[发明专利]高速动态射束整形

说明书

光学设备(20)包含激光器(22)，所述激光器(22)经配置以沿着射束轴发射指定波长的相干光学辐射的射束。偏转器(24)经配置以拦截及在相对于所述射束轴的角度范围内可选择地偏转所述射束。多个衍射光学元件(DOE–32、34、36、64、66、68)经定位以按所述范围内的不同、相应偏转角度接收所述经偏转射束且输出相应经衍射射束。射束组合光学装置(42、74)经配置以接收及偏转来自所述DOE的所述经衍射射束，使得沿着共同输出轴朝向目标(48)引导所有所述经衍射射束。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2019年3月6日申请的美国临时专利申请案62/814,311的权益，所述申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及光学装置及系统，且特定来说涉及用于空间及时间射束整形的方法及设备。

背景技术

在激光微加工中，将激光脉冲串施加到工件，例如以按预定义方式烧蚀材料或以其它方式从衬底移除材料，或通过熔化、烧结或结晶化材料来修改材料的物理性质。为了实现期望结果，激光射束必须具有控制良好的形状、时序及能量性质。

例如印刷电路板(PCB)衬底的激光钻孔应用依赖于激光射束的形状来实现最优结果。为了获得高纵横比的通孔，具有平顶分布的射束形状优于高斯射束。当激光钻孔过程涉及多种材料时(每种材料具有其自身物理性质)，最优处理可能需要为每种材料调适射束形状及能量。

衍射光学元件(DOE)在多种应用中用于对激光辐射的射束进行整形、分裂及组合。例如，美国专利10,444,526描述一种光学系统，其包含多个光学源、第一衍射光学元件及第二衍射光学元件。多个光学源生成持续时间小于约1皮秒的多个脉冲射束。第一衍射光学元件接收及衍射多个脉冲射束。第二衍射光学元件接收经衍射的多个脉冲射束且生成经组合脉冲射束。

发明内容

下文中所描述的本发明的实施例提供用于光学射束整形的改进式装置及方法。

因此，根据本发明的实施例，提供一种光学设备，其包含激光器，所述激光器经配置以沿着射束轴发射指定波长的相干光学辐射的射束。偏转器经配置以拦截及在相对于所述射束轴的角度范围内可选择地偏转所述射束。多个衍射光学元件(DOE)经定位以按所述范围内的不同、相应偏转角度接收所述经偏转射束且输出相应经衍射射束。射束组合光学装置经配置以接收及偏转来自所述DOE的所述经衍射射束，使得沿着共同输出轴朝向目标引导所有所述经衍射射束。

在所公开实施例中，所述多个DOE包含单个衬底，所述衬底具有安置在其上的不同衍射图案的任何阵列以便界定所述多个所述DOE。

在一些实施例中，所述DOE经配置以将不同、相应空间强度分布施加到所述相应经衍射射束。另外或替代地，所述DOE经配置以按不同、相应输出角度引导所述相应经衍射射束，使得所述经衍射射束会聚在所述射束组合光学装置处。在一个实施例中，所述射束组合光学装置包含DOE。

在一些实施例中，所述偏转器包含声光装置及驱动电路，所述驱动电路经耦合以将具有可选择的频率的驱动信号施加到所述声光装置以便引起所述声光装置可选择地朝向所述DOE中的每一者偏转所述射束。在一个实施例中，所述声光装置经配置以在第一角度范围内偏转所述射束，且所述偏转器包含射束扩展光学装置，所述射束扩展光学装置经定位在所述声光装置与所述DOE之间且经配置以将所述第一范围扩展成涵盖所有所述DOE的所述相应偏转角度的第二范围。

另外或替代地，所述偏转器中的所述声光装置是第一声光偏转器，且所述射束组合光学装置包含第二声光偏转器，所述第二声光偏转器与所述第一声光偏转器同步地被驱动以在沿着所述共同输出轴的方向上偏转所述经衍射射束。在一个实施例中，所述第二声光偏转器经配置以扫描所述输出轴，使得所述经衍射射束照射在所述目标上的多个不同点上。