[发明专利]模块化激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大宽度的基板（substrat）的激光退火的装置，其由在没有特别限制的情况下可并置的多个激光模块形成。

背景技术

已知的是实现被沉积在平坦基板上的涂层的局部且快速的激光退火（激光闪速加热）。为此，使具有待退火的涂层的基板在激光线下方进给（défiler），又或使激光线在承载了涂层的基板上方进给。

激光退火使得能够将薄的涂层加热到高温，大约是几百度，而同时保护在下面的基板。很好理解的是进给的速度优选为尽可能地高，有利地至少为每分钟几米。

本发明尤其感兴趣的是使用激光二极管的激光器。这实际上构成从其价格及其功率的观点来看最引人注目的激光源。

为了获得对于实施具有高进给速度的过程而言所必要的单位长度（linéique）的功率，合期望的是将来自非常大量的激光二极管的辐射聚焦于唯一的激光线处。在承载了待退火的涂层的基板处，该激光线的功率密度通常应当尽可能地均匀，以使得将基板的所有点暴露于相同的退火能量。

此外将合期望的是能够以高速度来处理具有大宽度的基板，诸如出自浮法过程的“巨大（jumbo）”尺寸（6m×3.21m）的平坦玻璃片材。对于获得非常长的激光线而言的问题是实现一种激光模块并置的系统，其使得能够随意地延长线的长度，而不必制造与线本身一样长的单片光学器件。

已经设想了模块化激光装置。因此，专利US 6 717 105描述了一种概念非常简单的模块化激光装置。在该激光装置中，每个模块（激光振荡器1a、1b、1c）生成激光束，所述激光束在成形之后被镜面（4a、4b、4c）反射并且以激光线的形式、按直角而投射在基板（5）上。激光束成形构件（3a、3b、3c）被设计使得在与基板的相交处形成激光线，所述激光线呈现具有“顶帽”（英语为“top-hat”）形状的功率密度剖面图（profil），其具有非常宽广的中央部分，在所述中央部分中功率密度强并且恒定，以及，在该平台的两侧，以陡峭斜率下降的旁侧（flanc）（参见US 6 717 105的图5）。剖面图通过叠合倾斜的旁侧而被组合以便产生具有尽可能均匀的功率密度分布的经组合的唯一线。

然而，生成具有“顶帽”剖面图的该类型激光线的激光模块对于模块相对于彼此的可能的定位误差非常敏感。事实上，在叠合的侧边区处的斜率的高陡峭度造成：模块的太大间隔容易导致在接合处的功率密度的不足，而相反，太靠近的模块将导致在该处功率密度过度高的接合区。

申请人观察到显著降低模块化激光装置对激光模块的相应定位误差的敏感性是有可能的，这通过向装置的模块配备基于微透镜的用于激光线成形的光学系统，所述光学系统不产生在现有技术中通常寻求的“顶帽”类型的功率密度剖面图，而是“尖帽（chapeau pointu）”类型的剖面图，也就是说接近于三角形的剖面图，其具有从中心向端部下降的规则斜面。

发明内容

本发明的目的在于一种包括各自在工作平面处生成激光线的多个激光模块的激光装置，所述激光模块被并置使得由模块所生成的激光线组合成唯一的激光线，每一个激光模块包括：

-至少一个激光线生成构件，优选地是激光二极管的线性排列（alignement），以及

-激光线成形构件，

所述装置的特征在于，所述激光线成形构件包括微透镜的第一线性排列、会聚透镜、以及置于会聚透镜的聚焦平面中的微透镜的第二线性排列，使得最终激光线在工作平面处呈现一种功率密度剖面图，所述功率密度剖面图具有在最大功率密度的90%处的宽度（L₉₀）和在最大功率密度的10%处的宽度（L₁₀），比率L₉₀/L₁₀被包括在1/15和1/5之间，优选地在1/12和1/7之间，并且特别地在1/10和1/8之间。

因此，与现有技术相反，在本发明中并不寻求制造这样的激光模块：所述激光模块各自发射具有包括尽可能宽的有效功率平台的功率密度剖面图的激光线。相反，寻求将强功率的中央区的范围（L₉₀）缩减至小于模块的激光线的总长度的20%、优选地小于其15%并且特别地小于其10%，并且还减小最大功率区两侧的斜率的值。事实上，由每个模块所发射的功率的密度剖面图的两个旁侧的斜率越小，模块的定位误差在通过模块的线性排列所形成的组合功率密度剖面图上将造成的影响越小。由每个模块所生成的线的功率剖面图的理想形状因此是三角形，所述三角形呈现等于最大功率的高度（h）和等于激光线长度的底（b）。