[发明专利]激光重复率放大器

说明书

发明领域

本发明涉及脉冲光束、特别是锁模激光的重复率放大。本发明的一个重要应用是在印刷电路板制做中用来放大锁模激光的重复率。

发明背景

在印刷电路板(PCB)制做之类应用中，可用激光曝光一镀铜基片上的光刻胶涂层上的一图案。在德国LIS的DP100之类典型曝光系统中，一CW UV激光光束在PCB表面上扫描，同时其强度按照所要生成的图案调制。该调制装置接收由控制电路输出的电子象素数据。在现代PCB制做中，为提高制做速度，要求以高数据率工作。实际数据率受到调制速率和/或激光功率的限制。

在使用紫外敏感光刻胶制做PCB时，常常使用氩离子激光。尽管氩离子激光普遍被用作紫外光源，但由于氩激光是气态激光，因此存在若干缺点，例如复杂、不容易操作、维护困难和/或成本高。

生成紫外激光的各种方法是公知的。例如，一种方法是使用红外锁模激光生成高重复率激光脉冲。把该激光穿过一非线性介质，以使其频率加倍到紫外。但是，用这类激光曝光光刻胶受到一固有疑题的限制：实际紫外功率随着重复率的增加迅速下降。这是因为频率加倍过程极其非线性，因此，其效率随着功率峰值的增加而增加。在平均红外功率给定的情况下，功率峰值随着脉冲重复率的增加而下降，导致紫外生成效率下降。

在美国专利5,462,433说明的一种用于电子战的装置中，用一可调节的时间延迟件延迟相干RF信号。RF信号被分成多个信号路径，某些路径相对其他路径延迟，然后延迟和非延迟路径重新混合，提高脉冲重复率。

本发明概述

本发明某些优选实施例的一个宽泛方面涉及放大光信号的脉冲重复率。在使用本发明这一方面的本发明实施例中，平均功率保持不变。即，该转换过程实际上无损耗。

本发明某些优选实施例的第二个方面涉及到使用一脉冲光束的振幅调制传输信息、特别是曝光一感光表面。在本发明优选实施例中，光脉冲的脉冲率至少为调制频率的若干倍。在这里，脉冲辐射的调制的这一组合称为“准CW”调制。因此，本发明某些优选实施例的一个方面涉及到使用准CW调制脉冲光来曝光一PC板上的光刻胶。

为实现准CW调制，脉冲重复率须比数据调制率足够高，以减小由这两者之间缺少同步造成的时序错误。为确保书写图案流畅、无错误，脉冲重复频率至少应为象素数据率的2-3倍。

本发明第三个宽泛方面涉及到在一PCB书写系统中使用在时间上与数据调制同步、重复率相同的脉冲激光。但是，实际上，由于要求脉冲率与数据率完全相同和分别接通和切断各脉冲，因此这一装置比本发明准CW实施例更难于实施。

本发明结合在PCB制做中用来在光刻胶上直接书写的脉冲紫外激光的重复率放大予以说明。但是，不难看出，本发明可用于任何脉冲光束的重复率放大，例如斩波光束、相干和/或非相干光束和/或单色和/或非单色光束和/或频闪光束。为强调本发明的这一更宽泛应用性，在本文中，“脉冲光束(PLB)”指激光之外的光束；“激光光束”或“脉冲激光光束”指脉冲激光。

本发明某些优选实施例的目的是提供一种提高脉冲光束重复率的方法和系统。最好是，该系统不减小光的平均功率输出。

本发明某些优选实施例的另一个目的是提供一种激光系统和方法，在PCB制做中用来在光刻胶上直接书写。最好是，该系统包括一脉冲紫外激光器和一放大该激光器的脉冲重复率的脉冲率放大装置。在一个方面，本发明某些优选实施例容许数据率比激光放大前的脉冲重复率高。

在本发明一优选实施例中，提供比方说用于PBC的一激光书写系统。该系统使用波长较长、重复率较低的高功率脉冲激光，例如工作频率约为80MHz、平均功率最好约为1W的红外锁模激光。该系统最好使用非线性光介质把该激光转换成紫外光。该紫外脉冲光经调幅用来扫描、曝光一涂有紫外敏感光刻胶的PCB而生成一图案。最好是，该紫外光包括一准CW脉冲串，从而可用公知方法调制该紫外光并用该紫外光扫描所要曝光的区域。

本发明某些优选实施例的一个目的是提供一种用来放大脉冲光束的重复率的的重复率放大装置和方法。最好是，在一生成脉冲光束的发生器外部实现重复率放大。在本发明一优选实施例中，该脉冲光束发生器为一脉冲激光器。最好是，该脉冲率转换过程大致无损耗，从而光束的平均功率保持不变。

本发明某些优选实施例的另一个目的是提供一种重复率放大方法和装置，它不影响PLB和/或激光光束发生器的初始功能规格/特性，例如效率、共振腔长度、除热方式等等。

本发明某些优选实施例的另一个目的是提供一种改装成一现有脉冲光源、最好是一脉冲激光的重复率放大装置。