元数的圆环图像，所述的参数包括W为待加工孔的孔径，D为 LCOS的像元尺寸，I为LCOS较短边含有的像元数，λ为激光器产生的激光束的波长，f为变焦系统的焦距；将所述的圆环平均分割成2n段的圆弧，n为正整数，所述的圆弧呈圆心对称分布；以每两段对称的圆弧组成一幅图像，得到n幅圆弧图像的灰度图；

2、激光器产生的激光束经扩束、偏振处理后入射到LCOS上；图象处理器将步骤1得到的每幅圆弧图像的灰度图依次转换为相位全息图，经视频数据接口逐幅加载到LCOS上；LCOS的反射光经变焦系统和光阑后入射聚焦到基材上，在基材上得到用于加工的聚焦圆弧，对基材进行打孔加工。