降低在激光處理系統中的背反射技術方案

本揭示的系統及方法降低或防止在一激光處理系統中的背反射。一激光處理系統包含一激光源以發出一入射激光束、一激光束輸出以將入射激光束導向一工作表面、以及一透鏡以沿著一大致垂直于該工作表面的第一傳導軸接收該入射激光束。上述的透鏡包含一主軸，其大致平行于上述的第一傳導軸，且偏移自上述的第一傳導軸。該透鏡用以沿著一第二傳導軸將上述的入射激光束聚焦至該工作表面上，該第二傳導軸與該工作表面呈一非垂直的角度，使得離開該工作表面的一反射激光束的至少一主要部分未返回上述的激光束輸出。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】降低在激光處理系統中的背反射
本揭示是有關于以激光處理料材，特別是關于降低激光束的背反射 (back-reflection) 0
技術介紹
一般而言，某些激光對于光學回授可能相當敏感，諸如自一工作表面反射回激光 裝置的激光束。舉例而言，光纖激光(fiber laser)基本上即對于來自工作表面的背反射 極為敏感。若此等反射未加以適當地阻擋，例如，若存在一回返路徑使得此等反射耦合進 入輸出光纖(output fiber)，則其可能對輸出光纖和增益光纖(gain fiber)均造成傷害。 此外，一種子激光(seed laser)可能因為反射光在其返回種子激光途中被放大，從而損壞 高功率主振蕩器光纖放大器裝置。因此，在諸如激光微加工系統(laser micromachining system)的許多激光處理系統中，其必須防止此類背反射覓得返回輸出光纖的路徑。降低或防止激光處理系統中背反射的辦法之一是使用法拉第隔離器(Faraday isolator)，i者如由位于密西根州Traverse市的Electro-Optics Technology公司所生產 制造的隔離器。將一法拉第隔離器放置于輸出光纖后的光束路徑中，在背反射返回輸出光 纖之前即將其阻絕于空間之中。舉例而言，圖1是一典型光纖激光處理系統100的方塊圖， 其包含一輸出光纖110、一準直儀(collimator)組件112、一法拉第隔離器114、以及一聚焦 透鏡116。輸出光纖110將一發散的激光束118自一激光源(未顯示于圖中)導向至前述 的準直儀組件112。準直儀組件112將發散的激光束118準直化以提供一準直化的激光束 120至法拉第隔離器114。法拉第隔離器114僅允許光在一個方向上傳輸。準直化后的激光束120通過法拉 第隔離器114抵達聚焦透鏡116，其將光束聚焦至工作表面122上。由于入射激光束的路徑 是垂直于工作表面122，故一反射激光束123(圖中以虛線顯示)沿著與入射激光束120同 一路徑但相反的方向行進，通過聚焦透鏡116返抵法拉第隔離器114。然而，法拉第隔離器 114阻止反射激光束繼續沿著該反向路徑回到輸出光纖110。若由輸出光纖110發出的激光束118是隨機偏極化的(其通常是如此)，則法拉第 隔離器114將被組構成為對偏極化不敏感。舉例而言，如圖1所示，對于偏極化不敏感的一 法拉第隔離器114可以包含一輸入端雙折射光楔(birefringent wedge) 124、一法拉第旋 轉器(Faraday rotator) 126、以及一輸出端雙折射光楔128。雖然此等隔離器在市面上可 以取得，但其體積通常極為龐大(特別是當使用于高功率光束的時)且價格昂貴。降低或防止背反射的另一種方式是讓整個光束投射次系統相對于工作表面122 呈“傾斜”狀態，使入射光束撞擊工作表面的角度不是90度。舉例而言，圖2是另一典型光 纖激光處理系統200的方塊圖，其具有一傾斜的光束投射次系統(例如，輸出光纖110、準直 儀組件112、以及聚焦透鏡116)使得入射激光束120的路徑與工作表面122不垂直。由于光束投射次系統的傾斜，反射激光束123離開工作表面122的路徑與入射激 光束120的路徑間呈有角度的分離。反射激光束123的一部分210可以經由聚焦透鏡116傳回輸出光纖110。然而，入射激光束120和反射激光束123路徑間的角度分離相當于一空 間上的分離，其大致阻絕了背反射光束123耦合入輸出光纖110。入射激光束120和反射激 光束123路徑間的空間分離量正比于聚焦透鏡116的焦距(focal length)以及光束投射 次系統的傾斜角度(相對于工作表面122)。因此，其可以由增加焦距或傾斜角度、或是同時 增加焦距和傾斜角度二者以增加上述的空間分離量。如下所述，雖然將整個光束投射次系統相對于工作表面122傾斜可以降低背反 射，但其同時亦相對于工作表面122傾斜了聚焦平面。此導致工作表面122上光斑尺寸 (spot size)以及能量密度(fluence)的變異。此等變異降低了處理的效能。
技術實現思路
本揭示的系統及方法降低或防止在一激光處理系統中的背反射。在一實施例中， 一激光處理系統包含一激光源以發出一入射激光束、一激光束輸出以將入射激光束導向一 工作表面、以及一透鏡以沿著一第一傳導軸接收該入射激光束，前述的第一傳導軸大致垂 直于該工作表面。上述的透鏡包含一主軸(primary axis)，其大致平行于上述的第一傳導 軸，且偏移自上述的第一傳導軸。該透鏡用以沿著一第二傳導軸將上述的入射激光束聚焦 至該工作表面上，該第二傳導軸與該工作表面呈一非垂直的角度，使得離開該工作表面的 一反射激光束的至少一主要部分未返回上述的激光束輸出。此外，或在另一實施例中，上述系統亦包含一光束阻擋器(beam-Stop)，其安置于 該激光束輸出和該工作表面之間以阻隔上述反射激光束的另一部分，避免其沿一路徑返回 激光束輸出端。此外，或在另一實施例中，上述系統更進一步包含一輔助光束定位器(secondary beam positioner)，其安置于該激光束輸出和該透鏡之間，以穿越該透鏡掃描上述的入射 激光束。在另一實施例中，一方法包含發出一入射激光束、沿著一第一傳導軸將該入射激 光束傳送至一透鏡、以及利用該透鏡將該入射激光束的路徑自該第一傳導軸改變至一第二 傳導軸。上述的第二傳導軸與該工作表面間呈一非垂直的角度。附圖說明經由以下針對較佳實施例的詳細說明，其配合附圖進行，本專利技術的進一步特色及 優點將更趨于明顯。本揭示的非限定、非盡舉的實施例說明均是參照以下的附圖進行，其 中圖1是一典型光纖激光處理系統的方塊圖，其包含一法拉第隔離器以降低背反 射；圖2是另一典型光纖激光處理系統的方塊圖，其具有一傾斜的光束投射次系統以 降低背反射；圖3是依據一實施例的一激光處理系統的方塊圖，其可以降低或大致防止背反 射；圖4是依據一實施例的一激光處理系統的方塊圖，此系統包含一開孔，其允許一 入射激光束的傳送并阻隔一反射激光束的傳送；圖5是依據一實施例的一激光處理系統的方塊圖，其包含一輔助光束定位器以穿 越聚焦透鏡掃描入射激光束；以及圖6A及6B是分別依據特定實施例的激光處理系統的方塊圖，其比較使用輔助光 束定位器時產生的聚焦平面。具體實施例方式本說明書揭示各種降低或防止背反射的系統及方法，其未使用體積龐大及/或昂 貴的隔離器即可使前述的背反射不致耦合進入一激光處理系統的輸出光纖。在一實施例 中，一聚焦透鏡被置放于距光束傳導軸一偏移距離處的光束路徑中，以賦予入射光束一相 對于工作表面的非垂直“攻角(angle-of-attack) ”。此在入射及反射光束路徑之間提供一 空間分隔且并未相對于工作表面傾斜整個光束投射次系統。在一實施例中，一開孔進一步 阻隔激光束使其無法抵達輸出光纖。此外，或在另一實施例中，一輔助光束定位器在距聚焦 透鏡主軸的一偏移距離處穿越該聚焦透鏡掃描一入射激光束，使得一掃描聚焦平面大致平 行于工作表面。以下參照附圖進行實施例的說明，各附圖中相同的參考編號表示相同的構件。在 以下的說明中，其提供許多具體的細節以期對所揭示的實施例全盤了解。然而，相關領域 的熟習者應能體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種降低或大致防止背反射的激光處理系統，該系統包含：　　一激光源，其發出一入射激光束；　　一激光束輸出，將該入射激光束導向一工作表面；以及　　一透鏡，沿一第一傳導軸接收該入射激光束，該第一傳導軸大致垂直于該工作表面，　　其中該透鏡包含一主軸，該主軸大致平行于該第一傳導軸，并偏移自該第一傳導軸，且　　其中該透鏡是用以沿著一第二傳導軸將該入射激光束聚焦至該工作表面上，該第二傳導軸與該工作表面呈一非垂直的角度，使得離開該工作表面的一反射激光束的至少一主要部分未返回該激光束輸出。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：瑪密特E艾爾帕，布萊恩強漢森，
申請(專利權)人：伊雷克托科學工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US