Technisches
Gebiettechnical
area
Die
vorliegende Erfindung betrifft Lasermikrobearbeitung und insbesondere
Verfahren und Systeme, die AOM-Frequenz- und/oder Amplitudenmodulation
verwenden, um die Laserbearbeitungsleistung zu verbessern.The
The present invention relates to laser micromachining, and more particularly
Methods and systems, the AOM frequency and / or amplitude modulation
use to improve the laser processing performance.
Hintergrund
der Erfindungbackground
the invention
1 ist
eine schematische Darstellung eines typischen Lasers 2 des
Standes der Technik, der einen herkömmlichen akusto-optischen Q-Switch 10a verwendet. 2A und 2B (generisch 2)
sind alternative schematische Teilansichten eines akusto-optischen
Modulators (AOM) 10 des Standes der Technik mit einem Wandler 12,
der auf einen Radiofrequenz (RF)-Treiber 14 reagiert, der
das Ausmaß steuert,
mit dem der AOM 10 einen Strahl nullter Ordnung 16 und/oder
einen Strahl erster Ordnung 18 überträgt. 3 ist
eine schematische Ansicht, die die herkömmliche Technik zum Steuern
des RF-Treibers 14 zeigt. Unter Bezug nahme auf 1-3 sind
AOMs 10 herkömmlicherweise
als Q-Switche 10a innerhalb der Resonatoren des Lasers 2 verwendet
worden, um Impulszeit, Wiederholungsfrequenz und Hohlraumverstärkung zu
steuern. Ein typischer Q-Switch 10a (oder ein typischer
AOM 10) umfasst einen RF-Wandler 12, der durch
den RF-Treiber bei einer vom Hersteller eingestellten spezifischen
Frequenz Amplituden-moduliert ist. Der Q-Switch 10a ist typischerweise
durch eine Lasersystemsteuerung 4 gesteuert, die eine Stromversorgung 14a betätigt, um
eine auswählbare
Strommenge an dem RF-Wandler 12 bereitzustellen, um zu
erlauben, dass Laserpulse entweder aus dem Laser austreten oder
die Laserenergie in dem Laserresonator gehalten wird. Die Stromversorgung 14a liefert
typischerweise auch Strom an eine Laserpumpquelle 6, um
Strahlung an ein Lasermedium 8 in Reaktion auf Befehle
von der Lasersystemsteuerung 4 bereitzustellen. Diese Bestandteile
arbeiten zusammen, um einen gepulsten Laserstrahl 20 zu
produzieren, wenn dies erwünscht
ist. 1 is a schematic representation of a typical laser 2 of the prior art, a conventional acousto-optic Q-switch 10a used. 2A and 2 B (generic 2 ) are alternative schematic partial views of an acousto-optic modulator (AOM) 10 of the prior art with a transducer 12 pointing to a radio frequency (RF) driver 14 which controls the extent to which the AOM 10 a zero-order beam 16 and / or a first order beam 18 transfers. 3 Fig. 10 is a schematic view showing the conventional technique for controlling the RF driver 14 shows. With reference to 1 - 3 are AOMs 10 conventionally as Q-switches 10a within the resonators of the laser 2 has been used to control pulse time, repetition frequency and cavity gain. A typical Q-switch 10a (or a typical AOM 10 ) includes an RF converter 12 which is amplitude-modulated by the RF driver at a specific frequency set by the manufacturer. The Q-switch 10a is typically through a laser system control 4 controlled, which is a power supply 14a operated to a selectable amount of current to the RF converter 12 to allow laser pulses to either exit the laser or to hold the laser energy in the laser cavity. The power supply 14a also typically supplies power to a laser pump source 6 to transfer radiation to a laser medium 8th in response to commands from the laser system controller 4 provide. These components work together to create a pulsed laser beam 20 to produce, if desired.
AOMS 10 sind
auch als variable Intra-Resonator-Verlustmodulatoren verwendet worden,
um Laser im Pulszeit und -intensität durch variables Steuern der
Amplitude des RF-Signals zu steuern, das an den/die RF-Wandler 12 auf
den AOM(s) 10 abgegeben wird, wie in US-Patent 5,197,074
von Emmons, Jr et al. beschrieben. AOMs 10 sind auch verwendet
worden als Extrakavitäten-Strahlattenuatoren,
die die Intensität
des Laserstrahls 20 steuern, indem der Laserstrahl 20 mit
unterschiedlichem Beugungswirkungsgrad gebeugt wird, so dass ein
Prozentsatz der optischen Energie einen erwünschten Strahlengang hinunterwandert
und der Großteil
des Restes der optischen Energie in eine „Strahlensenke" wandert.AOM 10 have also been used as variable intra-cavity loss modulators to control lasers in pulse time and intensity by variably controlling the amplitude of the RF signal applied to the RF converter (s) 12 on the AOM (s) 10 as described in U.S. Patent 5,197,074 to Emmons, Jr et al. described. AOM 10 have also been used as extra cavity jet attenuators, which increase the intensity of the laser beam 20 control by the laser beam 20 is diffracted with different diffraction efficiency such that a percentage of the optical energy travels down a desired beam path and the majority of the remainder of the optical energy travels to a "beam sink".
Kürzlich hat
Electro Scientific Industries, Inc. aus Portland, Oregon, AOMs 10 als
Gating-Steuervorrichtungen
oder „Pulsaufnehmer" verwendet, um zu
erlauben, dass Pulse von einem Laser 2 durch oder entlang
verschiedener Positionierungssystembestandteile propagieren, um
auf ein Werkstück
zu treffen, wenn betätigt,
und um Laserpulse daran zu hindern, auf das Werkstück aufzutreffen,
wenn nicht betätigt.
Dieses Verfahren ist detaillierter in US-Patent 6,172,325 von Baird
et al. beschrieben.Recently, Electro Scientific Industries, Inc. of Portland, Oregon, has AOMs 10 used as gating control devices or "pulse pickups" to allow pulses from a laser 2 propagate through or along various positioning system components to impact a workpiece when actuated and to prevent laser pulses from striking the workpiece when not actuated. This process is described in more detail in U.S. Patent 6,172,325 to Baird et al. described.
Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 und 3 wandelt
der Wandler 12 ein RF-Eingangssignal
von dem analogen RF-Treiber 14 in eine Schallwelle 19 um,
die sich im AOM 10 aufbaut. Während die Schallwelle 19 durch
den AOM 10 hindurchläuft,
stört die
Schallwelle 19 das optische Medium des AOM 10,
was zur Erhöhung
und Verringerung der Beugungsindizes im AOM 10 führt. Ein
ankommender Laserstrahl 20 wird somit durch die Schallwelle 19 gebeugt
und folgt den Beugungsgesetzen, was zu einem Strahl nullter Ordnung 16 führt, der
sich auf der Achse befindet, und Strahlen erster Ordnung (oder höherer Ordnung) 18 mit
Winkeln, die durch Gleichungen angegeben sind, die mit dem Beugungsverfahren
in Beziehung stehen.Referring again to 2 and 3 converts the converter 12 an RF input signal from the analog RF driver 14 in a sound wave 19 around, in the AOM 10 builds. While the sound wave 19 through the AOM 10 passes through, disturbs the sound wave 19 the optical medium of the AOM 10 , which helps to increase and decrease the diffraction indices in the AOM 10 leads. An incoming laser beam 20 is thus due to the sound wave 19 diffracted and follows the laws of diffraction, resulting in a zero order beam 16 which is on the axis and first order (or higher order) beams 18 with angles given by equations related to the diffraction method.
Wenn
keine RF-Leistung 22 am AOM 10 anliegt, geht der
ankommende Laserstrahl 20 durch den AOM im Wesentlichen
entlang seines ursprünglichen
Strahlenganges hindurch. Wenn die RF-Leistung 22 an dem
AOM 10 angelegt wird, wird ein Teil der Energie des ankommenden
Laserstrahls aus dem Strahlengang des Strahls nullter Ordnung 16 zu
einem Strahlengang eines Strahls erster Ordnung 18 gebeugt.
Der Beugungswirkungsgrad wird als das Verhältnis der Laserenergie im Strahl
erster Ordnung 18 zur Laserenergie des ankommenden Laserstrahls 20 definiert.If no RF power 22 at the AOM 10 is applied, the incoming laser beam goes 20 through the AOM substantially along its original beam path. If the RF power 22 at the AOM 10 is applied, a portion of the energy of the incoming laser beam from the beam path of the beam zeroth order 16 to a beam path of a first-order beam 18 bent. The diffraction efficiency is called the ratio of the laser energy in the first order beam 18 to the laser energy of the incoming laser beam 20 Are defined.
Unter
Bezugnahme auf 4 kann entweder der Strahl
erster Ordnung 18 oder der Strahl nullter Ordnung 16 als
ein Arbeitsstrahl verwendet werden, um auf das Werkstück 30 aufzutreffen,
basierend auf verschiedenen Anwendungsbetrachtungen. Wenn der Strahl
erster Ordnung 18 als der Arbeitsstrahl verwendet wird,
kann die Energie des Arbeitslaserpuls dynamisch von 100 % seines
Maximalwertes hinunter bis zu im Wesentlichen null gesteuert werden,
während
sich die RF-Leistung 22 von ihrer Maximalleistung auf im
Wesentlichen null verändert.
Infolge des praktischen beschränkten
Beugungswirkungsgrades eines AOM bei einer erlaubten maximalen RF-Leistungsbeaufschlagung
auf etwa 75 % bis 90 %, beträgt
der maximale Energiewert des Arbeitslaserpuls etwa 75 % bis 90 %
des Laserpulsenergiewertes des Lasers.With reference to 4 can be either the first-order beam 18 or the zero-order beam 16 be used as a working beam to access the workpiece 30 based on different application considerations. If the first order beam 18 As the working beam is used, the power of the working laser pulse can dynamically decrease from 100% of its maximum value down to the maximum Substantially zero control while the RF power 22 changed from its maximum power to essentially zero. Due to the practical limited diffraction efficiency of an AOM at an allowed maximum RF power loading of about 75% to 90%, the maximum energy value of the working laser pulse is about 75% to 90% of the laser pulse energy value of the laser.
Wenn
jedoch der Strahl nullter Ordnung 16 als der Arbeitsstrahl
verwendet wird, kann die Energie des Arbeitslaserpulses dynamisch
von etwa 100 % (minus der Verluste aus dem Wandern durch den AOM 10, möglicherweise
soviel wie wenige Prozent infolge thermischer und Dispersionsbetrachtungen)
des maximalen Wertes der Laserpulsenergie von dem Laser bis hinab
zu etwa 15 % bis 20 % des Maximalwertes gesteuert werden, da sich
die RF-Leistung 22 von
im Wesentlichen null bis zu ihrer maximalen Leistung ändert. Bei
Speicherverbindungsbearbeitung, beispielsweise, wenn der Arbeitslaserpuls
nicht auf Abruf ist, ist keine Leckage der Systemlaserpulsenergie
erwünscht
(d. h. die Arbeitslaserpulsenergie sollte null sein), so dass, wie
in 4 gezeigt, der Strahl erster Ordnung 18 als
der Arbeitsstrahl verwendet wird und der Strahl nullter Ordnung 16 zu
einer Strahlensenke, wie beispielsweise einem Absorber 32,
gesteuert wird.However, if the zero order beam 16 As the working beam is used, the power of the working laser pulse can be dynamically reduced by about 100% (minus the losses due to wandering through the AOM 10 , possibly as much as a few percent due to thermal and dispersion considerations) of the maximum value of the laser pulse energy from the laser down to about 15% to 20% of the maximum value as the RF power 22 from essentially zero to its maximum power. For memory link processing, for example, when the working laser pulse is not on-call, no leakage of the system laser pulse energy is desired (ie, the working laser pulse energy should be zero) such that, as in FIG 4 shown, the first order beam 18 as the working beam is used and the zero-order beam 16 to a beam sink, such as an absorber 32 , is controlled.
Ein
Auslöschungsverhältnis 34 des
AOM definiert die Differenz der übertragenen
Leistung eines Laserimpuls 36 (36a oder 36b)
zwischen einem „nichtblockierten" (oder „übertragenden") Zustand 38 und
einem „blockierten" oder „nicht übertragenden" Zustand 40. 5 ist
eine vereinfachte generische Darstellung, die die Unterschiede der Übertragung
eines blockierten und eines nichtblockierten Laserstrahls 20 als
eine Funktion des Dezibel (dB)-Niveaus
zeigt, das an dem AOM 10 mit einer spezifischen Frequenz
anliegt. Unter Bezugnahme auf 3 und 5 erhalten
herkömmliche
AOMs 10, die bei Pulsaufnahmelasersystemen verwendet werden,
von einem Konstantfrequenzgenerator 24 (typischerweise
ein PLL oder ein Kristall) eine spezifische einzelne Radiofrequenz,
die durch den Hersteller eingestellt ist und nicht verändert werden
kann. Diese Frequenz bestimmt den Austrittswinkel und steuert das
Ausmaß der
Beugung durch die RF-Amplitude innerhalb der Grenzen des Extinktionsverhältnisses 34.An extinction ratio 34 of the AOM defines the difference in the transmitted power of a laser pulse 36 ( 36a or 36b ) between an "unblocked" (or "transmitting") state 38 and a "blocked" or "non-transmitting" state 40 , 5 is a simplified generic representation showing the differences in the transmission of a blocked and unblocked laser beam 20 as a function of the decibel (dB) level at the AOM 10 with a specific frequency. With reference to 3 and 5 get conventional AOMs 10 used in pulse pick-up laser systems by a constant frequency generator 24 (typically a PLL or a crystal) a specific single radio frequency that is set by the manufacturer and can not be changed. This frequency determines the exit angle and controls the amount of diffraction by the RF amplitude within the limits of the extinction ratio 34 ,
Die
Amplituden der zu den analogen RF-Treibern 14 von herkömmlichen
AOMs 10 gesendeten Signale können entweder dadurch gesteuert
werden, dass ein „ON"- oder „OFF"-Signal einer Transistor-Transistor-Logik
(TTL) von einer digitalen on/off-Steuerung 26 gesendet
wird und/oder dass ein analoges Signal von 0-1 Volt in nicht-ganzzahligen
Inkrementen von einer analogen Amplituden-Steuertafel 28 in
den RF-Treiber 14 gesendet wird. Das TTL-„OFF"-Signal steuert den analogen RF-Treiber 14,
um den Ausgang auf das minimale Niveau abzusenken, das die niedrigste
Leistungsabgabe ist, die der RF-Treiber 14 erlauben wird.
Das Einstellen des analogen Signales in dem RF-Treiber 14 auf
sein minimales Niveau wird das gleiche Ergebnis erzielen. Beide
Optionen werden jedoch noch die Übertragung
einer geringen Menge an RF-Leistung 22 an den Wandler 12 erlauben,
was einen niedrigenergetischen gebeugten Strahl erster Ordnung 18 erzeugt,
der zu dem Werkstück 30 hindurchtritt,
wenn es nicht erwünscht
ist.The amplitudes of the analog RF drivers 14 from conventional AOMs 10 transmitted signals can be controlled either by an "ON" or "OFF" signal of a transistor-transistor logic (TTL) from a digital on / off control 26 is transmitted and / or that an analog signal of 0-1 volts in non-integer increments of an analog amplitude control panel 28 in the RF driver 14 is sent. The TTL "OFF" signal controls the analog RF driver 14 to lower the output to the minimum level that is the lowest power output that the RF driver 14 will allow. Setting the analog signal in the RF driver 14 to its minimum level will achieve the same result. However, both options will still require the transmission of a small amount of RF power 22 to the converter 12 allow, which is a low energy first order diffracted beam 18 generated to the workpiece 30 if it is not wanted.
Während sich
die Laserleistungen fortwährend
für eine
Anzahl von Laseranwendungen erhöhen
(wie beispielsweise Laser-DRAM-Bearbeitung, Laser-Trimmen und -Mikrobearbeitung
und das Bohren kleiner Löcher
mittels Laser), streben viele dieser Laseranwendungen nach der Möglichkeit,
die Laserleistung auf die Arbeitsoberfläche vollständig abzuschalten. Bei diesen
Laseranwendungen kann das Werkstück
teuer im Sinne von Materialien und/oder vorhergehender Bearbeitung
sein. Wenn sich die Laserabgabe nicht vollständig abschaltet, besteht grundsätzlich die
Möglichkeit
eines „Leckens" oder Beugens von
Energie auf das Werkstück
an Stellen, wo eine Beschädigung, Änderung
oder Wirkung auf die Materialeigenschaften oder -charakteristiken
nicht akzeptabel ist. Beim Laser-Trimmen könnte, beispielsweise, unerwünschte Energie
unerwünschte
elektro-optische Wirkungen im Material induzieren, die unerwünscht sind.
Unabhängig
vom Laserbetrieb weist eine Laserenergieleckage das Potenzial auf,
erheblichen irreversiblen Schaden am Produkt eines Kunden zu verursachen,
wie beispielsweise Vorrichtungen auf einem Wafer, und ein derartiger
Schaden könnte
nicht notwendigerweise durch visuelle Untersuchung sichtbar sein.
Energieleckageprobleme bei Lasersystemen können in einem kontinuierlichen
Bereich von Wellenlängen
auftreten, einschließlich
langwelliges CO2 (etwa 10 μm), Infrarot
und nahes Infrarot (wie beispielsweise 1,3 μm bis 1,0 μm), sichtbar und UV (weniger
als etwa 400 μm).As laser powers continue to increase for a number of laser applications (such as laser DRAM machining, laser trimming and micromachining, and laser drilling of small holes), many of these laser applications seek to completely shut off laser power to the work surface , In these laser applications, the workpiece can be expensive in terms of materials and / or previous processing. In principle, if the laser output does not turn off completely, there is the potential for "leaking" or bending energy onto the workpiece at locations where damage, change or effect on material properties or characteristics is unacceptable Irrespective of laser operation, a laser energy leak has the potential to cause significant irreversible damage to a customer's product, such as devices on a wafer, and such damage may not necessarily Energy coverage problems in laser systems can occur in a continuous range of wavelengths, including long wavelength CO 2 (about 10 μm), infrared and near infrared (such as 1.3 μm to 1.0 μm), visible and UV ( we less than about 400 μm).
Mit
der zunehmenden Verwendung von AOMs 10 bei Laserbearbeitungsanwendungen
wird das Problem der Energieleckage zunehmend evidenter. Unglücklicherweise
leckt selbst wenn das minimale RF-Niveau an AOM-Steuerungen des
Standes der Technik geschickt wird, noch etwas RF-Leistung 22 in
den AOM 10, was dazu führt,
dass eine Menge an Laserstrahlenergie an eine potentiell unerwünschte Stelle
gebeugt wird. Eine derartige Leckage kann auch erfolgen, wenn herkömmliche
Q-Switches 10a verwendet werden, was erlaubt, dass etwas
an Laserenergie aus dem Laser 2 während der Laserenergieaufbauzeit
austritt, wenn Laserausgabe unerwünscht ist.With the increasing use of AOMs 10 In laser processing applications, the problem of energy leakage is becoming increasingly evident. Unfortunately, even if the minimum RF level is sent to prior art AOM controllers, some RF power still leaks 22 in the AOM 10 , which causes a quantity of laser beam energy to be diffracted to a potentially unwanted location. Such leakage can also occur when conventional Q-switches 10a be used, which allows for some laser energy from the laser 2 during the laser energy build-up time, when laser output is undesirable.
Zusammenfassung
der ErfindungSummary
the invention
Bestimmte
hierin beschriebene Ausführungsformen
und Techniken können
eine Vielzahl von Laserbearbeitungsvorteilen gegenüber herkömmlichen
Lasersystemen und herkömmlichen
Laserbearbeitungsverfahren erreichen. Diese Ausführungsformen und Techniken
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf eine oder mehrere der folgenden: digitale Steuerung der Frequenz-
und/oder Amplituden-AOM-Modulationstechniken; Intrakavitäten- und/oder
Extrakavitäten-AOM-Modulationstechniken
einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, Frequenz- und/oder
Amplitudenmodulation, die im Wesentlichen die vollständige Extinktion
eines Laserstrahls erleichtert, um zu verhindern, dass unerwünschte Laserenergie
auf ein Werkstück
auftrifft; AOM-Modulationstechniken von Puls zu Puls-Laserenergie
mit automatischer Steuerung, d. h. Regelung im geschlossenen Kreis,
um Laserpulsenergiestabilität
zu erleichtern; und Frequenz- und/oder Amplituden-AOM-Modulationstechniken,
um Strahlpositionierungssteuerung zu erleichtern, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf Verwenden von mehr als einem Wandler auf einem AOM, unter Verwendung
von automatischer Steuerung für
Anwendungen wie beispielsweise Ausrichtungsfehlerkorrektur, Strahlengangrektifikation
oder tertiäres
Positionieren.Certain
Embodiments described herein
and techniques can
a variety of laser processing advantages over conventional ones
Laser systems and conventional
Achieve laser processing. These embodiments and techniques
include, but are not limited to
to one or more of the following: digital control of the frequency
and / or amplitude AOM modulation techniques; Intracavity and / or
Extracavity AOM modulation techniques
including,
but not limited
on, frequency and / or
Amplitude modulation, which is essentially the complete extinction
a laser beam facilitates to prevent unwanted laser energy
on a workpiece
strikes; AOM modulation techniques from pulse to pulse laser energy
with automatic control, d. H. Closed loop control,
about laser pulse energy stability
to facilitate; and frequency and / or amplitude AOM modulation techniques,
to facilitate beam positioning control, including, but
not limited
on using more than one converter on an AOM, using
from automatic control for
Applications such as alignment error correction, ray path rectification
or tertiary
Positioning.
Ein
Ziel der Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer verbesserten
Lasersystemleistung durch eine oder mehrere ausgewählte AOM-Anwendungen.One
The aim of the invention is therefore to provide an improved
Laser system performance through one or more selected AOM applications.
Zusätzliche
Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
offenkundig sein, die sich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
fortsetzt.additional
Objects and advantages of this invention will become more apparent from the following
Description of preferred embodiments
be obvious, referring to the attached drawings
continues.
Kurze Beschreibung
der ZeichnungenShort description
the drawings
1 ist
eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Lasersystems, das
eine AOM-Vorrichtung
nach dem Stand der Technik als einen Q-Switch verwendet. 1 FIG. 13 is a schematic diagram of a conventional laser system using a prior art AOM device as a Q-switch. FIG.
2A und 2B sind
alternative schematische Darstellungen einer AOM-Vorrichtung nach
dem Stand der Technik, die Teile von Strahlen nullter und erster
Ordnung überträgt in Reaktion
auf die Menge an RF-Leistung überträgt, die
sie erhält. 2A and 2 B For example, alternate schematic representations of a prior art AOM device transmitting parts of zero and first order beams are transmitted in response to the amount of RF power it receives.
3 ist
eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Steuern einer
AOM-Vorrichtung
nach dem Stand der Technik zeigt. 3 Fig. 12 is a schematic diagram showing a method for controlling a prior art AOM device.
4 ist
eine schematische Darstellung eines Lasersystems, das eine AOM-Vorrichtung
nach dem Stand der Technik als eine Puls-Gating-Vorrichtung zeigt. 4 Fig. 10 is a schematic diagram of a laser system showing a prior art AOM device as a pulse gating device.
5 ist
eine vereinfachte Kurve, die Unterschiede in der Übertragung
von blockierten und nichtblockierten Laserstrahlen als eine Funktion
des Dezibelniveaus zeigt, das an einem AOM mit einer spezifischen Frequenz
angelegt ist. 5 Figure 5 is a simplified graph showing differences in the transmission of blocked and unblocked laser beams as a function of the decibel level applied to an AOM at a specific frequency.
6 ist
eine schematische Darstellung eines Lasersystems, das einen Frequenz-modulierten
AOM verwendet. 6 is a schematic representation of a laser system using a frequency modulated AOM.
7 ist
ein Steuerungsdiagramm, das beispielhaft Hochfrequenzbereich-Frequenz-verschiebende Wellenformen
zeigt, die durch einen AOM-Wandler exprimiert werden, um eine vollständige Auslöschung von einem
AOM zu erreichen. 7 Figure 4 is a timing diagram showing, by way of example, high frequency range frequency shifting waveforms that are expressed by an AOM converter to achieve complete cancellation of an AOM.
8 ist
eine Steuerflusstabelle, die Ereignisse und Konsequenzen in Verbindung
mit der Verwendung einer Hochfrequenzbereich Frequenzverschiebung
zeigt, um eine vollständige
Auslöschung
von einem AOM zu zeigen. 8th FIG. 11 is a control flow chart showing events and consequences associated with using a high frequency range frequency offset to show complete cancellation of an AOM.
9 ist
eine Steuerflusstabelle, die Ereignisse im Zusammenhang mit weißem Rauschen
zeigt, um null Beugung von einem AOM zu erreichen. 9 FIG. 11 is a control flow chart showing white noise events to achieve zero diffraction from an AOM.
10 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das einen Frequenzmodulierten AOM verwendet und eine sekundäre Strahlensenke. 10 is a schematic representation of a laser system using a frequency modulated AOM and a secondary beam sink.
11 ist eine schematische Darstellung eines AOM-Steuersystems,
das einen Gleichstromquellenschalter verwendet. 11 is a schematic representation of an AOM control system that uses a DC power source switch used.
12 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das einen Frequenzmodulierten AOM als einen Q-Switch im Laser verwendet. 12 Figure 4 is a schematic diagram of a laser system using a frequency modulated AOM as a Q-switch in the laser.
13 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das einen Extrakavitäten-Frequenz-gesteuerten
AOM und einen Frequenz-modulierten AOM als einen Q-Switch verwendet. 13 Fig. 12 is a schematic diagram of a laser system using an extra cavity frequency controlled AOM and a frequency modulated AOM as a Q switch.
14 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das Extrakavitäten-Frequenz-gesteuerte AOMs verwendet. 14 Figure 4 is a schematic representation of a laser system using extra cavity frequency controlled AOMs.
15 ist eine Kurve von Amplitude gegen Zeit, die
eine typische Spitzenenergiedrift zwischen Laserpulsen zeigt. 15 is a plot of amplitude versus time showing a typical peak-to-peak power between laser pulses.
16 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems
mit einer automatischen Strahlenergiesteuerung, die einen Extrakavitäten-Amplituden-
und/oder Frequenz-gesteuerten AOM verwendet. 16 Figure 4 is a schematic illustration of a laser system with automatic beam energy control using extra cavity amplitude and / or frequency controlled AOM.
17 ist eine Kurve von Amplitude gegen Zeit, die
durch automatische AOM-Energiesteuerung
erzielbare Amplitudenstabilität
zeigt. 17 is a graph of amplitude versus time showing amplitude stability achievable by AOM automatic energy control.
18 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das Extrakavitäten-AOMs
verwendet, um eine Strahlpositionierung zu bewirken. 18 Figure 4 is a schematic representation of a laser system that uses extra cavity AOMs to effect beam positioning.
19 ist eine schematische Darstellung, die einen
beispielhaften Ablenkungswinkelbereich eines AOM zeigt. 19 FIG. 12 is a schematic diagram showing an exemplary deflection angle range of an AOM. FIG.
20 ist eine schematische Darstellung, die ein
AOM-Abtastsystem zeigt, das AOMs in Serie verwendet, um Strahlenausrichtung
in zwei Achsen zu bewirken. 20 Figure 4 is a schematic diagram showing an AOM scanning system that uses AOMs in series to effect beam alignment in two axes.
20A liefert eine Kurve von Abtastwinkelbeugungsgrad
gegen Winkeländerung
gegenüber
einem speziellen Bragg-Winkel für
beispielhafte UV- und IR-Wellenlängen. 20A provides a curve of scan angle diffraction degree versus angle change versus a particular Bragg angle for exemplary UV and IR wavelengths.
20B ist eine schematische Darstellung, die ein
AOM-Abtastsystem zeigt, das AOMs in Serie verwendet, um den Strahlpositionierungsbereich
in einer gegebenen Achse zu vergrößern. 20B Figure 13 is a schematic diagram showing an AOM scanning system that uses AOMs in series to increase the beam positioning range in a given axis.
20C liefert eine Kurve von Abtastwinkelbeugungswirkungsgrad
gegen Winkeländerung,
die aus seriellen, die gleiche Achse modulierenden AOMs 60 resultiert,
bei beispielhaften UV- und IR-Wellenlängen. 20C provides a plot of scan angle diffraction efficiency versus angle change derived from serial, same axis modulating AOMs 60 results in exemplary UV and IR wavelengths.
21 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das Extrakavitäten-AOMs
und automatische Korrektursteuerung verwendet, um die Strahlpositionierung
zu beeinflussen. 21 Figure 4 is a schematic representation of a laser system using extra cavity AOMs and automatic correction control to affect beam positioning.
22 ist eine schematische Darstellung eines AOM,
der wenigstens zwei Wandler verwendet, um einen Strahl abzulenken,
der winkelig auf eine AOM-Eintrittsoberfläche umgebogen ist. 22 Figure 10 is a schematic representation of an AOM that uses at least two transducers to deflect a beam that is angled to an AOM entrance surface.
22A ist eine schematische Darstellung eines AOM,
der wenigstens zwei Wandler verwendet, um einen Strahl umzulenken,
der senkrecht zu der AOM-Eintrittsoberfläche ist. 22A Figure 3 is a schematic representation of an AOM that uses at least two transducers to deflect a beam that is perpendicular to the AOM entrance surface.
23A und 23B sind
schematische Darstellungen, die die Wirkungen von wenigstens zwei Wandlern
zeigen, die unterschiedliche Frequenzen an einem AOM entlang der
gleichen Achse propagieren. 23A and 23B Figure 12 are schematic diagrams showing the effects of at least two transducers propagating different frequencies on an AOM along the same axis.
23C ist eine schematische Darstellung, die die
Wirkungen von zwei Wandlern zeigt, die mit unterschiedlichen Winkeln
zueinander angeordnet sind, um den Strahlpositionierungsbereich
zu vergrößern. 23C Fig. 12 is a schematic diagram showing the effects of two transducers arranged at different angles to each other to increase the beam positioning area.
23D ist eine schematische Darstellung einer alternativen
Ausführungsform,
die die Wirkungen der Verwendung von zwei Wandlern zeigt, die mit
unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet sind, um den Strahlpositionierungsbereich
zu vergrößern. 23D Figure 4 is a schematic representation of an alternative embodiment showing the effects of using two transducers arranged at different angles to each other to increase the beam positioning range.
23E ist eine schematische Darstellung, die die
Vorteile der Verwendung mehrerer Wandler zeigt, die mit unterschiedlichen
Winkeln zueinander angeordnet sind, um den Strahlpositionierungsbereich
zu vergrößern. 23E Fig. 12 is a schematic diagram showing the advantages of using a plurality of transducers arranged at different angles to each other to increase the beam positioning range.
23F ist eine schematische Darstellung, die eine
Vergrößerung eines
Teils von 23E zeigt. 23F is a schematic representation showing an enlargement of a part of 23E shows.
23G ist eine schematische Darstellung einer alternativen
Ausführungsform,
die die Vorteile zeigt, wenn man mehrere Wandler hat, die mit unterschiedlichen
Winkeln zueinander angeordnet sind, um den Strahlpositionierungsbereich
zu vergrößern. 23G Figure 4 is a schematic representation of an alternative embodiment showing the advantages of having multiple transducers arranged at different angles to each other to increase the beam positioning range.
24 ist eine schematische Darstellung, die ein
AOM-Abtastsystem zeigt, das einen AOM mit wenigstens zwei Wandlern
verwendet. 24 Fig. 10 is a schematic diagram showing an AOM scanning system using an AOM with at least two transducers.
25 ist eine schematische Darstellung, die ein
AOM-Abtastsystem zeigt, das einen AOM mit wenigstens zwei Wandlern
und ein automatisches Steuersystem verwendet. 25 Fig. 10 is a schematic diagram showing an AOM scanning system using an AOM with at least two transducers and an automatic control system.
26 ist eine schematische Darstellung eines AOM,
der vier Wandler verwendet. 26 is a schematic representation of an AOM using four transducers.
27 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das einen Extrakavitäten-AOM
verwendet, um Laserpuls-Gating zu bewirken, und einen Extrakavitäten-AOM,
der mehrere Wandler verwendet, um eine Strahlpositionierung und
Amplitudenmodulation mit automatischer Steuerung zu bewirken. 27 Figure 4 is a schematic representation of a laser system using extra cavity AOM to effect laser pulse gating and extra cavity AOM using multiple transducers to effect beam positioning and amplitude modulation with automatic control.
28 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems,
das einen Extrakavitäten-AOM
verwendet, um Laserpuls-Gating zu bewirken, und einen Extrakavitäten-AOM,
der wenigstens zwei Wandler verwendet, um tertiäre Strahlpositionierung zusammen
mit einem Galvanometer zu bewirken. 28 Figure 4 is a schematic representation of a laser system using an extra cavity AOM to effect laser pulse gating and an extra cavity AOM using at least two transducers to effect tertiary beam positioning together with a galvanometer.
29 ist eine Darstellung eines beispielhaften Abtastfeldes
des Galvanometerabtastkopfes und eines AOM, wie sie zusammen für eine Laser-Trimm-Anwendung
verwendet werden können. 29 FIG. 10 is an illustration of an exemplary scan field of the galvanometer scan head and an AOM as may be used together for a laser trim application.
30 ist eine Darstellung eines beispielhaften Abtastfeldes
des Galvanometerabtastkopfes und eines AOM, wie sie zusammen verwendet
werden können
für eine
Schaltkreis (IC)-Paketbearbeitungsanwendung,
wie beispielsweise durch Bohren. 30 FIG. 12 is an illustration of an exemplary scan field of the galvanometer scan head and an AOM as may be used together for a circuit (IC) package processing application, such as by drilling.
31 ist eine Darstellung eines beispielhaften Abtastfeldes
des Galvanometerabtastkopfes und eines AOM, wie sie zusammen für eine Laserverbindungsdurchtrennungsanwendung
verwendet werden können. 31 FIG. 12 is an illustration of an exemplary sensing field of the galvanometer sensing head and an AOM as may be used together for a laser interconnection screening application.
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformendetailed
Description of preferred embodiments
6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Lasersystems 50, das einen Modulations-verstärkten AOM 60 als
eine Puls-Gating-Vorrichtung verwendet, wobei der AOM 60 eine
Lasereintritts- Oberfläche 52 und
eine Laseraustrittsoberfläche 54 aufweist.
Unter Bezugnahme auf 6 liefert ein Lasersystemsteuerungsgerät 62 Steuersignale
direkt oder indirekt an den Laser 64 und einen RF-Treiber 66,
der direkt oder indirekt die Leistung des AOM 60 wie später detaillierter
beschrieben steuert. Der Laser 64 emittiert einen Laserstrahl,
der entlang eines optischen Weges 72 propagiert wird, der
eine Anzahl optischer Bestandteile 74 enthalten kann, wie beispielsweise
Strahl-expandierende Optiken oder eine Anzahl von Drehspiegeln bzw.
Ablenkspiegel (nicht gezeigt), bevor der Laserstrahl in den AOM 60 eintritt,
der Strahlen nullter Ordnung 16 und Strahlen erster Ordnung 18 propagiert.
Der Laserstrahl ist bevorzugterweise ein Laserstrahl mit Q-Switch
geschalteter oder gepulster Laserstrahl für die meisten Anwendungen,
kann aber für
einige Anwendungen ein Dauer-(CW)-Strahl sein. 6 shows an embodiment of a laser system 50 that has a modulation-enhanced AOM 60 used as a pulse-gating device, the AOM 60 a laser entrance surface 52 and a laser exit surface 54 having. With reference to 6 supplies a laser system control device 62 Control signals directly or indirectly to the laser 64 and an RF driver 66 that directly or indirectly affects the performance of the AOM 60 as described in more detail later controls. The laser 64 emits a laser beam along an optical path 72 which is a number of optical components 74 may include, for example, beam-expanding optics or a number of rotating mirrors (not shown) before the laser beam enters the AOM 60 enters, the zero-order beams 16 and first-order beams 18 propagated. The laser beam is preferably a laser beam with Q-switched or pulsed laser beam for most applications, but may be a continuous (CW) beam for some applications.
Typischerweise
wird entweder der Strahl nullter Ordnung 16 oder der Strahl
erster Ordnung 18 nachfolgend durch einen oder mehrere
Dreh- bzw. Ablenkspiegel 76 und eine Vielzahl von optionalen
Strahlpositionierungsbestandteilen (nicht gezeigt) durch eine Fokussierungslinse 78 gelenkt,
um auf einer oder mehreren Zielpositionen auf einem Werkstück 80 aufzutreffen.
Entweder der Strahl nullter Ordnung 16 oder der Strahl erster
Ordnung 18 (oder Strahl höherer Ordnung) kann als ein
Arbeitsstrahl 90 verwendet werden, der entlang eines Arbeitsstrahlenganges 72a propagiert,
um auf das Werkstück 80 aufzutreffen,
das durch eine Spannvorrichtung 88 oder eine andere Art
von Positionierungssystemplattform getragen wird. Der jeweils andere
Strahl erster Ordnung oder nullter Ordnung ist ein Nicht-Arbeitsstrahl 92,
der entlang einem Nicht-Arbeitsstrahlengang 72b zu einer
Strahlsenke 94, wie beispielsweise einem sättigbaren
Absorber geleitet werden kann. Da es bevorzugt ist, für viele
Ausführungsformen
den Strahl erster Ordnung 18 als den Arbeitsstrahl 90 zu
verwenden, werden die Figuren im Allgemeinen diese Anordnung darstellen.Typically, either the zero order beam 16 or the first order beam 18 subsequently by one or more turning or deflection mirrors 76 and a plurality of optional beam positioning components (not shown) through a focusing lens 78 steered to one or more target positions on a workpiece 80 impinge. Either the zero order beam 16 or the first order beam 18 (or higher-order beam) can be considered a working beam 90 can be used, along a working beam path 72a propagated to the workpiece 80 due to a tensioning device 88 or another type of positioning system platform is worn. The other first order or zero order beam is a non-working beam 92 moving along a non-working beam 72b to a jet sink 94 , such as a saturable absorber can be passed. Because it is preferred, for many embodiments, the first order beam 18 as the working beam 90 to use, the figures will generally represent this arrangement.
Fachleute
werden jedoch anerkennen, dass eine reverse Logik und erneutes Positionieren
des Arbeitsstrahlenganges 72a in Verbindung mit einem jeglichen
hierin diskutierten AOM 60 ohne unangemessenes Experimentieren
implementiert werden kann, um Ausführungsformen mit Anordnungen
zu verwenden, wo der Strahl nullter Ordnung 16 als der
Arbeitsstrahl 90 verwendet wird. Bei derartigen Ausführungsformen
kann der AOM 60 verwendet werden, um zu verhindern, dass
mehr als etwa 15 % der Laserpulsenergie entlang dem Strahlengang
propagieren, der auf das Werkstück 80 trifft,
und man erlaubt, bevorzugterweise, dass weniger als oder etwa gleich
10 % der Laserpulsenergie entlang dem Strahlengang propagieren,
der auf das Werkstück 80 auftrifft,
wann immer kein Arbeitsstrahl erwünscht ist. Weiterhin erlauben
derartige Anordnungen von AOM 60, dass der AOM mehr als
etwa 75 % der Laserpulsenergie entlang dem Strahlengang propagieren,
der auf das Werkstück 80 auftrifft,
wann immer derartige Laserpulsenergie erwünscht ist, und es kann bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen
mehr als etwa 90 % oder sogar bis zu etwa 100 % der Laserenergie
entlang dem Strahlengang 80 propagiert werden, der auf
das Werkstück 80 auftrifft,
wann immer eine derartige Laserpulsenergie erwünscht ist.However, those skilled in the art will recognize that reverse logic and repositioning of the Ar beitsstrahlenganges 72a in conjunction with any AOM discussed herein 60 can be implemented without undue experimentation to use embodiments with arrangements where the zero-order beam 16 as the working beam 90 is used. In such embodiments, the AOM 60 be used to prevent propagate more than about 15% of the laser pulse energy along the beam path, which on the workpiece 80 preferably, and less than or equal to about 10% of the laser pulse energy is propagated along the beam path that is incident on the workpiece 80 impinges whenever no working beam is desired. Furthermore, such arrangements allow for AOM 60 in that the AOM propagate more than about 75% of the laser pulse energy along the beam path incident on the workpiece 80 whenever such laser pulse energy is desired, and in some preferred embodiments, it may be greater than about 90% or even as high as about 100% of the laser energy along the optical path 80 be propagated on the workpiece 80 impinges whenever such laser pulse energy is desired.
Bezüglich des
Modulations-verstärkten
AOM 60 erlaubt die direkt digitale Synthese (oder eine
andere Hochgeschwindigkeits-Signalmodulationstechnik) des AOM-Treibersignals
das Betätigen
des AOM 60, um die Radiofrequenz und Amplitude des RF-Antriebssignals
mit sehr hohen Geschwindigkeiten (wie beispielsweise bis zu oder
mehr als 10 Mhz seriell und 100 Mhz parallel) mit ausgezeichneter
Präzision
und Stabilität
anzuregen und zu modulieren. Derartige Modulationstechniken können verwendet
werden, um eine vollständige Auslöschung von
dem AOM 60 zu erhalten, um vollständig zu verhindern, dass Laserenergie
den Arbeitsstrahlengang 72a zu dem Arbeitsstück 80 hinunterwandert,
um zu einer unerwünschten
Zeit oder an einer unerwünschten
Stelle aufzutreffen. Dies Techniken können zusätzlich verwendet werden zu
herkömmlicher AOM-Modulation,
wie beispielsweise das Einstellen der Amplitude des AOM-RF-Signals
auf ein niedriges Niveau oder einen „OFF"-Zustand.Regarding the modulation-amplified AOM 60 The direct digital synthesis (or other high-speed signal modulation technique) of the AOM drive signal allows the AOM to be actuated 60 to excite and modulate the radio frequency and amplitude of the RF drive signal at very high speeds (such as up to or more than 10 Mhz serial and 100 Mhz parallel) with excellent precision and stability. Such modulation techniques can be used to completely erase the AOM 60 to obtain, to completely prevent laser energy from the working beam path 72a to the work piece 80 migrates down to strike at an undesirable time or location. These techniques may additionally be used for conventional AOM modulation, such as setting the amplitude of the AOM RF signal to a low level or an "OFF" state.
7-9 zeigen
Steuerungsdiagramme, die beispielhafte Techniken für die Modulation
der Radiofrequenz des AOM 60 mit einem Frequenzbereich
größer als
der Frequenzbereich, bei dem der AOM 60 eine Schallwelle
aufbauen kann, um mit Licht in Wechselwirkung zu treten, das durch
den AOM 60 hindurchtritt. 7 ist
ein Steuerdiagramm, das beispielhafte Hochfrequenzbereich-Frequenz-verschiebende
Wellenformen zeigt, die durch einen AOM-Wandler 70 exprimiert
werden (11), um eine vollständige Auslöschung von
dem AOM 60 zu erreichen. 8 ist
eine Steuerflusstabelle, die Ereignisse und Konsequenzen im Zusammenhang
mit der Verwendung von Frequenzbereich-Frequenzverschiebung zeigt,
um eine vollständige
Auslöschung
von dem AOM 60 zu erreichen. 7 - 9 show timing diagrams illustrating exemplary techniques for modulating the radio frequency of the AOM 60 with a frequency range greater than the frequency range at which the AOM 60 can build a sound wave to interact with light through the AOM 60 passes. 7 Figure 4 is a control diagram showing exemplary high frequency range frequency shifting waveforms generated by an AOM converter 70 are expressed ( 11 ) to completely erase the AOM 60 to reach. 8th FIG. 11 is a control flow chart showing events and consequences associated with the use of frequency domain frequency shifting to completely erase the AOM 60 to reach.
Unter
Bezugnahme auf 6, 7 und 8 wird
in einer beispielhaften Ausführungsform
das RF-Signal der an den AOM 60 geschickten RF-Energie
mit einer höheren
Geschwindigkeit in den „OFF"-Zustand moduliert
als der Frequenzbereich des AOM 60. Bei einigen Ausfüh rungsformen
kann der Frequenzbereich bzw. die Bandbreite des AOM 60 durch
eine Funktion der Zeit definiert werden, die eine Schallwelle benötigt, um über die
Einschnürung
bzw. waist eines Laserstrahls zu wandern, der entlang dem optischen
Weg 72 wandert. Der Frequenzbereich wird, deshalb, vom
Durchmesser des Laserstrahls und der Geschwindigkeit des Schalls
im Medium des AOM 60 beeinflusst. Indem der Durchmesser
des Laserstrahls durch die Schallgeschwindigkeit in dem Material
des AOM 60 geteilt wird, kann man die Durchgangszeit des
Schalls über
den Laserstrahl erhalten. Das Umwandeln der Durchgangszeit in die
Frequenz (1/Durchgangszeit) kann die maximale Bandbreite des AOM 60 bezüglich derartiger
Ausführungsformen
liefern.With reference to 6 . 7 and 8th In an exemplary embodiment, the RF signal is sent to the AOM 60 skillful RF energy at a higher speed modulated in the "OFF" state than the frequency range of the AOM 60 , In some embodiments, the frequency range or bandwidth of the AOM 60 be defined by a function of the time it takes for a sound wave to travel across the waist of a laser beam traveling along the optical path 72 emigrated. The frequency range is, therefore, the diameter of the laser beam and the speed of sound in the medium of the AOM 60 affected. By the diameter of the laser beam by the speed of sound in the material of the AOM 60 is divided, you can get the passage time of the sound through the laser beam. Converting the transit time to the frequency (1 / pass time) can be the maximum bandwidth of the AOM 60 with respect to such embodiments.
Das
Modulieren der Radiofrequenz des RF-Signals bei einem höheren Frequenzbereich
als jenem, den der AOM 60 aufnehmen kann, kann verhindern,
dass sich eine Schallwelle in dem AOM 60 ausbildet und dadurch
die Beugung des entlang des optischen Weges 72 wandernden
Laserstrahls verhindern. Die optische Beugung des Lichts, das durch
den AOM 60 hindurchgeht, kann verhindert werden, solange
sich die Radiofrequenz mit einer größeren Geschwindigkeit ändert als
der Frequenzbereich des AOM 60. In Fällen, wo der Arbeitsstrahlengang
um eine Größenordnung
größer ist
als die nullte Ordnung, wird die Lichtenergie nicht zu höheren Ordnungen
transferiert werden.Modulating the radio frequency of the RF signal at a higher frequency range than that of the AOM 60 can absorb, can prevent a sound wave in the AOM 60 forms and thereby diffracting along the optical path 72 prevent moving laser beam. The optical diffraction of light by the AOM 60 can be prevented, as long as the radio frequency changes at a higher speed than the frequency range of the AOM 60 , In cases where the beam path is an order of magnitude greater than the zeroth order, the light energy will not be transferred to higher orders.
In 7 ist,
im „ON"-Zustand, die RF-Signalfrequenz
so eingestellt, dass sie den erwünschten
Beugungswinkel für
den gebeugten Strahlengang 72a erreicht, der zum Werkstück 80 geht,
und die RF-Signalamplitude ist so eingestellt, dass sie das erwünschte Energieniveau
an dem Arbeitsstück 80 erreicht,
um eine Bearbeitungsanwendung wie beispielsweise ein Durchtrennen
einer Verbindung oder Bohren eines kleinen Loches zu erreichen.
In 7 wird, im „OFF"-Zustand, die RF-Signalfrequenz
mit einer hohen Geschwindigkeit geändert, während auch die RF-Signalamplitude
minimiert wird, d. h. sie ausgeschaltet wird oder auf ein niedriges
Vorleistungsniveau geschaltet wird, um zu gewährleisten, dass keine gebeugte
Energie am Werkstück 80 vorhanden
ist. 8 ist eine Steuerungsflusstabelle, die die Folgen
der in 7 gezeigten Wellenformen erklärt. Unter
erneuter Bezugnahme auf die in 6 gezeigte
Konfiguration, wo der Strahlengang an das Werkstück 80 der gebeugte
Strahl 72a ist und die Strahlsenke 94 einen übertragenen
Strahl nullter Ordnung 72b aufnimmt, wird die Laserenergie
vollständig
während
einer derartigen Frequenzmodulation mit höherem bzw. größe rem Frequenzbereich übertragen
werden und somit vollständig
zu dem Werkstück 80 ausgelöscht (100
%) sein.In 7 is in the "ON" state, the RF signal frequency adjusted to give the desired diffraction angle for the diffracted beam path 72a reached, to the workpiece 80 goes, and the RF signal amplitude is set to be the desired energy level at the workpiece 80 achieved to achieve a machining application such as cutting a connection or drilling a small hole. In 7 In the "OFF" state, the RF signal frequency is changed at a high speed while also minimizing the RF signal amplitude, ie turning it off or switching it to a low power level to ensure that no diffracted energy is present on the workpiece 80 is available. 8th is a control flow table that captures the consequences of in 7 shown waves forms explained. Referring again to the in 6 shown configuration where the beam path to the workpiece 80 the diffracted beam 72a is and the beam sink 94 a transmitted zero-order beam 72b absorbs the laser energy is completely transferred during such a frequency modulation with a higher or greater magnitude frequency range and thus completely to the workpiece 80 be extinguished (100%).
6 stellt
auch eine Technik dar, das RF-Signal in dem „OFF"-Zustand auf einen Gleichstrom oder ein
sehr niedrigfrequentes Signalniveau (oder minimales Amplitudenniveau)
verglichen mit dem RF-Signal einzustellen, bei dem die erwünschte Beugung
erfolgt. Derartige niederfrequente Signale oder DC-RF-Signale werden
nicht zur Folge haben, dass ein Strahl zu dem optischen Weg 72a zu
dem Werkstück 80 gebeugt
wird. Die Modulation des RF-Signals auf ein Niveau, das vom Wert
her ein Gleichstrom ist oder klein genug ist, um keinen Beugungswinkel
zu erzeugen, verhindert, dass sich eine Welle innerhalb des AOM 60 ausbildet.
Die Modulation des RF-Signals auf einen minimalen Beugungswinkel
verwendet ein derartiges kleines RF-Signal, dass der gebeugte Strahl
tatsächlich
kollinear mit dem an die Strahlensenke 94 übertragenen
Strahl sein wird. In dem Fall, dass eine Nullfrequenz an dem AOM 60 eingestellt
ist, wird kein Beugungsgitter in dem AOM 60 vorhanden sein
und 100 % des Lichtes werden zu der Strahlensenke 94 übertragen
werden. Im „ON"-Zustand ist das
RF-Signal so eingestellt, dass der erwünschte Beugungswinkel (F1)
für den
optischen Weg, der zum Werkstück 80 geht,
erreicht wird, und die RF-Signalamplitude ist so eingestellt, dass
sie das erwünschte
Energieniveau zum Bearbeiten an dem Werkstück 80 erreicht. 6 Also, a technique is to set the RF signal in the "OFF" state to a DC or a very low frequency signal level (or minimum amplitude level) compared to the RF signal at which the desired diffraction occurs, such low frequency signals or DC RF signals will not cause a beam to the optical path 72a to the workpiece 80 is bent. The modulation of the RF signal to a level that is DC in value or small enough to produce no diffraction angle prevents a wave within the AOM 60 formed. The modulation of the RF signal to a minimum diffraction angle uses such a small RF signal that the diffracted beam is actually collinear with that at the beam sink 94 will be transmitted beam. In the case of a zero frequency at the AOM 60 is set, no diffraction grating will be in the AOM 60 be present and 100% of the light become the beam sink 94 be transmitted. In the "ON" state, the RF signal is set so that the desired diffraction angle (F1) for the optical path leading to the workpiece 80 is reached, and the RF signal amplitude is set to be the desired energy level for machining on the workpiece 80 reached.
Eine
Quelle eines Frequenzsignals, das in der Lage ist, Frequenzmodulation
zu implementieren, um ein hochfrequentes RF-Signal zu einem Niedrigfrequenz-
oder Gleichstrom-Niveau abzubauen, ist ein digitaler Frequenzsynthesizer,
der einen Digital-Analog (D/A)-Wandler antreibt. Der A/D-Wandlerausgang
und der verbundene Signalkonditionierungsschaltungsaufbau legen
das Frequenzsignal an den RF-Leistungstreiber an, um eine Übertragungsleitung
mit gesteuerter Impedanz (typischerweise 50 Ohm) anzuregen. Ein
Beispiel für eine
kommerziell verfügbare
Frequenzsignalquelle ist ein direkter digitaler Synthesizer (DDS)
Modell AD 9852 ASQ, der von Analog Devices, Inc., Norwood, MA, hergestellt
wird. Das Modell AD 9852 ASQ ist mit internen Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandlern
verbunden und weist eine Ausgangsupdategeschwindigkeit von 300 Megaproben
in jeder Sekunde auf. Updates mit 100 MHz können erreicht werden, indem
der AD 9852 ASQ DDS durch eine parallele digitale Schnittstelle
gesteuert wird, die eine Frequenzauflösung von 48 Bit, eine Phasenverschiebungsauflösung von
14 Bit und eine Amplitudensteuerung von 12 Bit aufweist. Die Ausgabe
des Modells AD 9852 ASQ kann auf irgendeine von einer Anzahl von
kommerziell verfügba ren
integrierten RF-Treibermodulen angelegt werden, wie beispielsweise
jene, die von Motorola, Inc., und anderen Herstellerfirmen für integrierte
Schaltkreisvorrichtungen hergestellt werden, um den AOM-Wandler 70 anzutreiben.One source of a frequency signal capable of implementing frequency modulation to attenuate a high frequency RF signal to a low frequency or DC level is a digital frequency synthesizer that drives a digital to analog (D / A) converter. The A / D converter output and the connected signal conditioning circuitry assemble the frequency signal to the RF power driver to excite a controlled impedance (typically 50 ohm) transmission line. An example of a commercially available frequency signal source is a Model AD 9852 ASQ Direct Digital Synthesizer (DDS) manufactured by Analog Devices, Inc., Norwood, MA. The AD 9852 ASQ is connected to high-speed internal D / A converters and has an output update rate of 300 megaprobes every second. 100 MHz updates can be achieved by controlling the AD 9852 ASQ DDS through a parallel digital interface having a frequency resolution of 48 bits, a phase shift resolution of 14 bits, and an amplitude control of 12 bits. The model AD 9852 ASQ output may be applied to any of a number of commercially available RF driver integrated modules, such as those manufactured by Motorola, Inc. and other integrated circuit device manufacturers, to the AOM converter 70 drive.
Eine
größere Flexibilität bei der
Frequenzsignal- und Ausgangssteuerung kann erreicht werden, indem ein
digitaler Signalprozessor (DSP), wie beispielsweise ein Modell TigerSHARC®,
hergestellt von Analog Devices, Inc., mit einem Feld-programmierbaren
Gatterfeld (FPGA), wie beispielsweise ein Modell Virtex-II, hergestellt
von Xilinx, Inc., San Jose, CA, kombiniert und der integrierte DDS
mit diesen abgeglichen wird.Greater flexibility in the Frequenzsignal- and output control can be achieved by a digital signal processor (DSP), such as a model TigerSHARC ®, manufactured by Analog Devices, Inc., with a field-programmable gate array (FPGA), such as a Model Virtex-II, manufactured by Xilinx, Inc. of San Jose, CA, and the integrated DDS is aligned with them.
Ein
schnelles Schalten vom „ON"-Zustand zum „OFF"-Zustand kann erreicht
werden, indem der RF-Treiber 66 so konfiguriert ist, dass
er einen Operationsverstärker
mit großem
Frequenzbereich mit einem Verstärker
k aufweist, der den D/A-Wandlerausgang aufnimmt und einen Induktor
L antreibt. Die Auswahl des Wertes von L, um die Resonanz bei der
Betriebs-RF-Frequenz
in dem „ON"-Zustand einzustellen,
liefert eine hohe Spannung am Eingang des AOM-Wandlers 70 ohne
merklichen Stromverbrauch durch den Operationsverstärker. (Die
Resonanzschaltung umfasst die ohmschen Verluste des Induktors L
und des AOM-Wandlers 70 und die Kapazität des AOM-Wandlers 70).
Die Resonanz bedingt ein transientes Nachschwingen und verlangsamt
dadurch das Umschalten vom „ON"-Zustand in den „OFF"-Zustand.Fast switching from the "ON" state to the "OFF" state can be accomplished by the RF driver 66 is configured to have a wide frequency operational amplifier with an amplifier k receiving the D / A converter output and driving an inductor L. Selecting the value of L to set the resonance at the operating RF frequency in the "ON" state provides a high voltage at the input of the AOM converter 70 without appreciable power consumption by the operational amplifier. (The resonant circuit includes the resistive losses of the inductor L and the AOM converter 70 and the capacity of the AOM converter 70 ). The resonance causes a transient ringing and thereby slows the switching from the "ON" state to the "OFF" state.
Der
DDS kann zusammen mit dem DSP und FPGA verwendet werden, um die Übertragungsfunktion von
dem D/A-Wandler zu der Spannung am Eingang des AOM-Wandlers 70 zu
messen. Die Bestimmung der Übertragungsfunktion
kann vorgenommen werden durch Impulsantwort, swept-sine Bode-Auftragung
oder Messung des Verhältnisses
von Eingang/Ausgang des weißen
Rauschens, unter Verwendung eines D/A-Wandlers für die Eingangsspannung des
AOM-Wandlers 70 und indem sie zu der DSP/FPGA-Schaltung geleitet
wird. Nach Abschluss der Messung wird ein digitaler biquadratischer
Filter, der passt, um die gemessene Frequenzantwort des analogen
Schaltkreises zu invertieren, so in einen FPGA als ein System-umkehrender
Kerbfilter konfiguriert, um eine flache Übertragungsfunktion zu ergeben,
die den analogen Treiberschaltkreis kennzeichnet.The DDS can be used with the DSP and FPGA to control the transfer function from the D / A converter to the voltage at the input of the AOM converter 70 to eat. The determination of the transfer function can be made by impulse response, swept-sine Bode plotting, or white noise input / output ratio measurement using a D / A converter for the input voltage of the AOM converter 70 and passing it to the DSP / FPGA circuit. Upon completion of the measurement, a digital biquadratic filter, which fits to invert the measured frequency response of the analog circuit, is configured into an FPGA as a system inverting notch filter to yield a shallow transfer function characterizing the analog driver circuit.
Gemäß der Theorie
linearer Systeme zeigt die Kombination aus dem FPGA-biquadratischen
Filter, dem D/A-Wandlereingang und dem analogen Treiberschaltkreis
eine flache Transferfunktion, was ein sofortiges Umschalten zwischen
null Gleichstrom oder dem RF-„OFF"-Zustand und dem RF-„ON"-Zustand erlaubt. Um sofort die RF einzuschalten,
bedarf es der Abgabe einer großen
Energiemenge, um sie zu starten, und das Abziehen einer großen Menge
an Energie, um es anzuhalten. Dies kann die Strom-/Spannungs-/Anstiegsratenfähigkeit
des Operationsverstärkers
bei der erwünschten
Bandbreite sättigen.According to the theory of linear systems, the combination of the FPGA biquadratic filter, the D / A converter input and the analog driver circuit have a flat transfer function, allowing instantaneous switching between zero DC or the RF "OFF" state and the RF "ON" state. To turn on the RF immediately requires the release of a large amount of energy to start it, and the removal of a large amount of energy to stop it. This can saturate the current / voltage / slew rate capability of the operational amplifier at the desired bandwidth.
Um
die Ansteuerung nützlich
zu machen, kann ein Hochfahren oder Herunterfahren des RF-Signals erwünscht sein.
Diese Funktionen könnten
leicht in DSP/FPGA implementiert werden, indem die Sinuswelle mit
k_ramp*t für das Hochfahren und (1-k_ramp*t) für
das Herunterfahren vervielfältigt
wird. Der k_ramp-Parameter würde
an die linearen Betriebsgrenzen des Operationsverstärkerstroms,
der Spannung und der Anstiegsratenausgaben konstituiert werden und
würde auf
einer konstitutions-spezifischen Basis ausgewählt und, nicht auf Bestandteilvariationen
eingestellt werden. Während
das Hochfahren/Herunterfahren Zeit benötigt, wird man erwarten, dass
diese Zeit signifikant kürzer
sein würde
als die Zeit, die erforderlich ist, um den Übergang natürlich abklingen zu lassen.To make the drive useful, ramping up or shutting down the RF signal may be desired. These functions could easily be implemented in DSP / FPGA by multiplying the sine wave with k_ramp * t for startup and (1-k_ramp * t) for shutdown. The k_ramp parameter would be constituted at the linear operational limits of the operational amplifier current, voltage and slew rate outputs, and would be selected on a constitutionally-specific basis rather than being set to constituent variations. While startup / shutdown takes time, it would be expected that this time would be significantly shorter than the time required to naturally decay the transition.
Die
Ausgabe der DDS-Schalttafel kann dann in ein RF-Leistungsmodul gegeben
werden, das dann in die 50-Ohm Übertragungsleitung
an den AOM-Wandler 70 gekoppelt wird.The output of the DDS panel may then be placed in an RF power module, which is then transferred to the 50 ohms transmission line to the AOM converter 70 is coupled.
9 stellt
eine alternative, aber ähnliche
Technik dar, um die Radiofrequenz bei einer höheren Geschwindigkeit als der
AOM-Bandbreite zu modulieren, indem weißes Rauschen in das RF-Signal
injiziert wird. Indem Mehrfrequenzbestandteile bei einem großen Bandbreitenspektrum
im Signal vorhanden sind, wird der AOM keine Schallwelle aufweisen,
die ein Beugungsgitter in dem AOM-Medium aufsetzen kann. Unter erneuter
Bezugnahme auf 6 wird das weiße Rauschen
im „OFF"-Zustand zu dem AOM 60 geschickt,
was bedingt, dass der Strahl vollständig zu der Strahlsenke 94 übertragen
wird. Im „ON"-Zustand ist die
Radiofrequenz so eingestellt, dass der erwünschte Beugungswinkel für den optischen
Weg 72a erreicht wird, der zum Werkstück 80 geht, und die
RF-Signalamplitude ist so eingestellt, dass das erwünschte Energieniveau
an dem Werkstück 80 für die Bearbeitung
erreicht wird. Das Einführen
von weißem
Rauschen mit einer Radiofrequenz, die höher ist als die Vorberei tungszeit
für die
Schallwelle innerhalb der AOM-Vorrichtung, wird auch Ergebnisse ergeben,
wie beschrieben. 9 Figure 4 illustrates an alternative but similar technique to modulate the radio frequency at a higher speed than the AOM bandwidth by injecting white noise into the RF signal. By having multi-frequency components in the signal with a large bandwidth spectrum, the AOM will not have a sound wave that can put on a diffraction grating in the AOM medium. Referring again to 6 The white noise in the "OFF" state becomes the AOM 60 sent, which requires that the beam completely to the beam sink 94 is transmitted. In the "ON" state, the radio frequency is set so that the desired diffraction angle for the optical path 72a is reached, to the workpiece 80 goes, and the RF signal amplitude is set to the desired energy level on the workpiece 80 for processing is achieved. The introduction of white noise with a radio frequency higher than the preparation time for the sound wave within the AOM device will also give results as described.
Fachleute
werden anerkennen, dass die bezüglich 7-9 diskutierten
Techniken implementiert werden können
unter Verwendung von Frequenzen, die geringe oder effektiv null
Wirksamkeiten bezüglich
der Bragg-Gleichung aufweisen. Um eine vollständige Auslöschung zu erreichen, kann das
an dem Wandler 70 angelegte RF-Signal einfach auf eine
der Frequenzen eingestellt werden, die einen Bragg-Wirkungsgrad
von effektiv null liefern, und die Amplitude kann optional auf null
oder einen Basislinienwert, wenn erwünscht, eingestellt werden.
Alternativ kann Frequenzspringen und andere Techniken Frequenzen
verwenden oder darauf beschränkt
sein, die einen Bragg-Wirkungsgrad von effektiv null liefern.Experts will recognize that the re 7 - 9 can be implemented using frequencies that have low or effectively zero efficiencies with respect to the Bragg equation. To achieve complete extinction, this can be done on the transducer 70 For example, applied RF signals may simply be set to one of the frequencies that provide Bragg efficiency of effectively zero, and the amplitude may optionally be set to zero or a baseline value if desired. Alternatively, frequency hopping and other techniques may use or be limited to frequencies that provide Bragg efficiency of effectively zero.
10 zeigt eine Konfiguration eines Lasersystems 50a,
das ähnlich
dem Lasersystem 50 ist, aber zwei oder mehrere Strahlensenken 94a und 94b verwendet.
Während
die Strahlensenke 94a entlang dem optischen Weg 72b des übertragenen
Strahls angeordnet ist, ist die Strahlensenke 94b entlang
einem optischen Weg 72c durch ein Radiofrequenzsignal (F2) angeordnet, das einen Beugungswinkel (F2) erzeugt, der nicht zu dem Werkstück 80 führt. Im „ON"-Zustand ist das RF-Signal so eingestellt,
dass es den erwünschten
Brechungswinkel (F1) für den optischen Weg, der zum
Werkstück 80 führt, erreicht
und die RF-Signalamplitude ist so eingestellt, dass sie das erwünschte Energieniveau
an dem Werkstück 80 für die Bearbeitung
erreicht. Im „OFF"-Zustand ist das
RF-Signal auf die Frequenz F2 und eine minimale
Amplitude eingestellt, was einen Beugungswinkel erzeugen wird, der
bedingt, dass der Strahl zu der zweiten Strahlensenke 94b gebeugt
wird. Die Gesamtlaserenergie in diesem „OFF"-Fall wird zwischen dem übertragenen
Strahl und dem F2-gebeugten Strahl geteilt
werden, was den optischen Weg 72a zum Werkstück 80 frei
von Laserenergie belassen wird. 10 shows a configuration of a laser system 50a that is similar to the laser system 50 is, but two or more radiation sinks 94a and 94b used. While the beam sinks 94a along the optical path 72b of the transmitted beam is the beam sink 94b along an optical path 72c by a radio frequency signal arranged (F 2) that generates a diffraction angle (F 2) which is not to the workpiece 80 leads. In the "ON" state, the RF signal is set to provide the desired refractive angle (F 1 ) for the optical path to the workpiece 80 leads, and the RF signal amplitude is adjusted to the desired energy level on the workpiece 80 achieved for processing. In the "OFF" state, the RF signal is set to the frequency F 2 and a minimum amplitude, which will produce a diffraction angle that causes the beam to the second beam sink 94b is bent. The total laser energy in this "OFF" case will be shared between the transmitted beam and the F 2 -bent beam, which is the optical path 72a to the workpiece 80 is left free of laser energy.
11 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm
einer beispielhaften Ausführungsform
eines AOM-Steuersystems 100, das das Systemsteuergerät 62 verwendet,
um einen Steuerschalter 102 zu steuern, um Strom, der an
den RF-Verstärker 68 oder
den AOM-Wandler 70 und/oder
einen Steuerschalter 104 abgegeben wird, zu isolieren,
um das Frequenzsignal von dem RF-Treiber 66 an den RF-Verstärker 68 oder
den AOM-Wandler 70 abzutrennen. Beispielhafte Ausführungsformen
der Steuerschalter 102 und 104 weisen eine schnelle
Schalt- und eine schnelle Einschwingzeit auf, bevorzugterweise größer als
die Wie derholungsfrequenz des Lasers 64, um die Bandbreite
der Laserbearbeitungsanwendungen zu erlauben. Die Steuerschalter 102 und 104 können mechanische
oder Festphasenrelays oder eine andere Art von Vorrichtung sein,
die das RF-Signal oder die Leistung an den RF-Verstärker 68 oder den AOM-Wandler 70 blockiert.
Im „ON"-Zustand erlaubt
man, dass die Gleichstrom-Leistung und die RF- und Amplitudensignale
an den RF-Verstärker 68 und durch
den AOM 60 gehen. Im „OFF"-Zustand ist die
Gleichstrom-Leistung oder die RF- und Amplitudensignale von dem
AOM 60 mittels der Steuerschalter 102 und 104 getrennt. 11 shows a simplified schematic diagram of an exemplary embodiment of an AOM control system 100 that is the system controller 62 used a control switch 102 to control power to the RF amplifier 68 or the AOM converter 70 and / or a control switch 104 is emitted to isolate the frequency signal from the RF driver 66 to the RF amplifier 68 or the AOM converter 70 separate. Exemplary embodiments of the control switches 102 and 104 have a fast switching and a fast settling time, preferably greater than the repetition frequency of the laser 64 to allow the bandwidth of laser processing applications. The control switches 102 and 104 may be mechanical or solid state relays or some other type of device that transmits the RF signal or power to the RF amplifier 68 or the AOM converter 70 blocked. In the "ON" state, one allows the DC power and the RF and amplitude signals to the RF amplifier 68 and through the AOM 60 walk. In the "OFF" state, the DC power or the RF and amplitude signals are from the AOM 60 by means of the control switch 102 and 104 separated.
12 zeigt eine beispielhafte vereinfachte schematische
Konfiguration eines Lasersystems 50b, der die zuvor erwähnten AOM-Modulationstechniken
verwendet, um einen AOM 60a als einen Q-Switch innerhalb eines
Lasers 64a zu verwenden. Obwohl eine übliche Stromversorgung 110 verwendet
werden kann, um eine Pumpquelle 112 und einen RF-Signaltreiber 66a anzutreiben,
wird das RF-Treibersignal erzeugt und zu dem Q-Switch AOM 60a in
sehr ähnlicher
Weise geschickt, wie die AOM-Modulationssteuerung zuvor beschrieben ist.
In 12 ist jedoch AOM 60a so gezeigt, dass
er Laserlicht entlang einem optischen Arbeitsstrahlweg 72c überträgt, wann
immer sich AOM 60a in einem „OFF"-Zustand befindet, und Licht entlang
einem optischen Nichtarbeitsstrahlweg 72d an eine Strahlensenke 94c beugt,
wann immer sich AOM 60a in einem „ON"-Zustand befindet. 12 shows an exemplary simplified schematic configuration of a laser system 50b using the aforementioned AOM modulation techniques to obtain an AOM 60a as a Q-switch within a laser 64a to use. Although a standard power supply 110 Can be used to pump a source 112 and an RF signal driver 66a to drive, the RF driver signal is generated and sent to the Q-switch AOM 60a in much the same way as the AOM modulation control is described above. In 12 is however AOM 60a shown to be laser light along an optical working beam path 72c transmits whenever AOM 60a is in an "OFF" state and light along a non-working optical beam path 72d to a radiation sink 94c bows whenever AOM 60a is in an "ON" state.
Fachleute
werden anerkennen, dass der AOM 60a angepasst und ausgerichtet
sein könnte,
um in der umgekehrten Konfiguration zu arbeiten, indem das Laserlicht
auf den Arbeitsstrahlengang gebeugt wird, wenn er sich im „ON"-Zustand befindet.
Unabhängig
von der Konfiguration können
die zuvor diskutierten AOM-Modulationstechniken verwendet werden,
um eine vollständige
Auslöschung
zu erreichen, wann immer Laserenergie am Werkstück 80 nicht erwünscht ist,
mit oder ohne die Verwendung eines externen AOM 60.Professionals will recognize that the AOM 60a matched and aligned to operate in the reverse configuration by diffracting the laser light onto the working beam path when in the "ON" state. Regardless of the configuration, the previously discussed AOM modulation techniques can be used to provide a to achieve complete extinction whenever laser energy on the workpiece 80 not desired, with or without the use of an external AOM 60 ,
13 zeigt eine beispielhafte vereinfachte schematische
Konfiguration eines Lasersystems 50c, das die zuvor erwähnten AOM-Modulationstechniken
verwendet, um den AOM 60 außerhalb des Lasers 64a und den
AOM 60a (nicht gezeigt) innerhalb des Lasers 64a zu
verwenden, um eine vollständige
Auslöschung
zu erreichen. Fachleute werden anerkennen, dass die AOMs 60 und 60a durch
die gleichen oder verschiedene RF-Treiber 66b gesteuert
werden können. 13 shows an exemplary simplified schematic configuration of a laser system 50c using the aforementioned AOM modulation techniques to the AOM 60 outside the laser 64a and the AOM 60a (not shown) within the laser 64a to use for complete erasure. Professionals will recognize that the AOMs 60 and 60a through the same or different RF drivers 66b can be controlled.
14 zeigt eine beispielhafte vereinfachte schematische
Konfiguration eines Lasersystems 50d, das die zuvor erwähnten AOM-Modulationstechniken
verwendet, um zwei oder mehrere AOMs 601 und 602 in Serie außerhalb des Lasers 64 zu
verwenden, um eine vollständige
Auslöschung
zu erreichen, was verhindert, dass sogar minimale Energie das Werkstück 80 erreicht
und es beschädigt,
wenn ein „blockierter" Status erwünscht ist.
Unter Bezugnahme auf 14 kann, in einer beispielhaften
Ausführungsform,
AOM 601 im „OFF"-Zustand das Laserlicht entlang eines
optischen Weges 72b1 an eine Strahlensenke 941 übertragen
und im „ON"-Zustand das Laserlicht
entlang einer X-Achse (bezüglich
des optischen Weges 72b1 ) zu einem
optischen Arbeitsstrahlweg 72a1 beugen.
Der optische Arbeitsstrahlweg 72a1 kreuzt
sich mit dem AOM 602 , der im „OFF"-Zustand das Laserlicht
entlang eines optischen Weges 72b2 an
eine Strahlensenke 942 übertragen
kann und im „ON"-Zustand das Laserlicht
entlang einer Y-Achse (bezüglich
des optischen Weges 72b2 ) an den
optischen Arbeitsstrahlweg 72a2 brechen
kann, um letztendlich das Werkstück 80 zu
erreichen. Fachleute werden anerkennen, dass obwohl selbst AOMs 601 und 602 so
gezeigt und beschrieben sind, dass sie den Strahlengang entlang
senkrechter Achsen ändern,
AOMs 601 und 602 angepasst
und entlang der gleichen Achse oder entlang transversalen Achsen,
die nicht senkrecht zueinander sind, angeordnet sein können. Fachleute
werden auch anerkennen, dass AOMs 601 und 602 beide angepasst und angeordnet sein
können,
so dass sie die reverse „ON"/"OFF"-Zustandskonfigurationen
aufweisen (so dass der Arbeitsstrahlweg nullter Ordnung ist) oder können angepasst
und angeordnet sein, so dass verschiedene „ON"/"OFF"-Zustandskonfigurationen
aufweisen. Zusätzlich
können
die AOMs 601 und 602 beide durch die gleichen oder verschiedene
RF-Treiber 66b (nicht
gezeigt) gesteuert werden. 14 shows an exemplary simplified schematic configuration of a laser system 50d using the aforementioned AOM modulation techniques to form two or more AOMs 60 1 and 60 2 in series outside the laser 64 to use to achieve complete extinction, which prevents even minimal energy from the workpiece 80 reaches and damages it if a "blocked" status is desired 14 can, in an exemplary embodiment, AOM 60 1 in the "OFF" state, the laser light along an optical path 72b 1 to a radiation sink 94 1 transferred and in the "ON" state, the laser light along an X-axis (with respect to the optical path 72b 1 ) to an optical working beam path 72a 1 bow. The optical working beam path 72a 1 crosses with the AOM 60 2 in the "OFF" state, the laser light along an optical path 72b 2 to a radiation sink 94 2 and in the "ON" state, the laser light along a Y-axis (with respect to the optical path 72b 2 ) to the optical working beam path 72a 2 can break to ultimately the workpiece 80 to reach. Experts will recognize that even though AOMs 60 1 and 60 2 are shown and described as changing the optical path along perpendicular axes, AOMs 60 1 and 60 2 adapted and arranged along the same axis or along transverse axes which are not perpendicular to each other. Professionals will also recognize that AOMs 60 1 and 60 2 both may be adapted and arranged to have the reverse "ON" / "OFF" state configurations (so that the working beam path is zero order) or may be adapted and arranged so that different "ON" / "OFF" state configurations exhibit. Additionally, the AOMs 60 1 and 60 2 both by the same or different RF drivers 66b (not shown) are controlled.
Unter
Bezugnahme auf die 13 und 14 kann
ein einzelner AOM 60 so definiert sein, dass er ein Auslöschungsverhältnis von
N aufzuweist, während
wenn zwei AOMs 601 und 602 in Serie vorhanden sind, Auslöschungsverhältnisse
von N1 und N2 vorhanden
sind, die ein erhöhtes
Gesamtauslöschungsverhältnis infolge
ihrer additiven Attenuierungswerte erlauben. Fachleute werden anerkennen,
dass N mehr AOMs 60 verwendet werden können, um das Gesamtauslöschungsverhältnis sogar
noch mehr zu erhöhen,
wie für
besonders empfindliche Werkstücke 80 oder
besonders empfindliche Bearbeitungsanwendungen erwünscht. Die vorerwähnten Ausführungsformen
und Permutationen oder Kombinationen davon können verwendet werden, um Laserimpulsenergie
vollständig
zu eliminieren oder davon abzulenken, das Werkstück 80 zu erreichen, wenn
eine derartige Pulsenergie unerwünscht
ist, wodurch die Möglichkeit
beseitigt wird, empfindliches Material zu beschädigen.With reference to the 13 and 14 can be a single AOM 60 be defined to have an extinction ratio of N, while if two AOMs 60 1 and 60 2 are present in series, extinction ratios of N 1 and N 2 are present which allow for an increased overall extinction ratio due to their additive attenuation values. Experts will recognize that N more AOMs 60 can be used to increase the overall extinction ratio even more, as for very delicate workpieces 80 or particularly sensitive processing applications. The aforementioned embodiments and permutations or combinations thereof may be used to completely eliminate or deflect laser pulse energy from the workpiece 80 when such pulse energy is undesirable, thereby eliminating the possibility of damaging sensitive material.
Fachleute
auf dem Gebiet werden anerkennen, dass diese Techniken an einer
jeden Art von Laser angewandt werden können, einschließlich, aber
nicht darauf beschränkt,
Festphasenlaser, wie beispielsweise Nd:YAG- oder Nd:YLF-Laser, und
CO2-Laser, mit Wellenlängen, die von tiefem UV bis
zu weitem IR reichen, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf Wellenlängen
von etwa 266 nm, 355 nm, 532 nm, 1064 nm, 1320 nm und 10 μm. Diese
Techniken können
verwendet werden an einem Laserbearbeitungssystem, einschließlich Verbindungsbearbeitungssystemen,
Lasertrimm- und Mikrobearbeitungssystemen und Bohrsystemen für kleine
Löcher.Those skilled in the art will appreciate that these techniques can be applied to any type of laser, including, but not limited to, solid phase lasers such as Nd: YAG or Nd: YLF lasers, and CO 2 lasers having wavelengths ranging from deep UV to far IR, including, but not limited to, wavelengths of about 266 nm, 355 nm, 532 nm, 1064 nm, 1320 nm and 10 μm. These techniques can be used on a laser processing system, including compound processing systems, laser trimming and micromachining systems, and small hole drilling systems.
Ein
oder mehrere AOMs 60, mit oder ohne den oben beschriebenen
Frequenzmodulationstechniken, können
auch für
eine Vielzahl von anderen neuen Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise
ist 15 eine Kurve von Amplitude
gegen Zeit, die eine typische Peakenergiedrift zwischen Laserpulsen
zeigt, die auf einen Laserausgangsdetektor treffen, infolge verschiedener
Laserinstabilitäten
oder thermischem Driften. Diese Puls-zu-Puls-Energieschwankung kann soviel wie 22
% (selbst obwohl die verlängerte
durchschnittliche Schwankung weniger als 5 % sein kann) bei bestimmten
Arten von Lasersystemen betragen, insbesondere UV-Systemen mit hohen
Wiederholungsfrequenzen. Derartige Schwankungen der Laserenergie
können
potenziell Probleme an dem Werkstück 80 verursachen.
Für einen
gegebenen Laserbetrieb kann das Gesamt-„Bearbeitungsfenster", das definiert sein
kann durch Schwankungstoleranz bei einzelnen oder Sätzen von
Parametern (einschließlich
Laserausgangsenergie), die das Ergebnis des Produktes nicht nachteilig
beeinträchtigen
wird, vergleichsweise eng sein. Entsprechend kann es sehr nützlich sein,
das Bearbeitungsfenster groß zu
halten oder die Bestandteile zu steuern, die das Bearbeitungsfenster
beeinflussen, und insbesondere die Laserenergie.One or more AOMs 60 , with or without the frequency modulation techniques described above, can also be used for a variety of other new applications. For example 15 a plot of amplitude versus time showing a typical peak trajectory between laser pulses hitting a laser output detector due to various laser instabilities or thermal drift. This pulse-to-pulse energy swing can be as much as 22% (even though the extended average swing may be less than 5%) for certain types of laser systems, especially high repetition rate UV systems. Such variations in laser energy can potentially cause problems to the workpiece 80 cause. For a given laser operation, the overall "processing window", which may be defined by variation tolerance in individual or sets of parameters (including laser output energy) that will not adversely affect the product's result, may be comparatively narrow. keep the editing window large or control the components that affect the editing window, and in particular the laser energy.
16 zeigt ein beispielhaftes Lasersystem 50e,
das ein strahlteilendes optisches Element 120 verwendet,
um einen Teil des Laserausgangs, der entlang dem Strahlengang 72a zu
einem Laserausgangsdetektor 122 propagiert, zu steuern,
der verwendet werden kann, um die Inzidenzamplitude und die Energie
des Laserimpuls, die zum Werkstück 80 geht,
zu bestimmen. 16 shows an exemplary laser system 50e , which is a beam splitting optical element 120 used to be part of the laser output, along the beam path 72a to a laser output detector 122 is propagated, which can be used to determine the incidence amplitude and the energy of the laser impulse leading to the workpiece 80 is going to determine.
Obwohl 16 den optischen Weg 72 zeigt, der auf
die Strahleintrittsoberfläche 52 des
AOM 60 mit einem Eintrittswinkel 114 bezüglich der
Strahleintrittsoberfläche 52 oder
einem Wandlermodulationsbereich 116 des Wandlers 70 auftrifft,
der ein Bragg-Winkel oder nahe daran ist, werden Fachleute anerkennen,
dass der optische Weg 72 so ausgerichtet sein kann, dass
er auf die Strahleintrittsoberfläche 52 des
AOM 60 in einem im Allgemeinen senkrechten Nicht-Bragg-Eintrittswinkel 114 auftrifft.
Fachleute werden auch anerkennen, dass ein Winkelschnitt auf der
Strahleintrittsoberfläche 52 des
AOM 60 verwendet werden kann (insbesondere für AOMs 60 mit
Material mit hohem Brechungsindex), so dass der Eintrittswinkel 114 senkrecht
zu der Strahleintrittsoberfläche 52 ausgerichtet
werden kann und noch im Wesentlichen die Bragg Bedingung für eine gegebene
Frequenz erfüllt.Even though 16 the optical path 72 pointing at the beam entry surface 52 of the AOM 60 with an entrance angle 114 with respect to the jet entry surface 52 or a transducer modulation range 116 of the converter 70 which hits a Bragg angle or near it, professionals will recognize that the optical path 72 may be oriented so that it is on the beam entry surface 52 of the AOM 60 in a generally perpendicular non-Bragg entrance angle 114 incident. Professionals will also recognize that an angle cut on the beam entry surface 52 of the AOM 60 can be used (especially for AOMs 60 with material of high refractive index), so the entrance angle 114 perpendicular to the beam entry surface 52 can be aligned and still substantially meets the Bragg condition for a given frequency.
Fachleute
werden weiter anerkennen, dass eine Bragg-AOM-Ausrichtung mit einer
jeglichen Ausführungsform
implementiert werden kann, die zuvor oder im Folgenden bezüglich einer
der Figuren beschrieben ist. Im Allgemeinen wird ein zufrieden stellender
Bragg-Wirkungsgrad
(oder Beugungswirkungsgrad durch den AOM 60) erreicht,
wenn sich der Eintrittswinkel 114 innerhalb ± 0,5 Grad
des Bragg-Winkels bezüglich
der Strahleintrittsoberfläche 52 und/oder
dem Wandlermodulationsbereich 116 befindet, der durch den
optischen Weg 72 hindurchtritt. Bei einigen Ausführungsformen,
wo der Laserstrahl eine Haupt-IR-Wellenlängenkomponente
aufweist, ist der Eintrittswinkel 114 bevorzugterweise
innerhalb ± 0,4
Grad des Bragg-Winkels, bevorzugtererweise innerhalb etwa ± 0,1 Grad
des Bragg-Winkels
und natürlich
am bevorzugtesten der Bragg-Winkel. In einigen Ausführungsformen,
wo der Laserstrahl eine Haupt-UV-Wellenlängenkomponente aufweist, ist der
Eintrittswinkel 114 bevorzugterweise innerhalb etwa ± 0,2 Grad
des Bragg-Winkels, bevorzugtererweise innerhalb etwa ± 0,05
Grad des Bragg-Winkels und natürlich
am bevorzugtesten der Bragg-Winkel.Those skilled in the art will further appreciate that a Bragg-AOM alignment can be implemented with any embodiment described above or below with respect to one of the figures. In general, a satisfactory Bragg efficiency (or diffraction efficiency by the AOM 60 ) reaches when the entrance angle 114 within ± 0.5 degrees of the Bragg angle with respect to the beam entrance surface 52 and / or the converter modulation area 116 located by the optical path 72 passes. In some embodiments, where the laser beam has a major IR wavelength component, the entrance angle is 114 preferably within ± 0.4 degrees of the Bragg angle, more preferably within about ± 0.1 degrees of the Bragg angle and, most preferably, the Bragg angles. In some embodiments, where the laser beam has a major UV wavelength component, the entrance angle is 114 preferably within about ± 0.2 degrees of the Bragg angle, more preferably within about ± 0.05 degrees of the Bragg angle and, most preferably, the Bragg angles.
Unter
erneuter Bezugnahme auf 16 kann
das strahlteilende optische Element 120 selbst ein zusätzlicher
AOM 60 sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Amplitudensteuernde
AOM 60 als das strahlteilende optische Element 120 verwendet
werden, wo ein Strahl höherer
Ordnung oder ein gegensätzlicher
Strahl erster Ordnung auf den Laserausgangsdetektor 122 gerichtet
ist. Fachleute werden weiter anerkennen, dass zusätzliche
Laserausgangsdetektoren 122 (und strahlteilende optische
Element 120, wie erforderlich) entlang einem Strahlengang 72 stromaufwärts des
AOM 60 und/oder in dem Strahlengang nullter Ordnung oder
dem Nichtarbeitsstrahlengang 72b angeordnet sein können, um
zusätzliche
Information für
Amplitudenüberwachung
und -steuerung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen können das
strahlteilende optische Element 120 und der Laserausgangsdetektor 122 an
anderen stromabwärtigen
Positionen entlang des Strahlenganges angeordnet sein, so dass die
Amplitudenkorrekturen eine Amplitudenabweichung korrigieren können, die
durch andere Bestandteile in dem Strahlengang 72a erzeugt
werden. Laserausgangsdetektoren 122 sind den Fachleuten
auf dem Gebiet bekannt und werden bei vielen Laseranwendungen verwendet.
Der Laserausgangsdetektor 122 kann jedoch so angepasst
sein, dass er ein Signal 124 direkt oder indirekt an das
Systemsteuergerät 62 schickt,
das korrigierende Signale 126 an den RF-Treiber 66 senden
kann oder bestehende Amplituden- oder Frequenzsteuersignale, die
an den RF-Treiber 66 abgegeben werden, einstellen.Referring again to 16 may be the beam splitting optical element 120 even an additional AOM 60 be. In some embodiments, the amplitude controlling AOM 60 as the beam splitting optical element 120 where a higher order beam or a first order opposite beam is applied to the laser output detector 122 is directed. Professionals will further recognize that additional laser output detectors 122 (and beam splitting optical element 120 as required) along a beam path 72 upstream of the AOM 60 and / or in the zero-order beam path or the non-working beam path 72b may be arranged to provide additional information for amplitude monitoring and control. In some embodiments, the beam splitting optical element 120 and the laser output detector 122 be arranged at other downstream positions along the beam path, so that the amplitude corrections can correct an amplitude deviation caused by other components in the beam path 72a be generated. Laser output detectors 122 are known to those skilled in the art and are used in many laser applications. The laser output detector 122 however, it can be adjusted to give a signal 124 directly or indirectly to the system control unit 62 sends the corrective signals 126 to the RF driver 66 or existing amplitude or frequency control signals sent to the RF driver 66 be delivered, set len.
Ein
oder mehrere AOMs 60 können
deshalb mit oder ohne die Frequenzsteuertechniken in einem automatischen
System zur Erhöhung
der Pulsamplitudenstabilität
bei hohen updatefrequenzen verwendet werden. Derartigen Amplituden-
oder Frequenzanpassungen können
verwendet werden, um die Laserpulsenergie für Laserdrift und/oder thermische
Instabilitäten
in dem Laserausgang und/oder inkonsistentem RF-induzierten Aufheizen
des AOMs 60 zu steuern. Das an dem AOM 60 angelegte
RF-Signal kann moduliert werden, um die Amplitude oder Energie eines
gegebenen Laserausgangssignals in Reaktion auf die Information betreffend
die Amplitude oder Energie von einem oder mehreren vorhergehenden
Laserausgangspulsen zu beeinflussen. Die Amplitude oder Energie
eines jeden gegebenen konsekutiven Laserausgangspulses in einer
kontinuierlichen Folge (wie beispielsweise zehn, hunderte oder tausende)
von mehreren konsekutiven Pulsen, können so gesteuert werden, dass
sie um weniger als die typische 7 % (oder höhere) Puls-zu-Puls-Energieschwankung herkömmlicher
anwendbarer Lasermikrobearbeitungssysteme variieren. In einigen
bevorzugten Ausführungsformen
kann die Puls-zu-Puls-Energieschwankung geringer sein als etwa 3
% oder sogar geringer als etwa 0,5 % bis 1 %. Eine derartige Puls-zu-Puls-Energiestabilität ist besonders
nützlich
bei Ausführungsformen,
die harmonische Festphasenlaser verwenden, insbesondere jene, die
verwendet werden, um UV-Wellenlängen
zu erzeugen.One or more AOMs 60 Therefore, with or without the frequency control techniques in an automatic system, they can be used to increase pulse amplitude stability at high refresh rates. Such amplitude or frequency adjustments may be used to estimate the laser pulse energy for laser drift and / or thermal instabilities in the laser output and / or inconsistent RF-induced heating of the AOM 60 to control. That at the AOM 60 An applied RF signal may be modulated to affect the amplitude or energy of a given laser output signal in response to the information regarding the amplitude or energy of one or more preceding laser output pulses. The amplitude or energy of any given consecutive laser output pulse in a continuous train (such as tens, hundreds or thousands) of multiple consecutive pulses can be controlled to be less than the typical 7% (or higher) pulse-to-pulse Energy variability of conventional applicable laser micromachining systems vary. In some preferred embodiments, the pulse-to-pulse energy fluctuation may be less than about 3%, or even less than about 0.5% to 1%. Such pulse-to-pulse energy stability is particularly useful in embodiments using harmonic solid phase lasers, particularly those used to generate UV wavelengths.
Mit
dem zusätzlichen
Vorteil der Frequenzsteuerung kann Pulsamplitudenstabilität in einem
großen Bereich
von Zeitskalen erreicht werden, was die Wirkungen von Laserschwankungen
hinsichtlich Energie beschränkt,
die durch verschiedene Ereignisse, wie beispielsweise ther mische
Schwankungen in dem Laser 64, dem AOM 60 selbst,
oder andere lineare oder potentiell nicht-lineare Ereignisse verursacht
werden. Eine Vielzahl von Wandlern kann auch verwendet werden, um
die gleiche Strahlenachse zu modulieren, um den Beugungswirkungsgrad
zu erhöhen,
wie später
beschrieben.With the added benefit of frequency control, pulse amplitude stability can be achieved over a wide range of time scales, which limits the effects of laser variations in energy due to various events, such as thermal fluctuations in the laser 64 , the AOM 60 itself, or other linear or potentially non-linear events. A variety of transducers can also be used to modulate the same beam axis to increase the diffraction efficiency, as described later.
17 ist ein Diagramm, das Amplitude gegen Zeit
darstellt, und das eine beispielhafte Amplitudenstabilität zeigt,
die durch automatische Energiesteuerung unter Verwendung des AOM 60 erreichbar
ist, wie in der in 16 gezeigten Ausführungsform
des Lasersystems 50e. Die Rückkopplung wird verwendet,
um die Amplitude der RF-Leistung an den AOM 60 zu ändern, wodurch
die übertragene
Energie geändert
wird, die entlang dem optischen Weg höherer Ordnung 72a propagiert,
der zu dem Werkstück 80 läuft. 17 FIG. 12 is a graph illustrating amplitude versus time and showing exemplary amplitude stability achieved by automatic power control using the AOM 60 is achievable, as in the in 16 shown embodiment of the laser system 50e , The feedback is used to measure the amplitude of RF power to the AOM 60 which changes the transmitted energy along the higher order optical path 72a propagated to the workpiece 80 running.
In
einem weiteren Beispiel von AOM-Anwendungen ist 18 eine schematische Darstellung eines Lasersystems 50f das
zwei Extrakavitäten-AOMs 601 und 602 (generisch
AOMs 60) verwendet, um die Strahlpositionierung auf der
Oberfläche
des Werkstückes 80 bei
transversalen Cartesischen Achsen zu beeinflussen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
würde einer
der AOMs 60 die Bewegung entlang der X-Achse steuern und
der andere würde
die Bewegung entlang der Y-Achse, wodurch ein vollständiger Bereich
von winkliger Anpassung des Laserstrahls in X und Y auf der Oberfläche des
Werkstückes 80 bereitgestellt
wird. In 18 ist der erste AOM 601 so gezeigt, dass er in der X-Achse
moduliert und der zweite AOM 602 ist
so gezeigt, dass er in der Y-Achse moduliert, aber Fachleute auf
dem Gebiet werden anerkennen, dass die Reihenfolge oder Positionierung
umgekehrt sein könnte.
Fachleute werden auch anerkennen, dass die Größe von einem jeden oder beiden
AOMs 601 und 602 ,
und insbesondere 602 , erhöht sein
kann, um größere Aufnahme- oder
Akzeptanzzwinkel zu erlauben.In another example of AOM applications is 18 a schematic representation of a laser system 50f the two extra cavities AOMs 60 1 and 60 2 (generic AOMs 60 ) used to position the beam on the surface of the workpiece 80 to influence transversal Cartesian axes. In a preferred embodiment, one of the AOMs would 60 The movement along the X axis would control and the other would move along the Y axis, creating a fuller range of angular adjustment of the laser beam into X and Y on the surface of the workpiece 80 provided. In 18 is the first AOM 60 1 shown to modulate in the X axis and the second AOM 60 2 is shown to modulate in the Y-axis, but those skilled in the art will appreciate that the order or positioning could be reversed. Professionals will also recognize that the size of each or both AOMs 60 1 and 60 2 , and particularly 60 2 , may be increased to allow for greater acceptance or acceptance angles.
AOMs 601 und 602 werden
bevorzugterweise durch getrennte entsprechende RF-Treiber 661 und 662 angeregt,
die die Fähigkeit
aufweisen, die Amplitude und/oder die Frequenz der RF-Leistung variabel
zu steuern, die an die Wandler 70 abgegeben wird, wie in
einer jeden der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, so dass die Amplitude
und die Position des Ausgangsstrahls an dem Werkstück 80 genau
gesteuert werden kann. Da die RF-Treiberfrequenz auf sehr hohe Geschwindigkeiten
eingestellt werden kann, können
die AOMs 60 verwendet werden, um den Strahl in Echtzeit
in einem kontaktlosen Abtastsystem mit Nachschlagetabel len von charakterisierten
linearen Wirkungen zu steuern, um unerwünschte Positionsfehlerwirkungen
herauszukalibrieren.AOM 60 1 and 60 2 are preferably provided by separate corresponding RF drivers 66 1 and 2 having the ability to variably control the amplitude and / or frequency of RF power applied to the transducers 70 as in any of the previously described embodiments, so that the amplitude and position of the output beam on the workpiece 80 can be controlled precisely. Since the RF driver frequency can be set to very high speeds, the AOMs can 60 can be used to control the beam in real time in a non-contact scanning system with look-up tables of characterized linear effects to calibrate out unwanted position error effects.
19 ist eine schematische Darstellung, die beispielhafte
Positionierungs- und Ablenkungswinkelbereiche eines beispielhaften
AOM 60 zeigt, der auf einen RF-Treiber reagiert, der mit
bis zu 50 MHz bei 2 W angeregt ist. Wenn der AOM 60 in
einer beispielhaften Höhe
von etwa 40 mm von der Fokussierungslinse 78 angeordnet
ist, die in einer beispielhaften Entfernung von etwa 40 mm oberhalb
des Werkstückes 80 angeordnet
ist, und wenn etwa 96 mRad oder 5,5 Grad Gesamtablenkungswinkel
für theta
angenommen werden, können
Berechnungen durchgeführt
werden, um zu zeigen, dass die wirksamen Abtastgrößen auf
dem Werkstück 80 wenigstens
ein 4 mm Abtastfeld in X und/oder Y ergeben. 19 FIG. 4 is a schematic illustration of the exemplary positioning and deflection angle ranges of an exemplary AOM. FIG 60 which responds to an RF driver excited at 2W up to 50MHz. If the AOM 60 at an exemplary height of about 40 mm from the focusing lens 78 arranged at an exemplary distance of about 40 mm above the workpiece 80 and assuming about 96 mrad or 5.5 degrees total deflection angle for theta, calculations may be made to show that the effective sample sizes on the workpiece 80 at least a 4 mm scanning field in X and / or Y result.
Bezüglich der
Winkelauflösung
kann in einer Ausführungsform
die Ausgabe eines DDS-Treibers
für die
RF-Leistung in sehr kleinen Inkrementen von 1 Hz eingestellt sein,
was eine theoretische Auflösung
ergibt, die durch die folgende Gleichung dargestellt ist: With respect to angular resolution, in one embodiment, the output of a DDS driver for RF power may be set in very small increments of 1 Hz, giving a theoretical resolution represented by the following equation:
Beispielsweise
beträgt
bei Verwendung einer Wellenlänge
von 355 nm und einer Schallgeschwindigkeit von 650 m/s die Winkeländerung
betreffend eine Frequenzänderung
von 1 Hz der akustischen Welle 2,73 E-10 Grad. Eine derartige Auflösung kann
jedoch infolge der mechanischen Beschränkungen des Systems, die Frequenz
tatsächlich
aufzulösen,
unpraktisch sein. In einigen Ausführungsformen kann somit ein
Bereich von Werten für
die Steuerung durch minimale Auflösung in Schritten von 4,1 E-6
Grad oder dem Äquivalent von
0,72 Mikroradiant angegeben sein, was äquivalent zu einer Frequenzschrittgröße von 15
KHz ist. Ein beispielhaftes optisches AOM-Abtastsystem mit einer
Winkeleinstellung von etwa 50 Milliradiant würde 69.444 Winkelauflösungsschritte
ergeben.For example
is
when using a wavelength
of 355 nm and a speed of sound of 650 m / s, the angle change
concerning a frequency change
of 1 Hz of the acoustic wave 2.73 E-10 degrees. Such a resolution can
however, due to the mechanical limitations of the system, the frequency
indeed
dissolve,
be impractical. Thus, in some embodiments, a
Range of values for
control by minimum resolution in steps of 4.1 E-6
Degree or the equivalent of
0.72 microradians, which is equivalent to a frequency step size of 15
KHz is. An exemplary optical AOM scanning system with a
Angular adjustment of about 50 milliradians would mean 69444 angular resolution steps
result.
Der
Frequenzbereich des AOM 60 wird in erster Linie durch drei
Punkte beeinflusst: die maximale Geschwindigkeit, die von elektronischen
Vorrichtungen verfügbar
ist, um eine neue Frequenz zu erzeugen, wie beispielsweise die RF-Treiber 66;
die Fähigkeit
des AOM-Wandlers 70,
eine Schwingung mit der neuen Frequenz zu erzeugen; und die Zeit,
die erforderlich ist, um die neue Schallwelle in dem AOM 60 zu
erzeugen. Im Allgemeinen benötigt
dieser dritte Punkt betreffend die Ausbildung einer neuen Schallwelle
die meiste Zeit und dominiert somit den Abtastfrequenzbereich.The frequency range of the AOM 60 is primarily influenced by three points: the maximum speed available from electronic devices to generate a new frequency, such as the RF drivers 66 ; the ability of the AOM converter 70 to create a vibration with the new frequency; and the time it takes to get the new sound wave in the AOM 60 to create. In general, this third point concerning the formation of a new sound wave takes most of the time and thus dominates the sampling frequency range.
Eine
Gleichung betreffend den Winkel entsprechend einer speziellen Frequenz
kann wie folgt ausgedrückt
werden: wobei
vs die Schallgeschwindigkeit in dem Medium
ist.An equation concerning the angle corresponding to a specific frequency can be expressed as follows: where v s is the speed of sound in the medium.
Der
Frequenzbereich, B, kann angegeben werden als: wobei
D die Weite des Laserstrahls durch den AOM 60 ist.The frequency range, B, can be given as: where D is the width of the laser beam through the AOM 60 is.
Für einen üblichen
AOM 60 könnten
die Parameter wie folgt sein:
Material: Quarzglas (n = 1,46,
vs = 6 km/s);
Schall: Frequenz f =
100 MHz;
Licht: Wellenlänge
1047 nm; und
Laserstrahldurchmesser: 12 mm.For a standard AOM 60 the parameters could be as follows:
Material: quartz glass (n = 1.46, v s = 6 km / s);
Sound: frequency f = 100 MHz;
Light: wavelength 1047 nm; and
Laser beam diameter: 12 mm.
Unter
Verwendung dieser Parameter würde
ein beispielhafter AOM 60 in einem Abtastsystem einen Frequenzbereich
von bis zu etwa 500 kHz bei einem akzeptablen Winkel aufweisen.
Im Gegensatz dazu beträgt
ein typischer Galvanometerfrequenzbereich etwa 4 kHz und mit einem
schnellen Steuerspiegel kann er oberhalb etwa 12 kHz sein. Die primäre Beschränkung eines
Galvanometerscanners ist die Trägheit,
die durch die Bewegung einer Masse und die Resonanz der Bewegung
erzeugt wird. Ein AOM 60 zeigt keine derartigen massenbezogenen
Wirkungen, so dass sein Frequenzbereich bis zu 100-fach höher sein
kann.Using these parameters would provide an exemplary AOM 60 in a scanning system have a frequency range of up to about 500 kHz at an acceptable angle. In contrast, a typical galvanometer frequency range is about 4 kHz and with a fast control mirror it can be above about 12 kHz. The primary limitation of a galvanometer scanner is the inertia generated by the motion of a mass and the resonance of the motion. An AOM 60 shows no such mass-related effects, so that its frequency range can be up to 100 times higher.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine
Ausführungsform
von AOMs 601 und 602 von 18 detaillierter
zeigt, wobei die AOMs 60 entlang unterschiedlichen Achsen
ausgerichtet sind, um ein Zwei-Achsen-Abtastsystem bereitzustellen.
Der AOM 601 ist in Position mit
der Achse A senkrecht zu der Achse A des AOM 602 eingestellt.
Deshalb wird eine Änderung
der Frequenz des Anregungssignals am AOM 601 den
Ausgangswinkel des AOM 601 in der
X-Achse ändern,
mit der Beziehung, dass das Ändern
der Frequenz den Austrittswinkel theta X variieren wird. Das Ändern der
Frequenz des Anregungssignals am AOM 602 wird den
Austrittswinkel des AOM 602 in
der Y-Achse ändern,
mit der Beziehung, dass das Ändern
der Frequenz den theta Y ändern
wird. AOM 601 und 602 können
eng beieinander sein und unabhängig
voneinander moduliert werden mit der gleichen oder verschiedenen
Frequenzen und Amplituden. Der Ausgangsstrahl kann sich hinsichtlich
der Amplitude ändern
und in X- und Y-Achsenrichtungen bewegen. Die Größe und Form der Strahlensenken 941 und 942 kann
angepasst sein, um das erwünschte
Abtastfeld aufzunehmen und die Fortpflanzung von unerwünschtem
Licht an das Werkstück 80 zu
verhindern. 20 Figure 3 is a schematic diagram illustrating an embodiment of AOMs 60 1 and 60 2 from 18 shows in more detail, where the AOMs 60 aligned along different axes to provide a two-axis scanning system. The AOM 60 1 is in position with the axis A perpendicular to the Ach se A of the AOM 60 2 set. Therefore, a change in the frequency of the excitation signal at the AOM 60 1 the output angle of the AOM 60 1 change in the X-axis, with the relationship that changing the frequency will vary the exit angle theta X. Changing the frequency of the excitation signal at the AOM 60 2 will be the exit angle of the AOM 60 2 change in the Y-axis, with the relation that changing the frequency will change the theta Y. AOM 60 1 and 60 2 can be close to each other and independently modulated with the same or different frequencies and amplitudes. The output beam may change in amplitude and move in X and Y axis directions. The size and shape of the radiation sinks 94 1 and 94 2 may be adapted to receive the desired scanning field and the propagation of unwanted light to the workpiece 80 to prevent.
20A liefert eine Kurve Abtastwinkelbeugungswirkungsgrad
gegen Winkeländerung
von einem speziellen Bragg-Winkel bei beispielhaften UV- und IR-Wellenlängen. Eine
Gleichung zum Auffinden des Beugungswirkungsgrades eines AOM kann
wie folgt ausgedrückt
werden: wobei
die Materialeigenschaften wie folgt beschrieben werden können: wobei λ die Lichtwellenlänge ist,
M die Bewertungszahl des Materials ist, L die Länge des Wandlerwechselwirkungsbereiches
ist, H die Höhe
des Wandlers 70 ist und P die angelegte RF-Leistung ist.
Die Änderung
infolge der Frequenzmodulation des Signals kann durch ΔΦ wie folgt
ausgedrückt
beschrieben werden: wobei
v der akustische Geschwindigkeitsschall in dem Material ist, Δf die Frequenzänderung
für die
Modulation ist, L die Wechselwirkungslänge ist und Λ0 die
Wellenlänge
des Schalls in dem Material ist. Das Substituieren der Gleichungen
(5) und (6) in Gleichung (4) wird zu dem Beugungswirkungsgrad für einen
speziellen Bragg-Winkel für
eine Frequenzänderung
ergeben. Der Beugungswirkungsgrad ist für ein Beispiel gezeigt, bei dem
eine anfängliche
Frequenz von 75 MHz, die einen Bragg-Winkel von 1,2 Grad bei einer
UV-Wellenlänge von
355 nm liefert, um ± 14
MHz (etwa eine Abtastwinkeländerung
von ± 0,175
Grad für
die UV-Wellenlänge) geändert wird.
Um deshalb, beispielsweise, oberhalb eines Beugungswirkungsgrades
von 80 % zu bleiben, könnte
man eine verfügbare
Abtastwinkeländerung
von ± 0,1
Grad verwenden. 20A provides a curve scan angle diffraction efficiency versus angle change from a particular Bragg angle at exemplary UV and IR wavelengths. An equation for finding the diffraction efficiency of an AOM can be expressed as follows: wherein the material properties can be described as follows: where λ is the wavelength of light, M is the rating of the material, L is the length of the transducer interaction region, H is the height of the transducer 70 and P is the applied RF power. The change due to the frequency modulation of the signal can be described by ΔΦ as expressed below: where v is the acoustic velocity sound in the material, Δf is the frequency change for the modulation, L is the interaction length, and Λ 0 is the wavelength of the sound in the material. Substituting equations (5) and (6) into equation (4) will yield the diffraction efficiency for a particular Bragg angle for a frequency change. The diffraction efficiency is shown for an example in which an initial frequency of 75 MHz, which provides a 1.2 degree Bragg angle at 355 nm UV wavelength, is ± 14 MHz (about one scan angle change of ± 0.175 degrees for the UV wavelength) is changed. Therefore, to stay above a diffraction efficiency of 80%, for example, one could use an available scan angle change of ± 0.1 degrees.
Der
Beugungswirkungsgrad bei 1064 nm ist auch gezeigt, was zeigt, dass
wenn sich die Wellenlänge verringert,
der erlaubbaren Abtastwinkel sich verringert. Die verwendbaren „Abtastwinkel"-Bereiche können durch
den minimalen Beugungswirkungsgrad definiert sein, dem das System
hinsichtlich des Laserleistungsbearbeitungsfensters widerstehen
kann. Wenn es ein großes
Bearbeitungsfenster gibt, dann hat das System ein größeres Laserleistungsbudget,
um größere Abtastwinkel
zu erlauben.Of the
Diffraction efficiency at 1064 nm is also shown, showing that
when the wavelength decreases,
the allowable scan angle decreases. The usable "scan angle" ranges can be determined by
be defined as the minimum diffraction efficiency to which the system
with regard to the laser power handling window
can. If it's a big one
Editing windows, then the system has a larger laser power budget,
for larger scanning angles
to allow.
Unter
erneuter Bezugnahme auf 18-20 kann,
wenn ein oder mehrere zusätzliche
AOMs 60 (oder andere bewegliche Vorrichtungen wie beispielsweise
FSMs) vor den Abtast-AOMs 601 und/oder
AOM 602 für die entsprechenden Achsen
angeordnet sind, die Bedingung für
den ankommenden Bragg-Winkel bewegt werden, um einen sekundären Bragg-Winkel
oder eine Vielzahl von Bragg-Winkeln bereitzustellen, die ausgewählt sein
können,
um den Abtastbereich des abtastenden AOM 60 zu erhöhen.Referring again to 18 - 20 can if one or more additional AOMs 60 (or other moving devices such as FSMs) before the sample AOMs 60 1 and / or AOM 60 2 for the respective axes, the incoming Bragg angle condition is moved to provide a secondary Bragg angle or a plurality of Bragg angles which may be selected to be the sampling area of the sampling AOM 60 to increase.
20B ist eine schematische Darstellung, die ein
AOM-Abtastsystem zeigt, das AOMs 60x1 und 60x2 in Serie verwendet, um den Strahlpositionierungsbereich
innerhalb einer gegebenen Cartesischen oder Werkstückachse
zu expandieren. Unter Bezugnahme auf 20B kann
der stromaufwärtige
AOM 60x1 (bevorzugterweise in seinem
Bragg-Winkel) entlang dem Strahlengang 72 angeordnet sein,
so dass sein Ausgang nullter Ordnung den Bragg-Winkel für den stromabwärtigen AOM 60x2 erreicht. Der Ausgang erster Ordnung des
stromaufwärtigen
AOM 60x1 kann dann für einen
zweiten Bragg-Winkel auf dem stromabwärtigen AOM 60x2 eingestellt
werden. Die Vergrößerung des
Strahlpositionierungsbereiches kann statt der Verwendung von getrennten
AOMs 60x1 und 60x2 auch
mit einem AOM 603 erreicht werden,
der mehrere Wandler aufweist, wie später unter Bezug auf 23C gezeigt und beschrieben. 20B is a schematic diagram showing an AOM scanning system, the AOMs 60x 1 and 60x 2 used in series to expand the beam positioning area within a given Cartesian or workpiece axis. With reference to 20B may be the upstream AOM 60x 1 (preferably in its Bragg angle) along the beam path 72 be arranged so that its zero-order output the Bragg angle for the downstream AOM 60x 2 reached. The first order output of the upstream AOM 60x 1 can then for a second Bragg angle on the downstream AOM 60x 2 be set. The magnification of the beam positioning area may be replaced by the use of separate AOMs 60x 1 and 60x 2 also with an AOM 60 3 can be achieved, which has a plurality of transducers, as later with reference to 23C shown and described.
In
einem Beispiel verschiebt der stromaufwärtige AOM 60x1 den
Strahl erster Ordnung um 1,2 Grad und der stromabwärtige AOM 60x2 den ankommenden Strahl um zusätzliche
0,2 Grad ohne große
Wirkungsgradverluste. 20C zeigt
eine Kurve des Abtastwinkelbeugungswirkungsgrades gegen Winkeländerung, die
sich aus seriellen, die gleiche Achse modulierenden AOMs 60 bei
beispielhaften UV- und IR-Wellenlängen ergibt. Bezug nehmend
auf 18-20C kann
die Verwendung von seriellen AOMs 60 zum Modulieren der gleichen
Achse den Abtastwinkel des stromabwärtigen AOM 60x2 verlängern, wie
bestimmt durch den Umfang des Abtastwinkels des stromaufwärtigen AOM 60x1 oder einer anderen Vorrichtung. Ein
AOM 60x1 , wie die stromaufwärtige Bragg-Einstellungs-
bzw. Anpassungsvorrichtung, kann einen größeren Abtastwinkel bereitstellen
als die Verwendung eines einzelnen AOM 60 alleine und kann
bei einem Frequenzbereich erreicht werden, der größer ist
als die meisten Laserwiederholungsfrequenzen, i. e. größer als
100 kHz. Fachleute werden anerkennen, dass sogar kleine AOM-Abtastbereichverbesserungen
besonders bei UV-Wellenlängen
vorteilhaft sein werden, wo die Bragg-Wirkungsgradfaktoren etwas
limitierend sein können.In one example, the upstream AOM shifts 60x 1 the first order beam by 1.2 degrees and the downstream AOM 60x 2 the incoming beam by an additional 0.2 degrees without large efficiency losses. 20C FIG. 11 shows a plot of angle-of-deflection diffraction efficiency derived from serial, same axis modulating AOMs. FIG 60 at exemplary UV and IR wavelengths. Referring to 18 - 20C may be the use of serial AOMs 60 to modulate the same axis, the scan angle of the downstream AOM 60x 2 extend as determined by the extent of the scan angle of the upstream AOM 60x 1 or another device. An AOM 60x 1 Like the upstream Bragg adjustment device, it can provide a larger scan angle than the use of a single AOM 60 alone and can be achieved at a frequency range greater than most laser repetition frequencies, ie greater than 100 kHz. Those skilled in the art will appreciate that even small AOM scan area improvements will be particularly beneficial at UV wavelengths where the Bragg efficiency factors may be somewhat limiting.
Eine
langsame Vorrichtung, wie beispielsweise ein FSM oder Galvanometersystem,
als die stromaufwärtige
Bragg-Einstellungsvorrichtung, kann den Abtastwinkel des stromabwärtigen AOM 60x2 sogar stärker vergrößern, aber die Gesamtgeschwindigkeitsleistung
ist jedoch durch den Frequenzbereich eines derartigen stromaufwärtigen Stellwerkes
beschränkt.
Eine derartige langsamere stromaufwärtige Bragg-Einstellungsvorrichtung
würde nichtsdestotrotz
nützlich
sein, insbesondere beim Vornehmen von Winkelverschiebungen, um langsame
Verschiebungen der Laserstrahlpositionierung zu kompensieren, was
den Bragg-Wirkungsgrad abzusinken veranlasst. Beispielsweise, wenn
ein stromabwärtiger
AOM 60x2 verwendet wird, um Instabilitäten in dem
Laseroptiksystem zu korrigieren, die dazu führen, dass die Laserstrahlneigung
durch die fokussierende Linse 78 geringfügig weggeht,
was ein Genauigkeitsproblem bei beispielhaften Verbindungsschneidesystemen
verursacht. Derartige kleine Korrekturen können mit dem AOM 60x2 sehr schnell sein, wodurch die Zeigedrift
bzw. pointing drift aus thermischen und anderen Effekten fast beseitigt
wird. Nach einigen wenigen Tagen oder potentiell Wochen kann die
Verschiebung von der anfänglichen
Kalibrierung jedoch signifikant sein im Sinne von Einfallswinkel
auf der Eintrittsoberfläche
des AOM 60x2 , was einen Wirkungsgradverlust
durch den AOM 60x2 bedingt. Eine
Lösung
für dieses
Problem würde
darin bestehen, eine langsamere stromaufwärtige Bragg-Einstellungsvorrichtung
aufzunehmen (wo aber ein größerer Anpassungswinkel
gewährleistet
sein kann oder eine langsamere Anpassungszeit ausreichend sein kann),
um in der Lage zu sein, den ankommenden Strahl einzustellen (oder
zu kalibrieren), um die genaue Bragg-Bedingung des AOM 60x2 einzustellen, was eine Maximierung
des Wirkungsgrades erlaubt. Ohne eine derartige langsamere stromaufwärtigere
AOM 60x1 Bragg-Einstellungsvorrichtung
vor dem AOM 60x2 könnte dann
die Kalibrierung eine Feinpositionierung der Vorrichtung per Hand
(oder potentiell mit einer mechanischen Bühne unter dem AOM 60x2 , die von Hand oder mittels elektronischer
Mittel beweglich ist) erforderlich machen.A slow device, such as an FSM or galvanometer system, as the upstream Bragg adjustment device, can sense the scanning angle of the downstream AOM 60x 2 even larger, but the overall speed performance is limited by the frequency range of such an upstream interlocking. Such a slower upstream Bragg adjustment device would nonetheless be useful, particularly in making angular displacements to compensate for slow shifts in laser beam positioning, causing the Bragg efficiency to decrease. For example, if a downstream AOM 60x 2 is used to correct for instabilities in the laser optics system that cause the laser beam tilt through the focusing lens 78 goes away slightly, causing an accuracy problem in exemplary jointing systems. Such minor corrections can be made with the AOM 60x 2 be very fast, whereby the pointing drift or pointing drift from thermal and other effects is almost eliminated. However, after a few days, or potentially weeks, the shift from the initial calibration may be significant in terms of angle of incidence on the entrance surface of the AOM 60x 2 What a loss of efficiency through the AOM 60x 2 conditionally. One solution to this problem would be to incorporate a slower upstream Bragg adjustment device (where, however, a larger adjustment angle may be warranted or a slower adaptation time may be sufficient) to be able to adjust (or calibrate) the incoming beam. to the exact Bragg condition of the AOM 60x 2 adjust, which allows maximizing the efficiency. Without such a slower upstream AOM 60x 1 Bragg adjustment device in front of the AOM 60x 2 then the calibration could be a fine positioning of the device by hand (or potentially with a mechanical stage under the AOM 60x 2 required by hand or by electronic means).
Fachleute
auf dem Gebiet werden anerkennen, dass die stromaufwärtige Bragg-Einstellungsvorrichtung
variabel über
einen großen
Bereich gesteuert werden kann oder gera de kann als ein Schalter
zwischen zwei oder mehreren spezifischen Winkeln verwendet werden,
die ausreichend wirksame Bragg-Winkel des stromabwärtigen AOM 60x2 befriedigen. Ein dritter serieller
AOM 60 (oder andere Strahlanpassungsvorrichtung, nicht
gezeigt), kann auch verwendet werden, um die Bewegung der Pupille
zu korrigieren, wenn sie sich zwischen zwei Bragg-Bedingungen verschiebt.
Fachleute werden auch anerkennen, dass serielle AOMs 60 der
gleichen Achse (oder andere stromaufwärtige Bragg-Einstellungssvorrichtungen)
verwendet werden können,
um den Abtastbereich entlang einer jeden Achse oder beider Achsen
eines AOM-Abtastsystems zu verbessern. Fachleute werden weiterhin
anerkennen, dass, wie später
beschrieben, die Amplitude des an dem/den Wandler(n) 70 angelegte
RF-Signals angepasst werden kann, um die Abweichung von dem Bragg-Wirkungsgrad
auszugleichen, die sich aus einer Verschiebung des Austrittswinkels
in einem jeden der AOMs 60x1 oder 60x2 ergibt.Those skilled in the art will appreciate that the upstream Bragg adjustment device can be variably controlled over a wide range or can be used as a switch between two or more specific angles, the sufficiently effective Bragg angles of the downstream AOM 60x 2 to satisfy. A third serial AOM 60 (or other beam-adjusting device, not shown) may also be used to correct the movement of the pupil as it shifts between two Bragg conditions. Professionals will also recognize that serial AOMs 60 the same axis (or other upstream Bragg adjustment devices) can be used to enhance the scan area along either axis or both axes of an AOM scanning system. Those skilled in the art will further appreciate that, as described later, the amplitude of the transducer (s) may 70 applied RF signal can be adjusted to compensate for the deviation from the Bragg efficiency, resulting from a shift of the exit angle in each of the AOMs 60x 1 or 60x 2 results.
21 ist eine schematische Darstellung eines Lasersystems 50g,
das Extrakavitäten-AOMs 601 und 602 ,
zwei strahlteilende optische Elemente 120a und 120b,
einen Energie- und Amplitudendetektor 122 und einen positionsaufnehmenden
Detektor 130 verwendet, um eine automatische Steuerung
von Pulsenergie, Amplitude und Laserstrahlposition an der Oberfläche des
Werkstückes 80 bereitzustellen.
Strahlausrichtung kann für
das Ergebnis vieler Bearbeitungsverfahren kritisch sein, insbesondere
wenn eine Submikrometergenauigkeit erwünscht ist. Strahlausrichtung
kann durch eine Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise mechanische
Bewegung, Vibration oder thermische Schwankungen in einem der optischen
Medien und/oder Strahlwanderungsbeitragende beeinflusst werden.
Eine automatische AOM-Strahlpositionierungssteuerung kann
fehlerhafte Strahlausrichtungen und durch derartige Faktoren bedingten
Produktverlust verringern. 21 is a schematic representation of a laser system 50g , the Extra Cavity AOMs 60 1 and 60 2 , two beam splitting optical elements 120a and 120b , an energy and amplitude detector 122 and a position-receiving detector 130 Used to automatically control pulse energy, amplitude and laser beam position on the surface of the workpiece 80 provide. Beam alignment may be critical to the result of many processing methods, especially if submicron accuracy is desired. Beam alignment may be affected by a variety of factors such as mechanical motion, vibration or thermal variations in one of the optical media and / or beam traveling contributors. Automatic AOM beam positioning control can reduce erroneous beam alignments and product loss due to such factors.
Indem
Winkelkorrekturen implementiert werden, die Frequenzsteuerung der
AOM-RF-Leistung
verwenden, werden Beugungswirkungsgrad des Strahles erster Ordnung
geringer sein, wenn der Winkel größer oder geringer ist als der
Winkel, der die Bragg-Bedingung akzeptiert. Der durch die Bragg-Bedingung
definierte Winkel wird angegeben als: worin θB der Einfallwinkel des ankommenden Lichtes
ist, λ die
Wellenlänge
des Lichts ist und A die Wellenlänge des
Schalls in dem AOM-Medium ist.By implementing angle corrections using frequency control of the AOM RF power, diffraction efficiencies of the first order beam will be less if the angle is greater or less than the angle accepting the Bragg condition. The angle defined by the Bragg condition is given as: where θ B is the angle of incidence of the incoming light, λ is the wavelength of the light, and A is the wavelength of the sound in the AOM medium.
Wenn
die Frequenz des Wandlers 70 modifiziert wird, wird die
Wellenlänge
der Schallwelle modifiziert sein, was bedingt, dass sich der Bragg-Winkel,
der der Bragg-Gleichung entspricht, sich ändert. In diesem Falle wird
der Reflexionsgrad oder der Wirkungsgrad der Beugung mit der folgenden
Beziehung abfallen: wobei L die Länge der
Wechselwirkung des Schalls mit dem Licht ist (oder der Durchmesser
des Lichtstrahles).If the frequency of the converter 70 is modified, the wavelength of the sound wave will be modified, which causes the Bragg angle corresponding to the Bragg equation to change. In this case, the reflectivity or diffraction efficiency will decrease with the following relationship: where L is the length of the interaction of the sound with the light (or the diameter of the light beam).
Diese
sin c-Funktion kann den in einem Laserbearbeitungsvorgang verwendbaren
Winkel beschränken,
da hohe Wirkungsgrade typischerweise für die Bearbeitung erforderlich
sind. Eine Laserleistung oder Energieüberbudget kann jedoch implementiert
werden kann, um dem Absinken des Wirkungsgrades während der Winkelsteuerung,
und der Harmonisierung der Energie oder Amplitude des Systems Rechnung
zu tragen.These
sin c function can be used in a laser processing operation
Restrict angle,
Because high efficiencies are typically required for machining
are. However, a laser power or energy over budget may be implemented
to reduce the efficiency during angular control,
and the harmonization of the energy or amplitude of the system
to wear.
Beispielsweise
liefert die Verwendung eines TeO2-AOM-Kristall,
der bei 60-80 MHz mit mehr als 2 W RF-Leistung und einer akustischer
Geschwindigkeit von 650 m/s auf einem 1064 nm Laser mit einem Strahldurchmesser
von 2 mm arbeitet, einen maximal erlaubbaren Winkel von etwa 50
Milliradiant, bevor ein Wirkungsgrad von Null an dem Strahl erster
Ordnung gebeugt wird.For example, the use of a TeO 2 -AOM crystal operating at 60-80 MHz with more than 2 W RF power and an acoustic speed of 650 m / s on a 1064 nm laser with a beam diameter of 2 mm provides a maximum allowable angle of about 50 milliradians before zero efficiency is diffracted at the first order beam.
In
einer Laserstrahl-korrigierenden Anwendung, um Übergänge in dem optischen System
zu korrigieren, ist beispielsweise ein Winkelbereich von wenigstens ± 0,5 Milliradiant
wünschenswert.
Wenn der Wirkungsgrad des AOM 60 bei der Bragg-Bedingung
80 % ist, dann wird eine Abweichung von der Bragg-Bedingung zu einem
Wirkungsgradverlust am Strahl erster Ordnung von etwa 0,8 % oder
einem neuen Beugungswirkungsgrad erster Ordnung von 79,2 % führen.For example, in a laser beam correcting application to correct transients in the optical system, an angular range of at least ± 0.5 milliradians is desirable. If the efficiency of the AOM 60 if the Bragg condition is 80% then a deviation from the Bragg condition will result in a loss of efficiency at the first order beam of about 0.8% or a new first order diffraction efficiency of 79.2%.
In
einem derartigen Fall kann das Laserleistungsbudget, um zusätzliche
Laserenergie zu erlauben, so implementiert sein, dass diese zusätzlichen
Verluste infolge Winkelkorrektur ebenso wie für Amplitudenkorrektur für Laserübergänge, thermische
Effekte oder andere Störungen
im optischen Zug erlaubt werden. Entsprechend kann die RF-Leitung
an den AOM 60 auf ein niedriges Niveau bei der Bragg-Bedingung
eingestellt sein, um eine maximale Laserenergieabgabe von Emax aufzuweisen; eine mögliche Zahl ist die äquivalente
Energie eines Wirkungsgrades von 75 % Wirksamkeit für dieses
Beispiel. Somit kann ein Gesamtsteuerbudget von 5 % des Wirkungsgrades
verfügbar
sein für
die Verwendung für
Amplitudeneinstellungen und Winkelkorrekturen. Wenn der Winkel auf
+ 0,5 Milliradiant von der Bragg-Bedingung
eingestellt ist, wird der Wirkungsgrad auf 79,2 % absinken, aber
die RF-Amplitude
kann um 0,8 % erhöht
sein, um den verringerten Wirkungsgrad infolge der Winkelkorrektur
auszugleichen. Bei diesem Beispiel würde noch 4,4 % mehr Overhead-Raum
verfügbar
sein für
andere Amplitudenkorrekturen, die wünschenswert sein können.In such a case, the laser power budget to allow for additional laser energy may be implemented to allow for these additional losses due to angular correction as well as for amplitude correction for laser transitions, thermal effects or other disturbances in the optical train. Accordingly, the RF line can be connected to the AOM 60 be set to a low level in the Bragg condition to have a maximum laser energy output of E max ; one possible number is the equivalent energy of 75% efficiency for this example. Thus, an overall control budget of 5% of the efficiency may be available for use with amplitude adjustments and angle corrections. If the angle is set to + 0.5 milliradians from the Bragg condition, the efficiency will drop to 79.2 percent, but the RF amplitude may be increased by 0.8 percent to compensate for the reduced efficiency due to the angle correction. In this example, 4.4% more overhead space would still be available for other amplitude corrections that may be desirable.
Die
Amplitude des an dem Wandler 70 angelegten RF-Signals kann
somit eingestellt sein, um Abweichungen von dem Bragg-Wirkungsgrad
auszugleichen, der sich aus einer Verschiebung des Austrittswinkels ergibt,
aus einem Strahlengang 72 bei dem Bragg-Winkel, der auf
eine nominale Strahlposition auftreffen würde, der den Strahlengang 72 so
steuert, dass er auf eine erwünschte
Strahlposition auftritt, die von der nominalen Strahlposition versetzt
ist. Die Bragg-Wirkungsgrad-Amplitudenkompensationsinformation kann
mathematisch und/oder experimentell für einen jeden AOM 60 mit
spezifizierten Eigenschaften bestimmt werden. Die Kompensationsdaten
können
in eine Tabelle gegeben werden oder durch einen Algorithmus bereitgestellt
werden, wie beispielsweise einen Algorithmus auf der Grundlage einer
sin c-Funktion. Die Bragg-Wirkungsgrad-Amplitudenkompensationsinformation
kann an dem RF-Treiber 66 von dem Lasersystemsteuergerät 62 oder
von einem Zwischensteuergerät
oder getrennten Steuergerätem
implementiert werden.The amplitude of the on the converter 70 applied RF signal can thus be adjusted to compensate for deviations from the Bragg efficiency, which results from a shift of the exit angle, from a beam path 72 at the Bragg angle, which would impinge on a nominal beam position, the beam path 72 controls to occur at a desired beam position offset from the nominal beam position. The Bragg efficiency amplitude compensation information may be mathematical and / or experimental for each AOM 60 be determined with specified properties. The compensation data may be put into a table or provided by an algorithm, such as an algorithm based on a sin c function. The Bragg efficiency amplitude compensation information may be at the RF driver 66 from the laser system controller 62 or implemented by an intermediate controller or separate controller.
Die
Bragg-Wirkungsgradkompensation kann für einen jeden oder beide AOMs 601 und 602 implementiert
werden, um eine Amplitudenkorrektur an den entsprechenden X- und
Y-Achsen auf der
Oberfläche
des Werkstückes 80 zu
bewirken. In ähnlicher
Weise kann die Bragg-Wirkungsgradkompensation für einen jeden oder beide der
transversal oder orthogonal angeordneten Wandler 70x und 70y (24) implementiert werden, wie später beschrieben.The Bragg efficiency compensation can be for either or both AOMs 60 1 and 60 2 implemen be corrected to an amplitude correction on the corresponding X and Y axes on the surface of the workpiece 80 to effect. Similarly, the Bragg efficiency compensation may be for either or both of the transversely or orthogonally arranged transducers 70x and 70y ( 24 ), as described later.
Unter
erneuter Bezugnahme auf 21 können Signale
von dem Amplitudendetektor 122 und dem positionsaufnehmenden
Detektor 130 in ein jedes Lasersystemsteuergerät 62 und/oder
direkt oder indirekt an die X- und Y-RF-Treiber 661 und 662 gegeben werden. Bei einigen alternativen
Ausführungsformen
können Strahlteilungselemente 120 und
Positionsaufnehmende Detektoren 130 nach einem jeden AOM 60 verwendet werden.
Strahlteilende Elemente 120 können sogar direkt an den Ausgangsoberflächen von
einem oder beiden der AOMs 60 befestigt sein.Referring again to 21 can receive signals from the amplitude detector 122 and the position-receiving detector 130 in every laser system control unit 62 and / or directly or indirectly to the X and Y RF drivers 66 1 and 2 are given. In some alternative embodiments, beam splitting elements 120 and position-sensing detectors 130 after every AOM 60 be used. Beam dividing elements 120 You can even go directly to the exit surfaces of one or both of the AOMs 60 be attached.
Die
Verfahren der Rückkopplung
für diese
Rückkopplungs-Steuersysteme
variieren von Kapazitätsdetektion
mechanischer Rotation zu positionsaufnehmender Elektronik für den Nachweis
von Laserpunkten. Die Elektronik des/der Positions-aufnehmenden
Detektor(en) 130 kann der limitierende Faktor für die AOM-Leistung
hinsichtlich der Fähigkeit
sein, genau die Winkelposition der AOMs 60 nachzuweisen.
Deshalb können alternative
automatische Systembestandteile und Techniken, die den Fachleuten
auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden.The methods of feedback for these feedback control systems vary from capacitance detection of mechanical rotation to position sensing electronics for the detection of laser spots. The electronics of the position-sensing detector (s) 130 The limiting factor for the AOM performance may be the ability to accurately sense the angular position of the AOMs 60 demonstrated. Therefore, alternative automatic system components and techniques known to those skilled in the art can be used.
Der
Frequenzbereich des/der Positions-aufnehmenden Detektoren 130 in
den automatischen Steuersystemen können bevorzugterweise Filtertechniken
verwenden, um Positionsgenauigkeit zu erhöhen, indem das Rauschen der
Elektronik verringert wird. Wenn die erwünschte Genauigkeit extrem hoch
ist, kann sehr hohe Rauschreduktion verwendet werden, aber der Frequenzbereich
des/der Positions-aufnehmenden Detektor(en) 130 kann infolge
des Filterns beschränkt
sein.The frequency range of the position-sensing detector (s) 130 In the automatic control systems, filter techniques may preferably be used to increase positional accuracy by reducing the noise of the electronics. If the desired accuracy is extremely high, very high noise reduction can be used, but the frequency range of the position-sensing detector (s) 130 may be limited as a result of filtering.
Die
Koeffizienten des Steuersystems können mit einer Frequenz aktualisiert
werden, die größer ist
als der erwünschte
Gesamtsystemfrequenzbereich, aber nicht bei einem jeden Zyklus des
AOM-Updates. Dieser Update-Parameter kann eingestellt werden abhängig von
der er wünschten
Genauigkeit und dem erwünschten Frequenzbereich
des Systems. Ein beispielhaftes System kann die folgenden Parameter
aufweisen:
AOM-Frequenzbereich = 250 kHz;
Erwünschter
Frequenzbereich = 25 kHz; und
Positions-aufnehmender Frequenzbereich
(nach Filterung) = 250 Hz.The control system coefficients may be updated at a frequency greater than the desired overall system frequency range but not at each cycle of the AOM update. This update parameter can be set depending on the desired accuracy and the desired frequency range of the system. An exemplary system may have the following parameters:
AOM frequency range = 250 kHz;
Desired frequency range = 25 kHz; and
Position-receiving frequency range (after filtering) = 250 Hz.
Die
AOM-Steuerparameter würden
dann alle 100 Systemzyklen aktualisiert werden, was erlaubt, dass der
Nachweis von Übergängen mit
bis zu 250 Hz gesteuert wird, und auch eine Gesamtsystemleistung
von 25 kHz ergibt. In Zusammenarbeit mit den sehr schnellen Frequenzaktualisierungs-
und -einstellungsgeschwindigkeiten der AOMs 601 und 602 durch eine jegliche der vorher beschriebenen
Techniken ist das automatische Steuersystem in der Lage, geringfügige Anpassungen
der Ausrichtung in Echtzeit „on-the-fly" zu machen.The AOM control parameters would then be updated every 100 system cycles, allowing the detection of transients up to 250 Hz to be controlled, and also giving a total system power of 25 kHz. In cooperation with the very fast frequency update and setting speeds of the AOMs 60 1 and 60 2 by any of the techniques previously described, the automatic control system is capable of making small adjustments in real time on-the-fly alignment.
22 ist eine schematische Darstellung eines AOM 603 , der wenigstens zwei Wandler 70A und 70B (generisch
als Wandler 70 bezeichnet) mit überlappenden Wandlermodulationsbereichen 116 verwendet,
um die Selektion der Richtung zu erlauben, mit der die Schallwelle
durch das Medium des AOM 60 wandert. Der Wandler 70A wird
eine hinsichtlich der Frequenz verschobene Reflexion von Licht entlang
des Wegs 72B produzieren, und der Wandler 70B wird
auch eine hinsichtlich der Frequenz nach oben verschobene Reflexion von
Licht entlang des Wegs 72B verursachen. Wenn sie bei der
gleichen Frequenz verwendet werden und wenn sie bevorzugterweise
phasensynchronisiert sind, kann das Zugeben dieser Wandlersignale
geringe Größenordnungszugewinne
hinsichtlich des Wirkungsgrades des gestreuten Lichtes produzieren.
Geschätzte Wirkungsgradzugewinne
können
von etwa 1 % bis mehr als oder gleich etwa 15 % reichen, abhängig von
Wellenlängen
und anderen typischen Laserparametern. 22 is a schematic representation of an AOM 60 3 , the at least two transducers 70A and 70B (generic as a converter 70 ) with overlapping converter modulation areas 116 used to allow the selection of the direction with which the sound wave passes through the medium of the AOM 60 emigrated. The converter 70A becomes a frequency shifted reflection of light along the path 72B produce, and the converter 70B Also, there is a frequency-shifted reflection of light along the path 72B cause. If they are used at the same frequency and if they are preferably phase locked, adding these transducer signals can produce small orders of magnitude increase in the efficiency of the scattered light. Estimated efficiency gains can range from about 1% to more than or equal to about 15%, depending on wavelengths and other typical laser parameters.
Nur
einer der Wandler 70A und 70B kann zu einem gegebenen
Zeitpunkt aktiviert sein, oder beide Wandler 70A und 70B können zur
gleichen Zeit aktiviert sein. Fachleute auf dem Gebiet werden anerkennen, dass
ein jeder Wandler 70 durch den gleichen oder verschiedene
RF-Treiber 66 (nicht
gezeigt) bei der gleichen oder verschiedenen Frequenzen gemäß einer
der zuvor beschriebenen AOM-Modulationstechniken oder Ausführungsformen
angeregt werden kann. Wenn die Wandler 70A und 70B bei
verschiedenen Frequenzen angeregt werden, besteht die Möglichkeit,
dass mehrfach Beugungen in der Vorrichtung bedingt werden, was die Ausbildung
zweier getrennter Strahlen erlaubt, die durch den Winkel getrennt
sind, der durch den Unterschied der Frequenz definiert ist. Die
Wandler 70A und 70B können auch gleichzeitig mit
geringfügig
unterschiedlichen Phasen betrieben werden, um die Abtastwinkelauflösung über diejenige
hinaus zu erhöhen,
die für
einen einzelnen Wandler 70 alleine verfügbar ist. Wenigstens zwei oder
mehr Wandler 70A und 70B können auch oder alternativ an
der gleichen Oberfläche
von AOM 603 angeordnet sein, um ähnliche
Vorteile zu erreichen. Diese Ausführungsformen können an
AOMs 60 angelegt sein, die auf eine jegliche Achse ausgerichtet
sind.Only one of the transducers 70A and 70B can be activated at any given time, or both converters 70A and 70B can be activated at the same time. Professionals in the field will recognize that every converter 70 through the same or different RF drivers 66 (not shown) at the same or different frequencies according to one of the AOM modulation techniques or embodiments described above. If the transducers 70A and 70B are excited at different frequencies, there is the possibility that multiple diffractions are caused in the device, allowing the formation of two separate beams separated by the angle defined by the difference in frequency. The transducers 70A and 70B may also be operated simultaneously with slightly different phases to increase the scan angle resolution beyond that for a single transducer 70 alone is available. At least two or more transducers 70A and 70B can also or alternatively on the same surface of AOM 60 3 be arranged to achieve similar benefits. These embodiments can be applied to AOMs 60 be laid out, which are aligned on any axis.
Wenn
die Wandler 70A und 70B unterschiedliche Größen aufweisen,
können
sie potentiell verschiedene Frequenztreiber erlauben, was erlauben
würde,
dass einer der Wandler 70 eine höhere Frequenz produziert als
der andere. Unter erneuter Bezugnahme auf Gleichung (7) kann der
Bragg-Winkel erhöht
werden, indem die akustische Frequenz von einem jeden der Wandler 70A und 70B erhöht wird.
Herkömmliche
Wandler 70 bewegen sich im Bereich von 50 MHz bis 250 MHz
für Bragg-Winkel
von 0,7 Grad bis 4 Grad. Frequenzen von mehr als 250 MHz erfordern
typischerweise kleinere Wandler und RF-Leistungsgeneratoren mit
der Fähigkeit,
sie bei höheren
Frequenzen anzuregen. Unter Verwendung von dem kleineren der zwei
Wandler 70A oder 70B würde, wenn erwünscht, die
Bildung eines größeren Bragg-Winkels für den ankommenden
Strahl erlauben (und erlaubt, deshalb, einen größeren Austrittswinkel erster
Ordnung), was potentiell die Trennung von der nullten Ordnung größer macht
(und das Anordnen der Strahlensenke 94 leichter macht)
und somit das Propagieren des Strahls erster Ordnung an das Werkstück 80 leichter
macht. Die Verwendung des größeren der
zwei Wandler 70A oder 70B würde, sofern erwünscht, einen
größeren Brechungswirkungsgrad
erlauben, wann immer der größere Bragg-Winkel
nicht erwünscht
ist. In ähnlicher
Weise könnten
zwei kleinere Frequenz- und Phasen-synchronisierte Wandler 70A und 70B verwendet
werden, um den Beugungswirkungsgrad über einen einzelnen kleineren
Wandler 70 zu expandieren, wo Anwendungen oder Systemlimitierungen
den größeren Bragg-Winkel
erfordern. Derartige Ausführungsformen
würden
dem AOM-Abtastsystem eine größere Vielseitigkeit
verleihen.If the transducers 70A and 70B have different sizes, they can potentially allow different frequency drivers, which would allow one of the converters 70 produces a higher frequency than the other. Referring again to equation (7), the Bragg angle may be increased by subtracting the acoustic frequency from each of the transducers 70A and 70B is increased. Conventional converters 70 range from 50 MHz to 250 MHz for Bragg angles of 0.7 degrees to 4 degrees. Frequencies above 250 MHz typically require smaller transducers and RF power generators capable of exciting them at higher frequencies. Using the smaller of the two transducers 70A or 70B would, if desired, allow for the formation of a larger Bragg angle for the incoming beam (and therefore allow a larger first order exit angle), potentially increasing the separation from the 0th order (and arranging the beam sinks 94 makes it easier) and thus the propagation of the first order beam to the workpiece 80 makes it easier. The use of the larger of the two converters 70A or 70B would, if desired, allow for greater refractive efficiency whenever the larger Bragg angle is not desired. Similarly, two smaller frequency and phase synchronized converters could be used 70A and 70B used to give the diffraction efficiency over a single smaller transducer 70 where applications or system limitations require the larger Bragg angle. Such embodiments would give the AOM scanning system greater versatility.
22A ist eine schematische Darstellung eines AOM 603 , der wenigstens zwei Wandler 70A und 70B verwendet,
um die Auswahl der Richtung der sich durch das Medium des AOM 60 fortpflanzenden
Schallwelle zu erlauben, um einen Strahl abzulenken, der senkrecht
zu der AOM-Eintrittsoberfläche
ist. Wie im Zusammenhang mit 22 diskutiert,
kann diese Ausführungsform
verwendet werden, um den Beugungswirkungsgrad zu erhöhen, den
Beugungswinkelbereich zu erhöhen,
indem eine höhere
kombinierte Frequenz bereitgestellt wird, oder die Anwendbarkeit
erhöht
wird, indem Wandler unterschiedlicher Größe verwendet werden. Fachleute
werden auch feststellen, dass wenn der Eingangsstrahl 72 näher an einem
jeden der Wandler ist, die Reaktionszeit des AOM 603 geringfügig erhöht sein
kann. 22A is a schematic representation of an AOM 60 3 , the at least two transducers 70A and 70B used to select the direction of going through the medium of the AOM 60 allow propagating sound wave to deflect a beam which is perpendicular to the AOM entrance surface. As related to 22 As discussed, this embodiment can be used to increase the diffraction efficiency, increase the diffraction angle range by providing a higher combined frequency, or increase applicability by using different sized transducers. Professionals will also notice that when the input beam 72 Closer to each of the transducers is the response time of the AOM 60 3 may be slightly increased.
23A und 23B sind
schematische Darstellungen, die die Wirkung von wenigstens zwei
Wandlern 70A und 70B zeigt, die mit verschiedenen
Frequenzen auf dem AOM 60 innerhalb überlappender Wandlermodulationsbereiche
propagieren. 23A zeigt beispielhaft verschiedene
Frequenzen, die durch den AOM 60 propagieren, wenn die
Wandler 70A und 70B gleichzeitig „ON" sind, und 23B zeigt das Potential, Beugung innerhalb des
AOM 60 zu erzeugen, die die Kombination der zwei Quellen
ist. 23A and 23B are schematic representations showing the effect of at least two transducers 70A and 70B shows that with different frequencies on the AOM 60 propagate within overlapping transducer modulation ranges. 23A shows by way of example different frequencies, which by the AOM 60 propagate when the transducers 70A and 70B simultaneously "ON", and 23B shows the potential, diffraction within the AOM 60 which is the combination of the two sources.
In
bestimmten beispielhaften Fällen,
wie beispielsweise wenn sowohl die Wandler 70 „ON" sind als auch der
erste Wandler 70A das Zweifache der Frequenz des zweiten
Wandlers 70B bereitstellt, kann die beugende Kombination
der zwei Frequenzen in dem Medium von dem AOM 60 jenseits
der Frequenzbeschränkungen
der unabhängigen
AOM-RF-Treiber 66 liegen, die sie selbst erzeugen, und
jenseits der Frequenzbeschränkungen
von einem jeden der Wandler 70 zu erzeugen, die sie selbst
erzeugen, (infolge der mechanischen Beschränkungen des Wandlers und der
elektrischen Beschränkungen
des RF-Leistungsverstärkers). Derartige
Frequenzkombinationen können
dazu führen,
eine höhere
winkelige Strahlpositionierungsauflösung oder höhere Bragg-Winkel zu erreichen,
als sie für
Ausführungsformen
verfügbar
sind, die einzelne RF-Treiber 66 verwenden, die die einzelnen
Wandler 70 antreiben. Fachleute werden auch anerkennen,
dass für
einige Ausführungsformen
die Wandler 70 so angeordnet sein können, dass die Wandlermodulationsbereiche 116 parallel
sind, statt sich zu überlappen.
Bei derartigen Ausführungsformen
können
die Wandler 70 so angeordnet sein, dass sich beide auf
der gleichen Oberfläche
oder auf unterschiedlichen Oberflächen befinden.In certain exemplary cases, such as when both the transducers 70 "ON" are as well as the first converter 70A twice the frequency of the second converter 70B can provide the diffractive combination of the two frequencies in the medium from the AOM 60 beyond the frequency limitations of the independent AOM RF drivers 66 which they produce themselves and beyond the frequency constraints of each of the transducers 70 which they generate themselves (due to the mechanical limitations of the converter and the electrical limitations of the RF power amplifier). Such frequency combinations may result in achieving higher angular beam positioning resolution or higher Bragg angles than are available for embodiments that include single RF drivers 66 use the individual transducers 70 drive. Those skilled in the art will also appreciate that for some embodiments, the transducers 70 may be arranged such that the transducer modulation ranges 116 are parallel instead of overlapping. In such embodiments, the transducers 70 be arranged so that both are on the same surface or on different surfaces.
Wenigstens
zwei oder mehr Wandler 70A und 70B können auch
verwendet werden, um Mehrfach-Wellenlängen von dem gleichen Strahl
zu beugen. Unter erneuter Bezugnahme auf 22 kann
der auftreffende Laserstrahl 72 multiple Wellenlängen enthalten,
wie beispielsweise wenn Harmonische durch den Laser 64 erzeugt
werden. Beispielsweise kann, wenn der Laserstrahl 72 eine
Wellenlänge
von 355 nm aufweist, die aus 1064 nm erzeugt werden unter Verwendung
von Techniken zur Erzeugung der dritten Harmonischen, der Laserstrahl 72 Energie
von 710 nm ebenso wie 355 nm enthalten. Bei einem derartigen Fall
kann der AOM 603 als ein Wellenlängenselektor
wirken, der nur die spezifische Wellenlänge erlaubt, die der Bragg-Gleichung (7)
genügt.
Deshalb wird, wenn die ausgewählte
Frequenz des ersten Wandlers 70A auf eine Frequenz eingestellt
ist, die zur Bragg-Beugung der 355 nm-Wellenlänge führt, der 710 nm-Teil des Strahls
nicht gebeugt und wird entlang des Weges nullter Ordnung 72A wandern
wird. Fachleute werden anerkennen, dass die Verwendung eines Laserausgangs
mit multiplen ausgewählten
Wellenlängen
für einige
Laseranwendungen vorteilhaft ist, so kann ein Verfahren, bei dem
zwei Wellenlängen
zu der Arbeitsoberfläche
wandern, wünschenswert
sein. Entsprechend kann, zusätzlich
zum Einstellen des ersten Wandlers 70A, um der Bragg-Gleichung
für die
erste Wellenlänge
zu genügen,
ein Fachmann den zweiten Wandler 70B so einstellen, dass
er der Bragg-Gleichung für
die zweite Wellenlänge
genügt,
wodurch beide Wellenlängen
in dem Weg 72B erster Ordnung propagieren.At least two or more transducers 70A and 70B can also be used to diffract multiple wavelengths from the same beam. Referring again to 22 can the incident laser beam 72 contain multiple wavelengths, such as when harmonics through the laser 64 be generated. For example, if the laser beam 72 has a wavelength of 355 nm generated from 1064 nm using third harmonic generation techniques, the laser beam 72 Energy of 710 nm as well as 355 nm included. In such a case, the AOM 60 3 act as a wavelength selector allowing only the specific wavelength that satisfies the Bragg equation (7). Therefore, when the selected frequency of the first converter 70A is set to a frequency that results in Bragg diffraction at the 355 nm wavelength, the 710 nm portion of the beam is not diffracted and becomes along the zero order path 72A will wander. Those skilled in the art will appreciate that the use of a laser output with multiple selected wavelengths is advantageous for some laser applications Thus, a method in which two wavelengths travel to the work surface may be desirable. Accordingly, in addition to adjusting the first converter 70A to satisfy the Bragg equation for the first wavelength, one skilled in the art will understand the second transducer 70B adjust so that it satisfies the Bragg equation for the second wavelength, whereby both wavelengths in the path 72B propagate first order.
23C ist eine schematische Darstellung, die die
Wirkungen von wenigstens zwei Wandlern 70 zeigt, die mit
unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet sind, um den Strahlenpositionierungsbereich in
einer einzelnen Cartesischen Achse zu vergrößern. Unter Bezugnahme auf 20-20C und 23A-23C ist der zweite Wandler 70B mit einem
Tilt-Winkel 132 bezüglich
des ersten Wandlers 70A angeordnet, so dass ihre entsprechenden
Wandlermodulationsbereiche 116b und 116a nicht
zueinander parallel sind, sondern durch den Strahlengang 72 in
der gleichen Ebene hindurchtreten, so dass sie den Ausgangs- oder
Ablenkungswinkel in der gleichen Cartesischen Achse modulieren.
Die Wandler 70A und 70B sind bevorzugterweise
so angeordnet, dass ihre entsprechenden Wandlermodulationsbereiche 116a und 116b nicht überlappend
sind, aber eine Überlappung
ist erlaubt und kann unter einigen Umständen wünschenswert sein. 23C is a schematic representation showing the effects of at least two transducers 70 which are arranged at different angles to each other to increase the beam positioning area in a single Cartesian axis. With reference to 20 - 20C and 23A - 23C is the second converter 70B with a tilt angle 132 with respect to the first converter 70A arranged so that their corresponding transducer modulation ranges 116b and 116a are not parallel to each other, but through the beam path 72 pass in the same plane so that they modulate the initial or deflection angle in the same Cartesian axis. The transducers 70A and 70B are preferably arranged such that their respective transducer modulation ranges 116a and 116b are not overlapping, but overlap is allowed and may be desirable under some circumstances.
Fachleute
werden anerkennen, dass der zweite Wandler 70B alternativ
auf der gegenüberliegenden Wandleroberfläche 138 angeordnet
sein kann, wenn er mit dem entsprechenden Tilt- Winkel 132 versehen ist. Der
Tilt-Winkel 132 des zweiten Wandlers 70B kann
jedoch so ausgewählt
sein, dass die gebeugte Ordnung des zweiten Wandlers 70B von
der gebeugten Ordnung des ersten Wandlers 70A versetzt
ist, um das Platzieren der Wandler nahe entlang der gleichen Seite
des AOM 603 zu erlauben.Professionals will recognize that the second converter 70B alternatively on the opposite transducer surface 138 can be arranged when using the appropriate tilt angle 132 is provided. The tilt angle 132 of the second converter 70B however, may be selected such that the diffracted order of the second transducer 70B from the bent order of the first transducer 70A is offset to placing the transducer close to the same side of the AOM 60 3 to allow.
In
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist der erste Wandlermodulationsbereich 116a parallel zu der
Strahleintrittsoberfläche 52 und
der zweite Wandlermodulationsbereich 116b ist parallel
zu der Strahlaustrittsoberfläche 54,
so dass die Strahleintrittsoberfläche 52 und die Strahlaustrittsoberfläche 54 nicht
parallel sind. In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist einer der
Wandlermodulationsbereiche 116 parallel zu der Strahleintrittsoberfläche 52 und
der Strahlaustrittsoberfläche 54,
so dass die Strahleintrittsoberfläche 52 und die Strahlaustrittsoberfläche 54 parallel
sind. In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist einer der
Wandlermodulationsbereiche 116 parallel zu der Strahleintrittsoberfläche 52 und
die Strahlaustrittsoberfläche 54 kann
einen Winkel aufweisen, der ein Mittel von 90 Grad und 90 Grad ± dem Tilt-Winkel 132 ist,
oder kann ein anderer Winkel zwischen 90 Grad und 90 Grad ± dem Tilt-Winkel 132 sein.
Alternativ kann die Strahleintrittsoberfläche 52 bezüglich des
ersten Wandlermodulationsbereiches 116a winkelig sein,
und die Strahlaustrittsoberfläche 54 kann
parallel zu dem zweiten Wandlermodulationsbereich 116b sein.In some preferred embodiments, the first transducer modulation range is 116a parallel to the beam entry surface 52 and the second converter modulation area 116b is parallel to the beam exit surface 54 so that the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 are not parallel. In other preferred embodiments, one of the transducer modulation ranges is 116 parallel to the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 so that the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 are parallel. In still other preferred embodiments, one of the transducer modulation ranges is 116 parallel to the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 may have an angle that is a mean of 90 degrees and 90 degrees ± the tilt angle 132 is, or can be another angle between 90 degrees and 90 degrees ± the tilt angle 132 be. Alternatively, the jet entry surface 52 with respect to the first converter modulation range 116a be angular, and the beam exit surface 54 may be parallel to the second transducer modulation range 116b be.
Der
AOM 603 kann winkelig geschnitten
sein, um den Tilt-Winkel 132 für den zweiten Wandler 70B bereitzustellen,
indem die Wandleroberfläche 136b oder
benachbarte Oberfläche 136a auf
den erwünschten Winkel
geräumt
oder gefräst
werden, abhängig
vom AOM-Material.
Diese Techniken sind in der sich mit optischem Material/Vorrichtungen
befassenden Industrie zusammen mit anderen Techniken bekannt, um
Präzisionsoberflächen zu
erreichen. Obwohl die Wandleroberfläche 136b so gezeigt
ist, dass sie sich nach außen von
der Wandleroberfläche 136a erstreckt,
werden Fachleute anerkennen, dass die Wandleroberfläche 136b in
geeigneter Weise funktionieren würde,
wenn sie sich um den gleichen Tilt-Winkel 132 nach innen
erstrecken würde.The AOM 60 3 can be cut at an angle to the tilt angle 132 for the second converter 70B provide by the transducer surface 136b or adjacent surface 136a be cleared or milled to the desired angle, depending on the AOM material. These techniques are well known in the optical material / device industry together with other techniques to achieve precision surfaces. Although the transducer surface 136b is shown as being outward from the transducer surface 136a Experts will recognize that the transducer surface 136b would work properly if they were at the same tilt angle 132 would extend inside.
In
den meisten Ausführungsformen
ist der Tilt-Winkel 132 ein kleiner Winkel, typischerweise
nicht größer als
5 Grad, und bevorzugterweise weniger als etwa 2,5-3 Grad. In den
meisten Ausführungsformen
ist der Tilt-Winkel 132 typischerweise größer als
etwa 0,1 Grad und be vorzugterweise größer als 0,3 Grad oder 0,5 Grad. 23C zeigt einen beispielhaften Tilt-Winkel 132 von
etwa 1 Grad.In most embodiments, the tilt angle is 132 a small angle, typically no greater than 5 degrees, and more preferably less than about 2.5-3 degrees. In most embodiments, the tilt angle is 132 typically greater than about 0.1 degrees and preferably greater than 0.3 degrees or 0.5 degrees. 23C shows an exemplary tilt angle 132 of about 1 degree.
Der
AOM 603 ist bevorzugterweise auf
dem Strahlengang 72 angeordnet, so dass der Strahlengang 72 auf
den AOM 603 mit einem Eintrittswinkel 114 oder 114a auftrifft,
der bezüglich
der Strahleintrittsoberfläche 52 oder
dem ersten Wandlermodulationsbereich 116a gleich dem Bragg-Winkel
oder nahe daran ist. Fachleute werden anerkennen, dass die Frequenz
des an dem ersten Wandler 70A angelegten RF-Signals eingestellt werden
kann oder kalibriert werden kann, um geringfügige unabsichtliche Abweichungen
der Ausrichtung zu kompensieren.The AOM 60 3 is preferably on the beam path 72 arranged so that the beam path 72 on the AOM 60 3 with an entrance angle 114 or 114a incident, with respect to the jet entry surface 52 or the first transducer modulation range 116a equal to or near the Bragg angle. Professionals will recognize that the frequency of the first converter 70A applied RF signal can be adjusted or calibrated to compensate for minor unintentional deviations of the orientation.
Wann
immer das Abtasten entlang des Strahlenganges 72a1 oder
seinem verbundenen Abtastbereich 134a1 (auf
einen minimalen wünschenswerten
Bragg-Wirkungsgrad) erwünscht
ist, wird der erste Wandler 70A durch ein RF-Signal mit
einer Frequenz aktiviert, die der Bragg-Bedingung genügt oder in etwa genügt, so dass der
Strahlengang 72 zu einem erwünschten Austrittswinkel 118a1 innerhalb des Abtastbereiches 134a1 abgelenkt wird, so dass der Strahlengang 72a1 auf das Werkstück 80 an einer erwünschten
Strahlposition 142 (27)
auftrifft, die von ihrer nominalen oder ursprünglichen Strahlposition verschoben
ist. Die Frequenz des RF-Signals, das an dem ersten Wandler 70A angelegt
ist, würde
angepasst sein, um den erwünschten
Austrittswinkel 118a1 innerhalb
des Abtastbereiches 134a1 zu bestimmen,
und die Amplitude des RF-Signals, das an dem ersten Wandler 70A angelegt
ist, könnte
auch angepasst werden auf eine erwünschte Amplitude, um die Strahlleistung
oder -energie zu steuern. Weiterhin wird, wann immer ein Abtasten
entlang des Strahlenganges 72a1 oder
seinem assoziierten Abtastbereich 134a1 erwünscht ist,
bevorzugterweise kein RF-Signal an dem zweiten Wandler 70B angelegt,
so dass der zweite Wandlermodulationsbereich 116b im Allgemeinen
den Austrittswinkel 118a1 des Strahlenganges 72a1 nicht beeinflusst. Bei einigen Ausführungsformen
kann es jedoch wünschenswert
sein, den Tilt-Winkel 132 so einzustellen, dass der Strahlengang
erster Ordnung oder höherer
Ordnung, der durch den zweiten Wandler 70B erzeugt ist,
mit dem Strahlengang 72a1 ausgerichtet
ist, wobei in diesem Fall der zweite Wandler 70B bei voller
Amplitude und einer RF-Frequenz angeregt werden würde, um
der Bragg-Bedingung zu genügen.Whenever scanning along the beam path 72a 1 or its connected scan area 134a 1 (to a minimum desirable Bragg efficiency) is desired, the first converter 70A activated by an RF signal with a frequency that satisfies or nearly satisfies the Bragg condition, so that the beam path 72 to a desired exit angle 118a 1 within the scanning range 134a 1 is deflected so that the beam path 72a 1 on the workpiece 80 at a desired beam position 142 ( 27 ) which is shifted from its nominal or original beam position. The frequency of the RF signal at the first transducer 70A applied, would be adjusted to the desired exit angle 118a 1 within the scanning range 134a 1 and the amplitude of the RF signal applied to the first transducer 70A could also be adjusted to a desired amplitude to control the beam power or energy. Furthermore, whenever scanning along the beam path 72a 1 or its associated scan area 134a 1 is desired, preferably no RF signal to the second transducer 70B created so that the second transducer modulation range 116b generally the exit angle 118a 1 of the beam path 72a 1 unaffected. However, in some embodiments, it may be desirable to have the tilt angle 132 to adjust so that the beam path of first order or higher order, by the second transducer 70B is generated, with the beam path 72a 1 is aligned, in which case the second transducer 70B at full amplitude and an RF frequency would be excited to satisfy the Bragg condition.
Wann
immer ein Abtasten jenseits des Abtastbereiches 134a1 und innerhalb eines Abtastbereiches 134a2 erwünscht ist, der sich aus dem
gleichzeitigen kooperativen Betrieb der Wand ler 70A und 70B ergibt, werden
die Wandler 70A und 70B durch entsprechende RF-Signale
bei entsprechenden Frequenzen aktiviert, die der Bragg-Bedingung
genügen
oder fast genügen,
so dass der Strahlengang 72 mit einem erwünschten Austrittswinkel 118a2 innerhalb des Abtastbereiches 134a2 abgelenkt wird, so dass der Strahlengang 72a2 mit einem kooperativen Ablenkungswinkel
(oder kooperativen Ablenkungsfortpflanzungsrichtung) 128a2 , um auf das Werkstück 80 an einer erwünschten
Strahlposition 142 aufzutreffen, die jenseits des Abtastbereiches 134a1 ist. Die Frequenz des an dem zweiten
Wandler 70B angelegten RF-Signals würde angelegt werden, um den
erwünschten
Austrittswinkel 118a2 innerhalb
des Abtastbereiches 134a2 zu bestimmen.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
würde der
zweite Wandler 70B bei voller Amplitude angeregt werden
und die Amplitude des an dem ersten Wandler 70A angelegten
RF-Signals könnte
angepasst werden auf eine erwünschte Amplitude,
um die Strahlleistung oder -energie zu steuern.Whenever scanning beyond the scanning area 134a 1 and within a scanning range 134a 2 is desired, the ler from the simultaneous cooperative operation of the wall 70A and 70B results are the transducers 70A and 70B activated by corresponding RF signals at appropriate frequencies that meet or almost meet the Bragg condition, so that the beam path 72 with a desired exit angle 118a 2 within the scanning range 134a 2 is deflected so that the beam path 72a 2 with a cooperative deflection angle (or cooperative deflection propagation direction) 128a 2 to work on the workpiece 80 at a desired beam position 142 which are beyond the scanning range 134a 1 is. The frequency of the second converter 70B applied RF signal would be applied to the desired exit angle 118a 2 within the scanning range 134a 2 to determine. In some preferred embodiments, the second transducer would 70B be excited at full amplitude and the amplitude of the at the first transducer 70A applied RF signal could be adjusted to a desired amplitude to control the beam power or energy.
Obwohl
bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
die Wandler 70A und 70B identisch sein können und
durch identische variabel steuerbare RF-Treiber 66 angeregt
werden könnten,
wie zuvor beschrieben, können
in einigen bevorzugten Ausführungsformen
die Wandler 70A und 70B und ihre verbundenen RF-Treiber 66 verschiedene
Betriebscharakteristiken oder -parameter aufweisen. Insbesondere
kann bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der erste Wandler 70A eine
geringere Größe aufweisen
und bei einer höheren Frequenz
arbeiten als der zweite Wandler 70B, so dass der erste
Wandlermodulationsbereich 116a einen größeren Bragg-Winkelbereich bereitstellen
könnte
als der zweite Wandlermodulationsbereich 116b.Although in some preferred embodiments, the transducers 70A and 70B can be identical and by identical variably controllable RF driver 66 may be excited as described above, in some preferred embodiments, the transducers 70A and 70B and their associated RF drivers 66 have different operating characteristics or parameters. In particular, in some preferred embodiments, the first transducer 70A have a smaller size and operate at a higher frequency than the second converter 70B such that the first transducer modulation range 116a could provide a larger Bragg angular range than the second transducer modulation range 116b ,
Obwohl
die Abtastwinkelbereiche 134a1 und 134a2 hinunter bis zu 0 % Bragg-Wirkungsgrad
reichen können,
werden beispielhafte Abtastbereiche 134 nur hinunter bis
zu 20 % Bragg-Wirkungsgrad
oder hinunter zu 50 % Bragg-Wirkungsgrad oder bis hinunter zu 80
% Bragg-Wirkungsgrad
verwendet (wie grob in 23C dargestellt).
In einem Beispiel, wie in 23C dargestellt,
ist die auftreffende Bragg-Bedingung 1,2 Grad für den ersten Wandler 70A und
die auftreffende Bragg-Bedingung 0,2 Grad für den zweiten Wandler 70B,
wie durch die entsprechenden Strahlengänge 72a1 und 72a2 dargestellt.Although the scanning angle ranges 134a 1 and 134a 2 down to 0% Bragg efficiency can become exemplary sample ranges 134 just down to 20% Bragg efficiency or down to 50% Bragg efficiency or down to 80% Bragg efficiency (as roughly used in 23C shown). In an example, like in 23C As shown, the incident Bragg condition is 1.2 degrees for the first transducer 70A and the incident Bragg condition 0.2 degrees for the second transducer 70B as through the corresponding beam paths 72a 1 and 72a 2 shown.
23D ist eine schematische Darstellung einer alternativen
Ausführungsform,
die die Wirkungen zeigt, wenn zwei Wandler 70A und 70B mit
einem Tilt-Winkel 132 zueinander ange ordnet sind, um den
Strahlpositionierungsbereich zu vergrößern. Unter Bezugnahme auf 23D können,
bei einigen bevorzugten Ausführungsformen,
die Wandler 70A und 70B angeordnet sein, so dass
ihr entsprechender Tilt-Winkel/ihre entsprechenden Tilt-Winkel 132 und
die Wandlermodulationsbereiche 116 ausgerichtet sind, um
einen gemeinsamen Strahlengang nullter Ordnung 72b bereitzustellen. 23D Figure 4 is a schematic representation of an alternative embodiment showing the effects when two transducers 70A and 70B with a tilt angle 132 are arranged to each other to increase the beam positioning range. With reference to 23D For example, in some preferred embodiments, the transducers may be used 70A and 70B be arranged so that their corresponding tilt angle / their corresponding tilt angle 132 and the transducer modulation areas 116 are aligned to a common beam path zeroth order 72b provide.
Der
Tilt-Winkel 132b und die Frequenz der an dem Wandler 70B angelegten
RF-Signals werden angepasst, um einen Strahlengang 72a2 von dem Wandlermodulationsbereich 116b mit
einem Abtastbereich 134a2 bereitzustellen,
der dem Abtastbereich 134a1 des
Strahlenganges erster Ordnung 72a2 ,
der durch den Wandlermodulationsbereich 116b bereitgestellt
ist, benachbart ist oder mit diesem überlappt. In einem derartigen
Beispiel wird, wann immer ein Austrittswinkel 118a1 innerhalb
des Abtastbereiches 134a1 erwünscht ist, der
Wandler 70A mit der erwünschten
Frequenz und Amplitude moduliert, während der Wandler 70B effektiv auf „OFF" geschaltet ist,
wie zuvor bezüglich
einer der Techniken für
vollständige
Extinktion beschrieben, wie beispielsweise einfaches Ändern der
Frequenz, um keinen wirksamen Bragg-Wirkungsgrad bereitzustellen. Wann
immer ein Austrittswinkel 118a2 innerhalb
des Abtastbereiches 134a2 erwünscht ist,
wird der Wandler 70B mit der erwünschten Frequenz und Amplitude
moduliert, während
der Wandler 70A effektiv auf „OFF" geschaltet ist. Bei einigen Ausführungsformen
kann der Strahlengang nullter Ordnung durch den AOM 603 verwendet werden als der Arbeitsstrahlengang,
um einen Abtastbereich ähnlich
dem des Abtastbereiches 134a1 , etwa
des Strahlenganges nullter Ordnung, bereitzustellen und der Tilt-Winkel 132 und
die an dem Wandler 70B angelegte Frequenz könnten eingestellt
werden, um einen Abtastbereich 134a2 bereitzustellen,
der dem Abtastbereich 134a1 benachbart
ist oder diesen überlappt.The tilt angle 132b and the frequency of the transducer 70B Applied RF signal are adjusted to a beam path 72a 2 from the converter modulation area 116b with a scanning area 134a 2 provide the scanning area 134a 1 the beam path of the first order 72a 2 passing through the transducer modulation area 116b is provided, adjacent or overlapped with this. In such an example, whenever an exit angle 118a 1 within the scanning range 134a 1 is desired, the converter 70A with the desired frequency and amplitude modulated while the converter 70B is effectively switched to "OFF" as previously described with respect to one of the techniques for complete extinction, such as simply changing the frequency to not provide effective Bragg efficiency, whenever an exit angle 118a 2 within the scanning range 134a 2 is desired, the converter 70B with the desired frequency and amplitude modulated while the converter 70A is effectively "OFF." In some embodiments, the zero order beam path may be through the AOM 60 3 be used as the working beam path to a scanning range similar to that of the scanning range 134a 1 . about the zero order beam path, and provide the tilt angle 132 and the on the converter 70B applied frequency could be adjusted to a sampling range 134a 2 provide the scanning area 134a 1 is adjacent or overlapping it.
Der
zweite Wandler 70B mit dem Tilt-Winkel 132 kann
ebenfalls verwendet werden, um einen zweiten Strahl zu produzieren,
wobei die an den Wandlern 70A und 70B angelegten
Frequenzen so konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig zwei auflösbare Strahlpunkte
bereitstellen. Die Amplitude des an dem Wandler 70A angelegten
RF-Signals (wobei der Wandler 70B ein Vollamplitudensignal
erhält)
kann verwendet werden, um den Leistungsinhalt beider Strahlen zu
steuern. Alternativ können
die an beiden Wandlern 70A und 70B angelegten Amplituden
gesteuert werden.The second converter 70B with the tilt angle 132 can also be used to produce a second beam, with those on the transducers 70A and 70B applied frequencies are configured to simultaneously provide two resolvable beam spots. The amplitude of the on the converter 70A applied RF signal (the transducer 70B receives a full amplitude signal) can be used to control the power content of both beams. Alternatively, the on both transducers 70A and 70B applied amplitudes are controlled.
Die
Verwendung des zweiten Wandlers 70B mit einem Tilt-Winkel 132 kann,
deshalb, verwendet werden, um den Gesamtabtastbereich zu vergrößern, während Verluste
infolge Bragg-Wirkungsgradbeschränkungen
begrenzt, und um andere Vorteile bereitzustellen, ähnlich den
bezüglich
der 20A-20C beschriebenen.
Fachleute werden anerkennen, dass ein derartiger zweiter Wandler 70B und
der Tilt-Winkel 132 verwendet werden können, um den Ablenkungswinkel
auf einer jeden oder beiden Cartesischen Achsen zu steuern.The use of the second converter 70B with a tilt angle 132 can, therefore, be used to increase the overall scanning range while limiting losses due to Bragg efficiency limitations, and to provide other advantages similar to those of the 20A - 20C described. Those skilled in the art will recognize that such a second converter 70B and the tilt angle 132 can be used to control the deflection angle on either or both Cartesian axes.
23E ist eine schematische Darstellung, die die
Vorteile zeigt, wenn mehrere Wandler 70 mit verschiedenen
Winkeln an einer AOM-Seite angeordnet sind (bezüglich der Ebene der Wandleroberfläche 136a des
Wandlers 70A), um den Strahlpositionierungsbereich zu vergrößern, und 23F zeigt eine Vergrößerung eines Teils von 23E. Unter Bezugnahme auf 23C-23F kann das Konzept des Tilt-Winkels 132 auf die
Verwendung von multiplen getilteten Wandlern 70A-70F in
Serie erstreckt werden, um den Abtastbereich des AOM 603 entlang einer einzelnen Cartesischen
Achse weiter zu verlängern. 23E is a schematic diagram showing the advantages when multiple transducers 70 are arranged at different angles on an AOM side (with respect to the plane of the transducer surface 136a of the converter 70A ) to increase the beam positioning area, and 23F shows an enlargement of a part of 23E , With reference to 23C - 23F can the concept of the tilt angle 132 on the use of multiple tilted converters 70A - 70F be extended in series to the sampling range of the AOM 60 3 continue to extend along a single Cartesian axis.
Wie
zuvor bezüglich 23C diskutiert, ist der Eingangsstrahlengang 72 zu
dem AOM 603 so eingestellt, dass
ein erwünschter
Bragg-Winkel erreicht wird, um eine wünschenswerte Entfernung zwischen
dem Strahlengang nullter Ordnung 72b und dem Strahlengang
erster Ordnung 72a1 des ersten
Wandlers 70A zu erlauben. Frequenzmodulation des ersten
Wandlers 70A geringfügig
in eine jeden Richtung wird den erlaubbaren Abtastwinkelberich 134a1 für
den Strahl erster Ordnung ergeben, der von der Schallwelle gebeugt
wird, die durch den Wandler 70A in dem ersten Wandlermodulationsbereich 116a erzeugt
wurde. 23E stellt ein Beispiel dar,
das einen Strahl mit einer Wellenlänge von 355 nm und einer Schallgeschwindigkeit
von 650 m/s verwendet mit etwa ± 0,2 Grad als einen wünschenswerten
maximalen Abtastwinkelbereich 134a1 .
Ein beispielhafter Abtastwinkelbereich 134a1 von ± 0,1 Grad
könnte
jedoch alternativ verwendet werden und würde einen höheren Beugungswirkungsgrad
bereitstellen, entsprechend nur einem 20%-igen Verlust an Wirkungsgrad
beim Maximum von 0,1 Grad entfernt der Bragg-Bedingung.As before regarding 23C discussed is the input beam path 72 to the AOM 60 3 is set to achieve a desired Bragg angle to a desirable distance between the zero order beam path 72b and the first order beam path 72a 1 of the first converter 70A to allow. Frequency modulation of the first converter 70A slightly in either direction becomes the allowable scanning angle 134a 1 for the first order beam diffracted by the sound wave passing through the transducer 70A in the first converter modulation area 116a was generated. 23E Fig. 10 illustrates an example using a beam having a wavelength of 355 nm and a sound velocity of 650 m / s at about ± 0.2 degrees as a desirable maximum scanning angle range 134a 1 , An exemplary scan angle range 134a 1 however, of ± 0.1 degrees could alternatively be used and provide a higher diffraction efficiency, corresponding to only a 20% loss of efficiency at the maximum of 0.1 degrees away from the Bragg condition.
Um
den Bereich zu vergrößern, kann
der zweite Wandler 70B mit einem Tilt-Winkel 132b geneigt
sein (bezüglich
der Ebene der Wandleroberfläche
des ersten Wandlers 70A) der äquivalent ist zu: tilt = Ankommender Bragg-Winkel – Trennwinkel (9)wobei der
ankommende Bragg-Winkel der Bragg-Winkel des ersten Wandlers 70A ist
und der Trennwinkel die Menge an erwünschtem Überlappen zwischen dem Abtastwinkel 134 des
zweiten Wandlers 70B mit dem des ersten Wandlers 70A definiert.
Dies kann dargestellt als Beugungswirkungsgrad in 23E gesehen werden.To enlarge the area, the second transducer can be used 70B with a tilt angle 132b be inclined (with respect to the plane of the transducer surface of the first transducer 70A ) which is equivalent to: tilt = Incoming Bragg angle - separation angle (9) wherein the incoming Bragg angle is the Bragg angle of the first transducer 70A and the separation angle is the amount of desired overlap between the scan angle 134 of the second converter 70B with that of the first converter 70A Are defined. This can be represented as diffraction efficiency in 23E be seen.
Im
Falle von 23E ist der ankommende Bragg-Winkel
auf 1,4 Grad eingestellt, was erhalten wird unter Verwendung eines
AOM-Materials mit einer Schallgeschwindigkeit von 650 m/s, einer
Lichtwellenlänge von
355 nm und einer RF-Frequenz von 90 MHz, die an dem ersten Wandler 70A angelegt
ist. Wenn eine Trennung von 0,2 Grad für den Überlapp des Beugungsstrahles
erwünscht
ist, der sich aus dem zweiten Wandler 70B ergibt, dann
wird ein Tilt-Winkel 132 von 1,2 Grad verwendet. Die Frequenz
des an dem zweiten Wandler 70B angelegten RF-Signals würde dann
auf etwa 12,8 MHz eingestellt sein, um den Bragg-Winkel von 0,2 Grad
zu produzieren. Diese Frequenz kann kalibriert werden, indem der
maximale Beugungswirkungsgrad gefunden wird, um Herstellungstoleranzen
bei der Präzisionsherstellung
von einem jeden der Wandler 70 oder einen jeden entsprechenden
Tilt-Winkel 132 auf dem AOM 603 zu
mildern. Da der erste Wandler 70A so eingestellt ist, dass
er einen Ausgangsstrahl mit einem Austrittswinkel 118a1 von 1,8 Grad aufweist, der auf den zweiten
Wandlermodulationsbereich 116b auftrifft, der durch den
Tilt-Winkel 132b des zweiten Wandlers 70B von
1,2 Grad bedingt wird, passt die Bragg-Bedingung von 0,2 Grad für den zweiten
Wandler 70B. In diesem Falle wird, wenn der Bereich jenseits
des Abtastwinkelbereiches 134a1 des
ersten Wandlers 70A erwünscht ist,
dann der erste Wandler 70A verwendet, um eine Beugung mit
einer erwünschten
Amplitude und RF-Frequenz zu verursachen, die der Bragg-Gleichung
für den
Wandler 70A genügt.
Der sich ergebende Strahlengang 72a1 wird
dann durch den zweiten Wandler 70B gebeugt, der bei voller
Amplitude und einer Frequenz betrieben wird, bei der der erwünschte Austrittswinkel 118a2 und der kooperative Ablenkungswinkel 128a2 erreicht werden zum Positionieren
des Strahlpunktes auf dem Werkstück 80.In case of 23E For example, the incoming Bragg angle is set to 1.4 degrees, which is obtained using an AOM material with a sonic velocity of 650 m / s, a 355 nm light wavelength, and an RF frequency of 90 MHz connected to the first transducer 70A is created. If a separation of 0.2 degrees is desired for the overlap of the diffraction beam resulting from the second transducer 70B results, then becomes a tilt angle 132 used by 1.2 degrees. The frequency of the second converter 70B applied RF signal would then be set at about 12.8 MHz to produce the Bragg angle of 0.2 degrees. This frequency can be calibrated by finding the maximum diffraction efficiency to achieve manufacturing tolerances in the precision manufacturing of each of the transducers 70 or any corresponding tilt angle 132 on the AOM 60 3 to mitigate. Because the first converter 70A is set to have an output beam with an exit angle 118a 1 of 1.8 degrees to the second transducer modulation range 116b that hits through the tilt angle 132b of the second converter 70B of 1.2 degrees, the Bragg condition of 0.2 degrees fits the second transducer 70B , In this case, if the range is beyond the scanning angle range 134a 1 of the first converter 70A is desired, then the first transducer 70A used to diffract with a desired amplitude and RF fre to cause the Bragg equation for the converter 70A enough. The resulting beam path 72a 1 is then through the second converter 70B diffracted, which operates at full amplitude and a frequency at which the desired exit angle 118a 2 and the cooperative deflection angle 128a 2 be achieved for positioning the beam spot on the workpiece 80 ,
Dieses
Konzept kann dann für
zusätzliche
Wandler 70C-70F erweitert werden, das Aufstellen
der Tilt-Winkel 132c-132f und der Wandlermodulationsbereiche 116c-116f so
dass die entsprechenden Abtastwinkelbereiche 134a3 -134a6 die erwünschten Beugungswirkungsgrade aufweisen.
Bei diesem Beispiel ist ein Beugungswinkel von ± 0,1 Grad erwünscht, so
dass ein Tilt-Winkel 132 von 1,0 Grad erforderlich ist,
um der Gleichung (9) zu genügen
unter Verwendung eines ankommenden Bragg-Winkels von 1,4 Grad für den ersten Wandler 70A und
einer Trennung von 0,4 Grad. Bei diesem Beispiel wird eine Trennung
von 0,4 Grad für
den Wandler 70C verwendet, da der Abtastwinkelbereich 134a2 des zweiten Wandlerbereiches 70B von ± 0,1 Grad bei
dem Trennwinkel berücksichtigt
wird. Wenn ein Winkel beim Abtasten erwünscht ist, der in den Abtastwinkelbereich 134a3 des Wandlers 70C fällt, dann
wird die RF-Leistung an dem ersten Wandler 70A angelegt,
um die an dem Werkstück 80 erwünschte Amplitude
zu steuern und bei einer Frequenz, die der Bragg-Gleichung genügt, und
die volle RF-Leistung wird an den Wandler 70F mit einer
Frequenz zwischen 19,1 MHz und 32 MHz angelegt, um den erwünschten
Austrittswinkel 118a3 und den erwünschten
kooperativen Ablenkungswinkel 128a3 für das Positionieren
des Strahls auf dem Werkstück 80 zu
erreichen. Der Wandler 70C wäre am wirksamsten bei seinem
Bragg-Winkel von 0,4 Grad bei einer Frequenz von etwa 25,6 MHz.This concept can then be used for additional converters 70C - 70F expanding, setting up the tilt angle 132c - 132f and the transducer modulation areas 116c - 116f so that the corresponding scanning angle ranges 134a 3 - 134a 6 have the desired diffraction efficiencies. In this example, a diffraction angle of ± 0.1 degrees is desired, so that a tilt angle 132 of 1.0 degree is required to satisfy the equation (9) using an incoming Bragg angle of 1.4 degrees for the first transducer 70A and a separation of 0.4 degrees. In this example, a separation of 0.4 degrees for the transducer 70C used because the scanning angle range 134a 2 of the second transducer region 70B of ± 0.1 degrees at the separation angle is taken into account. If an angle is desired in the scan that is in the scan angle range 134a 3 of the converter 70C falls, then the RF power to the first converter 70A applied to the on the workpiece 80 to control the desired amplitude and at a frequency which satisfies the Bragg equation, and the full RF power is applied to the transducer 70F applied at a frequency between 19.1 MHz and 32 MHz to the desired exit angle 118a 3 and the desired cooperative deflection angle 128a 3 for positioning the beam on the workpiece 80 to reach. The converter 70C would be most effective at its Bragg angle of 0.4 degrees at a frequency of about 25.6 MHz.
Die
gleiche Logik, die verwendet wird, um den Tilt-Winkel 132c des
Wandlers 70C aufzufinden, kann angewandt werden, um Tilt-Winkel 132 für die zusätzlichen
Wandler 70 in der Serie zu bestimmen. Bei diesem Beispiel
wird der Wandler 70D auf einen Tilt-Winkel 132d von
0,8 Grad eingestellt, was eine Bragg-Bedingung von 0,6 Grad ergibt;
der Wandler 70E wird auf einen Tilt-Winkel 132e von
0,6 Grad eingestellt, was eine Bragg-Bedingung von 0,8 Grad ergibt;
und der Wandler 70F ist auf einen Tilt-Winkel 132f von
0,4 Grad eingestellt, was eine Bragg-Bedingung von 1,0 Grad ergibt.
Wenn einer dieser vergrößerten Abtastwinkelbereiche 134 benötigt wird,
dann wird RF-Leistung an dem ersten Wandler 70A mit der
erwünschten
Amplitude und Frequenz angelegt, die der Bragg-Bedingung genügt, und
der entsprechende Wandler 70, der benötigt wird, hält die volle
RF-Leistung bei der Frequenz für
den Abtastbereich des speziellen Wandlers 70. Wie früher festgehalten
brauchen die Winkelschnitte für
die Platzierung der Wandler 70 auf dem AOM 603 nicht perfekt zu sein, so dass geringfügige Frequenzanpassungen
von den Frequenzen, die den theoretischen Bragg-Bedingungen genügen, wünschenswert
sein können.The same logic that is used to tilt the angle 132c of the converter 70C can be applied to tilt angles 132 for the additional transducers 70 to be determined in the series. In this example, the converter 70D on a tilt angle 132d of 0.8 degrees, giving a Bragg condition of 0.6 degrees; the converter 70E gets on a tilt angle 132e of 0.6 degrees, giving a Bragg condition of 0.8 degrees; and the converter 70F is on a tilt angle 132f of 0.4 degrees, giving a 1.0 degree Bragg condition. If one of these enlarged scanning angle ranges 134 is needed, then RF power is applied to the first converter 70A with the desired amplitude and frequency which satisfies the Bragg condition, and the corresponding transducer 70 needed, keeps the full RF power at the frequency for the scan range of the particular converter 70 , As noted earlier, the angle cuts need for the placement of the transducers 70 on the AOM 60 3 not to be perfect, so that slight frequency adjustments may be desirable from the frequencies that satisfy the theoretical Bragg conditions.
Zusätzlich zur
Bestimmung der Abtastbereiche auf der Grundlage minimaler wünschenswerter
Beugungswirkungsgrade kann der Fachmann ein Leistungsbudget implementieren
und Amplitudenkompensation verwenden, bevorzugterweise an dem ersten
Wandler 70A für
Bragg-Winkelwirkungsgradabweichung wie zuvor beschrieben.In addition to determining the scan ranges based on minimum desirable diffraction efficiencies, one skilled in the art may implement a power budget and use amplitude compensation, preferably at the first transducer 70A for Bragg Angular Efficiency Deviation as previously described.
Obwohl
das Beispiel abnehmende entsprechende Tilt-Winkel 132 und
entsprechende Frequenzen verwendet, während sich die entsprechenden
Entfernungen der Wandlermodulationsbereiche 116 von der Strahleintrittsoberfläche 52 erhöhen, werden
Fachleute anerkennen, dass die Wandler 70B-70F und
ihre entsprechenden Tilt-Winkel 132, die Wandlermodulationsbereiche 116 und
Frequenzen in einer anderen Reihenfolge bezüglich der Strahleintrittsoberfläche 52 angeordnet
sein können.
Beispielsweise könnten
die Wandler 70F und 70C mit ihren Tilt-Winkeln 132 und
Frequenzen positionsmäßig ausgetauscht
sein.Although the example decreasing corresponding tilt angle 132 and using corresponding frequencies as the corresponding distances of the transducer modulation ranges 116 from the jet entry surface 52 Experts will recognize that the converters 70B - 70F and their corresponding tilt angle 132 , the converter modulation areas 116 and frequencies in a different order with respect to the beam entrance surface 52 can be arranged. For example, the converters could 70F and 70C with their tilt angles 132 and frequencies are positionally exchanged.
Wie
auch zuvor diskutiert können
sich die Tilt-Winkel 132 nach innen oder nach außen erstrecken, können die
Wandler 70 versetzt und auf den im Allgemeinen gegenüberliegenden
Wandlerseiten des AOM 603 angeordnet
sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform
könnte
alternativ die Wandler 70A-70F auf den im Allgemeinen
gegenüberliegenden
Seiten anordnen, so dass sich die Wandler 70A, 70C und 70E im
Allgemeinen auf einer Seite des AOM 603 befinden
und die Wandler 70B, 70D und 70F sich
im Allgemeinen auf der anderen Seite des AOM 603 befinden.As discussed earlier, the tilt angle can be 132 extend inwards or outwards, the transducers can 70 offset and on the generally opposite converter sides of the AOM 60 3 be arranged. An advantageous embodiment could alternatively be the converter 70A - 70F Arrange on the generally opposite sides, so that the transducers 70A . 70C and 70E generally on one side of the AOM 60 3 located and the transducers 70B . 70D and 70F generally on the other side of the AOM 60 3 are located.
Wie
auch zuvor diskutiert, kann der Wandlermodulationsbereich 116a parallel
zu der Strahleintrittsoberfläche 52 sein
und der letzte serielle Wandlermodulationsbereich 116f parallel
zu der Strahlaustrittsoberfläche 54,
so dass die Strahleintrittsoberfläche 52 und die Strahlaustrittsoberfläche 54 nicht
parallel sind. In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist einer der
Wandlermodulationsbereiche 116 parallel zu der Strahleintrittsoberfläche 52 und
der Strahlaustrittsoberfläche 54,
so dass die Strahleintrittsoberfläche 52 und die Strahlaustrittsoberfläche 54 parallel
sind. In einer noch weiteren Ausführungsform ist einer der Wandlermodulationsbereiche 116 parallel
zu der Strahleintrittsoberfläche 52 und
die Strahlaustrittsoberfläche 54 kann
sich in einem Winkel befinden, der ein Durchschnitt von 90 Grad
und 90 Grad ± dem
Tilt-Winkel 132f ist, kann sich in einem Winkel befinden,
der parallel zu dem Wandlermodulationsbereich 116 sein,
der das Mittel darstellt, oder kann ein anderer Winkel zwischen
90 Grad und 90 Grad ± dem
Tilt-Winkel 132b sein. Alternativ kann die Strahleintrittsoberfläche 52 bezüglich des
ersten Wandlermodulationsbereiches 116a winkelig sein und die Strahlaustrittsoberfläche 54 kann
parallel zu dem letzten Wandlermodulationsbereich 116 sein.As also discussed previously, the transducer modulation range 116a parallel to the beam entry surface 52 and the last serial converter modulation range 116f parallel to the jet exit surface 54 so that the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 are not parallel. In other preferred embodiments, one of the transducer modulation ranges is 116 parallel to the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 so that the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 are parallel. In yet another embodiment, one of the transducer modulation ranges 116 parallel to the beam entry surface 52 and the jet exit surface 54 can be at an angle that is an average of 90 degrees and 90 degrees ± the tilt angle 132f is, can at an angle parallel to the transducer modulation range 116 being the means, or can another angle between 90 degrees and 90 degrees ± the tilt angle 132b be. Alternatively, the jet entry surface 52 with respect to the first converter modulation range 116a be angular and the jet exit surface 54 can be parallel to the last transducer modulation range 116 be.
Fachleute
werden anerkennen, dass große
Anzahlen von seriell geneigten Wandlern 70 verwendet werden
können,
abhängig
von dem wünschenswerten
Gesamtabtastbereich, dem Tilt-Winkel 132,
der relativen Positionierungsanordnungen und Reihenfolge, der Größe der Wandler 70,
den Eigenschaften des AOM-Materials, irgendwelchen Größenlimitierungen
des AOM 603 bezüglich der Herstellung oder
Systemausrichtung, oder jeglichen anderen Variablen, die den Fachleuten
auf dem Gebiet bekannt sind. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen
werden zwei bis fünf
oder zwei bis zehn getiltete Wandler 70 verwendet. In anderen
beispielhaften Ausführungsformen
werden wenigstens drei getiltete Wandler 70 oder mehr als
15 Wandler 70 verwendet. Bei diesen beispielhaften Ausführungsformen
kann der Wandler AOM 603 noch weniger
als einige wenige Zoll lang sein oder weniger als 10 cm lang sein,
kann aber länger
sein, sofern erwünscht.Professionals will recognize that large numbers of serially inclined transducers 70 can be used, depending on the desirable overall scanning range, the tilt angle 132 , the relative positioning arrangements and order, the size of the converter 70 , the properties of the AOM material, any size limitations of the AOM 60 3 in terms of manufacturing or system alignment, or any other variables known to those skilled in the art. In some example embodiments, two to five or two to ten tilted transducers are used 70 used. In other exemplary embodiments, at least three tilted converters are used 70 or more than 15 transducers 70 used. In these exemplary embodiments, the converter may be AOM 60 3 even less than a few inches long or less than 10 cm in length, but may be longer, if desired.
Obwohl
bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
die Wandler 70A-70F identisch sein können und durch
identische variabel steuerbare RF-Treiber 66 angeregt werden
können,
wie zuvor diskutiert, können
bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
die Wandler 70A-70F und ihre verbundenen RF-Treiber 66 verschiedene
Betriebscharakteristiken oder -parameter aufweisen. Insbesondere
können,
in einigen bevorzugten Ausführungsformen,
die Wandler 70 mit entsprechend größerem Tilt-Winkel 132 (bezüglich der
Ebene der Wandleroberfläche
des Wandlers 70A) entsprechend größere Größen aufweisen und bei entsprechend
niedrigeren Frequenzen arbeiten als entsprechend kleinere Wandler 70.Although in some preferred embodiments, the transducers 70A - 70F can be identical and by identical variably controllable RF driver 66 can be excited, as discussed previously, in some preferred embodiments, the transducers 70A - 70F and their associated RF drivers 66 have different operating characteristics or parameters. In particular, in some preferred embodiments, the transducers may 70 with a correspondingly larger tilt angle 132 (with respect to the plane of the transducer surface of the transducer 70A ) have correspondingly larger sizes and operate at correspondingly lower frequencies than correspondingly smaller transducers 70 ,
23G zeigt eine alternative Ausführungsform,
die mehrere getiltete Wandler 70A-70F verwendet, was
die Vorteile der Verwendung mehrerer Wandler 70 mit verschiedenen
Winkeln an einer AOM-Oberfläche zeigt,
um den Abtastbereich von einem AOM 603 in
einer einzelnen Cartesischen Achse zu verlängern. Unter Bezugnahme auf 23C-23G können die
Tilt-Winkel 132a-132f und die Frequenzen der entsprechenden
Wandler 70B-70F organisiert sein, so dass die
Strahlen nullter Ordnung gemeinsam mit dem Strahlengang nullter
Ordnung 72b gemeinsam ausgerichtet sind, so dass die Abtastbereiche 134a2 -134a6 ihre
Strahlengänge
erster Ordnung 72a1 -72a6 benachbart oder leicht überlappend
sind. Fachleute werden anerkennen, dass Wandler 70B-70F aus
Gründen
der Bequemlichkeit bezüglich
ihrer Anord nung in 23E angeordnet sein können; es
wäre jedoch
eine jegliche Anordnung geeignet, wie zuvor diskutiert. 23G shows an alternative embodiment, the multiple tilted transducer 70A - 70F used what the benefits of using multiple transducers 70 with different angles on an AOM surface showing the sampling range of an AOM 60 3 extend in a single Cartesian axis. With reference to 23C - 23G can the tilt angle 132a - 132f and the frequencies of the corresponding transducers 70B - 70F be organized, so that the beams of zero order together with the beam path zeroth order 72b are aligned together so that the scanning areas 134a 2 - 134a 6 their beam paths of first order 72a 1 - 72a 6 adjacent or slightly overlapping. Professionals will recognize that converter 70B - 70F for reasons of convenience with regard to their arrangement in 23E can be arranged; however, any arrangement would be suitable, as previously discussed.
Wann
immer ein Austrittswinkel 118a1 innerhalb
eines Abtastbereiches 134a1 erwünscht ist,
wird der Wandler 70A mit der erwünschten Frequenz und Amplitude
moduliert, während
die verbleibenden Wandler 70B-70F wirksam auf „OFF" geschalten sind.
Wann immer ein Austrittswinkel 118a2 innerhalb
eines entsprechenden Abtastbereiches 134a erwünscht ist,
wird der Wandler 70B mit der erwünschten Frequenz und Amplitude
moduliert, während
die Wandler 70A und 70C-70F effektiv
auf „OFF" geschaltet sind.
In ähnlicher
Weise wird, wann immer ein Austrittswinkel 118a3 -118a6 innerhalb eines entsprechenden Abtastbereiches 134a3 -134a6 erwünscht ist,
der entsprechende Wandler 70C-70F mit der entsprechenden
Frequenz und Amplitude moduliert, während alle anderen Wandler 70 effektiv
auf „OFF" geschaltet sind.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, dass nur ein Wandler 70 zu aktivieren wäre, um irgend
einen der Abtastbereiche zu erreichen. Ein weiterer Vorteil dieser
Ausführungsform
besteht darin, dass kein oder nur ein geringer Verlust auftritt,
wenn der Strahlengang nullter Ordnung 72b als der Basisstrahlengang
für die
anderen Wandler 70 verwendet wird, um davon abzulenken.Whenever an exit angle 118a 1 within a scanning range 134a 1 is desired, the converter 70A with the desired frequency and amplitude modulated while the remaining transducers 70B - 70F are effectively switched to "OFF." Whenever an exit angle 118a 2 within a corresponding scanning range 134a is desired, the converter 70B with the desired frequency and amplitude modulated while the transducers 70A and 70C - 70F are effectively switched to "OFF." Similarly, whenever an exit angle 118a 3 - 118a 6 within a corresponding scanning range 134a 3 - 134a 6 is desired, the corresponding transducer 70C - 70F modulated with the appropriate frequency and amplitude, while all other converters 70 are effectively switched to "OFF." An advantage of this embodiment is that only one transducer 70 to reach any of the scan areas. Another advantage of this embodiment is that little or no loss occurs when the zero order beam path 72b as the basic beam path for the other transducers 70 is used to distract from it.
Fachleute
werden anerkennen, dass AOM 603 mit
einer Vielzahl von seriell getilteten Wandlern 70, zur Pulsaufnahme
(mit oder ohne die Techniken zur vollständigen Auslöschung) und Amplitudensteuerung
in einer oder beiden Cartesischen Achsen verwendet werden kann wie
zuvor und hierin im Folgenden diskutiert.Professionals will recognize that AOM 60 3 with a variety of serially-tuned converters 70 , for pulse acquisition (with or without the techniques for complete cancellation), and amplitude control in one or both Cartesian axes can be used as before and discussed hereinbelow.
Die
Kombination aus zwei AOMs 601 und 602 eng zusammen, wie in 18, 20 und 21 gezeigt,
kann ein sehr gutes Abtastsystem ergeben, wie bereits beschrieben.
Die Eintrittsapertur des zweiten AOM 602 kann
jedoch den von dem ersten AOM 601 erreichbaren
Winkel begrenzen. Eine weitere Unannehmlichkeit, die typisch für die meisten
Abtastsysteme ist, besteht darin, dass die Fokussierungslinse 78 typischerweise
so angepasst ist, dass sie eine Fokuslänge oder Pupille aufweist,
die sich zwischen den zwei Galvanometerpositionierungsvorrichtungen
befindet, die durch die AOMs 601 und 602 ersetzt werden können, wie in den früheren Ausführungsformen
beschrieben. Zusätzliche
AOMs 60 (oder andere Strahleinstellungsvorrichtung, nicht
gezeigt), können
auch in Serie verwendet werden, um die Bewegung der Pupille zu korrigieren,
wenn das AOM-Abtastsystem irgendwo anders als in einem Zustand angeordnet
ist, der die rückwärtige Pupille
der Fokussierungslinse 78 genügt.The combination of two AOMs 60 1 and 60 2 close together, like in 18 . 20 and 21 can give a very good scanning system, as already described. The entrance aperture of the second AOM 60 2 but can be the one from the first AOM 60 1 limit reachable angle. Another inconvenience that is typical of most scanning systems is that the focusing lens 78 is typically adapted to have a focal length or pupil located between the two galvanometer positioning devices defined by the AOMs 60 1 and 60 2 can be replaced as described in the earlier embodiments. Additional AOMs 60 (or other beam adjusting device, not shown) may also be used in series to correct the movement of the pupil when the AOM scanning system is located somewhere other than in a state that the rear pupil of the focusing lens 78 enough.
24 ist eine schematische Darstellung, die einen
AOM 604 zeigt, der Wandler 70x und 70y verwendet,
die auf transversalen, und bevorzugterweise orthogonalen, Oberflächen angeordnet
sind, um verschiedene Wandlermodulationsachsen (transversal und
bevorzugterweise orthogonal) in einem einzelnen Medium zu modulieren,
um eine Abtaststeuerung sowohl der X- als auch Y-Achse oder Richtungen
auf der Oberfläche
des Werkstückes 80 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 24 legt/legen RF-Treiber 66xy Signale
an den Wandler 70x an, um die Strahlposition in der X-Achse
zu steuern und an den Wandler 70y, um die Strahlposition
in der Y-Achse zu steuern. Fachleute werden anerkennen, dass ein
jeder Wandler 70 durch die gleichen oder verschiedenen
RF-Treiber 66xy mit der gleichen oder verschiedenen Frequenzen
gemäß einer
der zuvor beschriebenen AOM-Modulationstechniken oder Ausführungsformen
angeregt werden kann. Ein Vorteil der Verwendung eines einzelnen
AOM 604 besteht darin, dass die
Fokussierungslinse 78 hinsichtlich ihrer Komplexität verringert
sein kann, da die Brennweite an dem Ausgang des einzelnen AOM 604 angeordnet sein kann und der Abtastwinkel
dann erhöht
werden könnte,
da er keine Eintrittsaperturbegrenzung für einen zweiten AOM 60 aufweist.
Nichtsdestoweniger kann auch ein oder mehrere einachsige oder zweiachsige
AOMs 60 (oder andere Strahleinstellungsvorrichtung, nicht
gezeigt) verwendet werden, um die Bewegung der Pupille zu korrigieren,
wenn das AOM-Abtastsystem irgendwo anders angeordnet ist als in
einem Zustand, der der rückwärtigen Pupille
der Fokussierungslinse 78 genügt. 24 is a schematic diagram showing an AOM 60 4 shows the transducer 70x and 70y which are arranged on transversal, and preferably orthogonal, surfaces to modulate different transducer modulation axes (transversely and preferably orthogonally) in a single medium to provide scan control of both the X and Y axes or directions on the surface of the workpiece 80 provide. With reference to 24 sets / attach RF drivers 66xy Signals to the converter 70x to control the beam position in the X-axis and to the transducer 70y to control the beam position in the Y axis. Professionals will recognize that every converter 70 through the same or different RF drivers 66xy may be excited at the same or different frequencies according to one of the AOM modulation techniques or embodiments described above. An advantage of using a single AOM 60 4 is that the focusing lens 78 in terms of their complexity can be reduced, since the focal length at the output of the individual AOM 60 4 can be arranged and the scan angle could then be increased because it has no entrance aperture limit for a second AOM 60 having. Nonetheless, one or more uniaxial or biaxial AOMs may also be used 60 (or other beam adjustment device, not shown) may be used to correct the movement of the pupil when the AOM scanning system is located somewhere other than in a state of the rear pupil of the focusing lens 78 enough.
25 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform
von AOM 604 , die in einem Lasersystem 50h verwendet
wird, das ein automatisches Strahlnachweis- und Positionierungssystem
verwendet, das ein Strahlteilelement 120 auf der Ausgangsoberfläche des
AOM 604 und einen Positions-aufnehmenden
Detektor 130 verwendet, um den Winkel des optischen Weges 72 an
der Austrittsoberfläche
des AOM 604 nachzuweisen, wie in einer
Kombination der Ausführungsformen
im Zusammenhang mit 21 und 24 diskutiert. 25 shows an exemplary embodiment of AOM 60 4 that in a laser system 50h using an automatic beam detection and positioning system which is a beam splitting element 120 on the output surface of the AOM 60 4 and a position-receiving detector 130 used to the angle of the optical path 72 at the exit surface of the AOM 60 4 to demonstrate how in a combination of the embodiments related to 21 and 24 discussed.
26 ist eine schematische Darstellung eines AOM 605 , der vier Wandler 70Ax, 70Bx, 70Ay und 70By (allgemein
Wandler 70) verwendet. Diese Ausführungsform kombiniert die Vorteile,
wie sie bezüglich
des AOM 603 von 22 und 23 beschrieben
wurden, mit je nen, die im Zusammenhang mit AOM 604 von 24 und 25 beschrieben
wurden, um größere Abtastwinkel
und eine größere Anwendbarkeit
zu erleichtern. Fachleute werden anerkennen, dass ein jeder Wandler 70 durch
die gleichen oder verschiedene RF-Treiber 66 oder 66xy bei
der gleichen oder verschiedenen Frequenzen angeregt werden können gemäß einer
der zuvor beschriebenen AOM-Modulationstechniken oder Ausführungsformen.
Fachleute werden anerkennen, dass AOMs 604 und 605 verwendet werden können, um einen jeglichen AOM 60,
der zuvor diskutiert wurde, oder ein jegliches Paar aus AOMs 60,
das zuvor diskutiert worden ist, zu ersetzen. 26 is a schematic representation of an AOM 60 5 , the four transducers 70Ax . 70Bx . 70Ay and 70By (general converter 70 ) used. This embodiment combines the advantages of the AOM 60 3 from 22 and 23 have been described with NEN associated with AOM 60 4 from 24 and 25 have been described to facilitate larger scan angles and greater applicability. Professionals will recognize that every converter 70 through the same or different RF drivers 66 or 66xy can be excited at the same or different frequencies according to one of the AOM modulation techniques or embodiments described above. Professionals will recognize that AOMs 60 4 and 60 5 can be used to any AOM 60 that was previously discussed, or any pair of AOMs 60 to replace that previously discussed.
Einige
alternative bevorzugte Ausführungsformen
von AOMs 604 und 605 verwenden eine Vielzahl von Wandlern 70 mit
Tilt-Winkeln 132, um den Abtastbereich zu vergrößern, wie
zuvor diskutiert. Fachleute werden anerkennen, dass die Wandlermodulationsbereiche 116 in
den transversalen Cartesischen Achsen nicht-kreuzend sein können, sich
aber kreuzende Transversalachsen-Wandlermodulationsbereiche 116 sind
bevorzugt. Aus Gründen
der Annehmlichkeit bei der Herstellung und Steuerung verwenden einige
bevorzugte Ausführungsformen
identische Tilt-Winkel 132 für die Wandler 70 von
sich kreuzenden Wandlermodulationsbereichen 116, aber derartige
Beziehungen sind nicht erforderlich. In einigen Ausführungsformen,
die tilt-winkelige Wandler 70 verwenden, wo die Abtastbereiche
um den Strahlengang nullter Ordnung 72b angeordnet sind,
müsste nur
ein einzelner Wandler 70 für eine jede Cartesische Achse
aktiviert werden, um eine Abtaststeuerung in beiden Achsen mit voll
verlängertem
Bereich bereitzustellen. Tilt-winkelige Wandler 70 können auch
in zwei Achsen verwendet werden, um eine Matrix von Strahlen bereitzustellen,
wobei ein jeder der Strahlen einen auswählbaren Bereich der Energie
des Strahls aufweist, der in den AOM 60 eintritt.Some alternative preferred embodiments of AOMs 60 4 and 60 5 use a variety of transducers 70 with tilt angles 132 to increase the scanning range, as previously discussed. Experts will recognize that the transducer modulation ranges 116 may be non-intersecting in the transverse Cartesian axes, but intersecting transversal axis transducer modulation ranges 116 are preferred. For convenience of manufacture and control, some preferred embodiments use identical tilt angles 132 for the transducers 70 of intersecting transducer modulation areas 116 but such relationships are not required. In some embodiments, the tilt-angle transducers 70 use where the scanning areas around the zero order beam path 72b are arranged, only a single transducer would have 70 for each Cartesian axis to provide scan control in both fully extended range axes. Tilt-angled transducer 70 may also be used in two axes to provide a matrix of beams, each of the beams having a selectable range of the energy of the beam entering the AOM 60 entry.
27 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften
Lasersystems 50i, das einen Extrakavitäten-AOM 60, um ein
Laserpulsgating zu bewirken; einen Extrakavitäten-AOM 604 ,
der mehrere Wandler 70 verwendet, ein Strahlteilungselement 1203 und einen Positionsaufnahmedetektor 130 verwendet,
um ein Strahlpositionieren mit automatischer Steuerung zu bewirken;
und Strahl-teilende Elemente 1201 und 1212 und Amplitudendetektoren 122a und 122b verwendet,
um automatische Amplitudensteuerung zu bewirken. Unter Bezugnahme
auf 27 können die Amplitudenrückkopplungssignale 124a und/oder 124b zu
der Systemsteuerung 62 und/oder dem/den RF-Treiber(n) 66xy geleitet
werden. In ähnlicher
Weise kann das Positionsrückkopplungssignal 126 zur
Systemsteuerung 62 und/oder dem/den RF- Treiber(n) 66xy geleitet werden. Fachleute
werden anerkennen, dass ein jeder Wandler 70 durch den/die
gleichen oder verschiedene RF-Treiber 66xy bei der gleichen
oder verschiedenen Frequenzen angeregt werden kann gemäß einer
der zuvor beschriebenen AOM-Modulationstechniken
oder Ausführungsformen. 27 is a schematic representation of an exemplary laser system 50i That's an extra cavity AOM 60 to effect laser pulse gating; an extra cavity AOM 60 4 who has several transducers 70 used, a beam splitting element 120 3 and a position detecting detector 130 used to effect automatic control beam positioning; and beam-dividing elements 120 1 and 121 2 and amplitude detectors 122a and 122b used to effect automatic amplitude control. With reference to 27 may be the amplitude feedback signals 124a and or 124b to the control panel 62 and / or the RF driver (s) 66xy be directed. Similarly, the position feedback signal 126 to the system control 62 and / or the RF driver (s) 66xy be directed. Professionals will recognize that every converter 70 by the same or different RF drivers 66xy can be excited at the same or different frequencies according to one of the AOM modulation techniques or embodiments described above.
Diese
Ausführungsform
verwendet einen getrennten AOM 60 als einen Laser-Shutter
oder -Tor zum Puls-Gating („Pulsaufnehmen"), um zu erlauben,
dass Pulse nur durch das Abtastsystem wandern, wenn dies erwünscht ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen
könnte
eine unterschiedliche winklige Anordnung des pulsaufnehmenden AOM 60 verwendet
werden, um die Notwendigkeit für
die Strahlensenke 90 zu beseitigen. Ein Vorteil der Verwendung
eines getrennten pulsaufnehmenden AOM 60 besteht darin,
dass der AOM 604 so angeordnet
werden kann, dass er seine Vollwinkelversetzungsfähigkeiten
zur Verfügung
stellt. Ein derartiger getrennter pulsaufnehmender AOM 60 kann
zusammen mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen oder AOM-Modulationstechniken
verwendet werden. Fachleute werden jedoch anerkennen, dass der pulsaufnehmende
AOM 60 nicht erforderlich ist. Der AOM 604 kann
winklig bezüglich
des optischen Weges 72 versetzt sein, so dass der AOM 604 sowohl Pulsselektion als auch Strahlpositionierung
bedingen kann. Eine derartige Konfiguration könnte den Gesamtabtastwinkel
zum Werkstück 80 beschränken. Fachleute
werden anerkennen, dass AOMs 60, die in einer zuvor beschriebenen
Ausführungsform
für die
Strahlpositionierung und/oder Amplitudenmodulation verwendet werden,
auch verwendet werden können
zum Pulsaufnehmen, indem der AOM 60 bezüglich des optischen Weges 72 selektiv
positioniert wird.This embodiment uses a separate AOM 60 as a laser shutter or gate for pulse gating, to allow pulses to travel only through the scanning system, if so is desired. In certain embodiments, a different angular arrangement of the pulse-receiving AOM 60 used to the need for the beam sink 90 to eliminate. An advantage of using a separate pulsed AOM 60 is that the AOM 60 4 can be arranged to provide its full angle displacement capabilities. Such a separate pulsatile AOM 60 may be used in conjunction with any of the previously described embodiments or AOM modulation techniques. However, professionals will acknowledge that the pulse-sensing AOM 60 is not required. The AOM 60 4 can be angled with respect to the optical path 72 be offset so that the AOM 60 4 both pulse selection and beam positioning can cause. Such a configuration could be the total scan angle to the workpiece 80 restrict. Professionals will recognize that AOMs 60 which are used in a previously described embodiment for beam positioning and / or amplitude modulation can also be used for pulse acquisition by the AOM 60 with respect to the optical path 72 is selectively positioned.
Fachleute
werden anerkennen, dass derzeitige Strahlpositionierungs- oder Abtastsysteme
bei Laserbearbeitungsausrüstungen
im Allgemeinen mechanisch sind, und entweder ein Galvanometer-basiertes
System oder ein Schnellsteuerspiegel (FSM) oder andere Art von System
basierend auf einem beweglichen Spiegel ist. Sowohl die Galvanometer-
als auch FSM-Technik
haben mechanische Massen, die die Gesamtabtastgeschwindigkeit des
Systems begrenzen. Im allgemeinen kann der Kompromiss zwischen Abtastwinkel
und Abtastgeschwindigkeit bei beiden Systemen gesehen werden: Wo
Galvanometersysteme einen größeren Abtastwinkel
und geringere Geschwindigkeiten zeigen, haben FSMs einen geringeren
Abtastwinkel, aber eine höhere
Geschwindigkeit.professionals
will recognize that current beam positioning or scanning systems
in laser processing equipment
are generally mechanical, and either a galvanometer-based
System or a Quick Control Level (FSM) or other type of system
is based on a movable mirror. Both the galvanometer
as well as FSM technology
have mechanical masses which are the total sampling rate of the
Limit systems. In general, the trade-off between scan angles
and scanning speed can be seen in both systems: where
Galvanometerysteme a larger scanning angle
and lower speeds, FSMs have a lower
Scanning angle, but a higher one
Speed.
28 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften
Lasersystems 50j mit einem Strahlpositionierungs-AOM 604 oder 605 ,
der zusammen mit einem typischen Schnellstellwerk arbeitet, wie
beispielsweise einem FSM oder einem Galvanometer-Abtastkopf 140,
der ein Paar Galvanometerspiegel umfasst, um den Gesamtdurchsatz
eines Lasersystems 50 zu verbessern, indem es ein Mehrkomponenten-
oder tertiäres Strahlpositionierungssystem
aufweist, das durch ein herkömmliches
langsames Stellwerk (wie beispielsweise eine Einzelachsen- oder
Teilachsen-X-Y-Tabelle) unterstützt
ist. Der AOM 604 oder 605 oder ein Paar AOMs 60 oder 603 können
sich stromaufwärts
oder stromabwärts
des Galvanometerabtastkopfes 140 befinden. Die Bewegung
zwischen dem AOM und den Galvanometerabtastsystemen kann direkt
oder indirekt durch die Systemsteuerung 62 koordiniert
werden, mit oder ohne die Hilfe des/der RF-Treiber 66xy und/oder
einer Galvanometersteuerung 144, die die Galvanometerrückkopplungssignale 144 von
dem Galvanometerabtastkopf 140 aufnimmt. 28 is a schematic diagram of an exemplary laser system 50j with a beam positioning AOM 60 4 or 60 5 operating in conjunction with a typical quickstop, such as an FSM or a galvanometer scanhead 140 , which includes a pair of galvanometer mirrors, to the overall throughput of a laser system 50 by having a multi-component or tertiary beam positioning system supported by a conventional slow interlocking (such as a single-axis or sub-axis XY table). The AOM 60 4 or 60 5 or a pair of AOMs 60 or 60 3 may be upstream or downstream of the galvanometer sensing head 140 are located. The movement between the AOM and the Galvanometerabtastystemen can directly or indirectly through the system control 62 coordinated with or without the help of the RF driver (s) 66xy and / or a galvanometer control 144 containing the galvanometer feedback signals 144 from the galvanometer scanning head 140 receives.
Fachleute
werden anerkennen, dass ein getrennter AOM 60 für die Pulsaufnahme
gezeigt ist und verwendet werden kann, um die Bewegungssteuerungskoordination
zu vereinfachen. Der AOM 60 kann jedoch weggelassen werden
und der AOM 604 oder 605 kann verwendet werden zum Pulsaufnahmen
ebenso wie für die
Strahlpositionierung. Fachleute werden auch anerkennen, dass obwohl
ein System mit automatischer Steuerung aus Gründen der Einfachheit gezeigt
ist, alternative Ausführungsformen
des Lasersystems 50j leicht implementiert werden können, um
Positions- und/oder Amplitudenrückkopplung
für eine
automatische Steuerung zu umfassen. Fachleute werden auch anerkennen,
dass der AOM 604 oder 605 moduliert werden kann, wie bezüglich einer
jeglichen früheren
Ausführungsform
diskutiert und dass das Lasersystem 50j angepasst sein
kann, um die Variationen von irgendeiner zuvor diskutierten Ausführungsform
aufzunehmen.Professionals will recognize that a separate AOM 60 is shown for the pulse recording and can be used to simplify the motion control coordination. The AOM 60 however, it can be omitted and the AOM 60 4 or 60 5 can be used for pulse recording as well as for beam positioning. Those skilled in the art will also appreciate that, although a system with automatic control is shown for simplicity, alternative embodiments of the laser system 50j can be easily implemented to include position and / or amplitude feedback for automatic control. Professionals will also recognize that the AOM 60 4 or 60 5 can be modulated as discussed with respect to any previous embodiment and that the laser system 50j may be adapted to accommodate the variations of any previously discussed embodiment.
29, 30 und 31 sind
Darstellungen von beispielhaften Abtastfeldern des Galvanometerabtastkopfes 140 und
AOM 604 oder 605 ,
wie sie zusammen für
verschiedene Laserbearbeitungsapplikationen verwendet werden können, wie
beispielsweise Trimmen, Lochbohren bzw. Verbindungsbearbeitung.
Unter Bezugnahme auf 28-31 und
herkömmliche
Strahlpositionierungstechnologie kann, obwohl eine X-Y-Tabelle verwendet
werden kann, um die Spannvorrichtung Chuck 88 und das von
ihm getragene Werkstück 80 zu
bewegen, der Galvanometerabtastkopf 140 eine feste Position
aufweisen oder kann in einer Anordnung mit aufgeteilten Achsen angeordnet
sein, so dass er entlang einer oder mehreren geometrischen Achsen
gesteuert werden kann. Die Relativbewegung zwischen dem Galvanometerabtastkopf 140 und
dem Werkstück 80 kann
verwendet werden, um ein Hauptgalvanometerabtastfeld 150 (und
sein quadratisches Galvanometerunterfeld 152) innerhalb
eines Haupt-AOM-Abtastfeldes 160 (und
seines quadratischen AOM-Unterfeldes 162) bezüglich der
Ziele auf der Oberfläche
des Werkstückes 80 zu
positionieren. Da der Galvanometerfrequenzbereich viel geringer
ist als der AOM-Frequenzbereich, kann das Galvanometer (und das
Werkstück 80)
kontinuierlich bewegt werden, während
der AOM 604 oder 605 Ziele innerhalb seines Haupt-AOM-Abtastfeldes 160 bearbeitet.
Dies erfolgt zusätzlich
zu der koordinierten Bewegung des linearen Motors und des Galvanometers. 29 . 30 and 31 FIG. 13 are illustrations of exemplary scan fields of the galvanometer scan head. FIG 140 and AOM 60 4 or 60 5 how they can be used together for various laser processing applications, such as trimming, hole drilling and connection processing, respectively. With reference to 28 - 31 and conventional beam positioning technology, although an XY table can be used to chuck the chuck 88 and the workpiece carried by him 80 to move, the galvanometer scanning head 140 have a fixed position or may be arranged in a split axis arrangement so that it can be controlled along one or more geometric axes. The relative movement between the galvanometer scanning head 140 and the workpiece 80 can be used to make a main galvanometer sampling field 150 (and its square galvanometer subfield 152 ) within a main AOM scan field 160 (and its square AOM subfield 162 ) with respect to the targets on the surface of the workpiece 80 to position. Since the galvanometer frequency range is much less than the AOM frequency range, the galvanometer (and the workpiece 80 ) are moved continuously during the AOM 60 4 or 60 5 Targets within its main AOM scan field 160 processed. This is in addition to the coordinated movement of the linear motor and the galvanometer.
Eine
derartige Anpassung wäre
sehr vorteilhaft für
Laseranwendungen mit Bearbeitungsstellen mit einer sehr hohen Dichte.
Das kleinere und viel schnellere AOM-Abtastfeld 160 wäre in der
Lage, mehrere Widerstände 164,
mehrere Verbindungen 166 und mehrere IC-Pakete sehr schnell
in einer einzigen Galvanometerbewegung zu bearbeiten, anstelle von
vielen herkömmlichen
Galvanometerbewegungen.Such an adaptation would be very advantageous for laser applications with processing stations with egg very high density. The smaller and much faster AOM scan field 160 would be able to resist more than one 164 , several connections 166 and process multiple IC packages very quickly in a single galvanometer motion, instead of many conventional galvanometer motions.
Zusätzlich zur
Verwendung als ein Strahlpositionierungssystem anstelle eines FSM-
und/oder eines Galvanometerabtastkopfes, oder als eine zusätzliche
Strahlpositionierungssystemkomponente, könnte ein AOM-Abtastsystem verwendet
werden für
die simulierte Punktvergrößerung oder
Abbe-Fehlerkorrektur und kann entlang dem Strahlengang vor oder
nach den „schnellen" Positionierungsbestandteilen
angeordnet sein. Weiterhin werden Fachleute anerkennen, dass ein
oder mehrere AOMs 60 mit oder ohne Modulationsverstärkung an
die Stelle von (oder zusätzlich
zu) einer der „schnellen" Positionierungssystemkomponenten,
wie sie in den US-Patenten 4,532,402, 5,751,585, 5,847,960, 6,430,465
und 6,706,999 und der veröffentlichten US-Patentanmeldung
2002/0117481, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, beschrieben
sind.In addition to being used as a beam positioning system instead of an FSM and / or a galvanometer scanning head, or as an additional beam positioning system component, an AOM scanning system could be used for simulated spot magnification or Abbe error correction and along the beam path before or after the "fast" positioning components Furthermore, professionals will recognize that one or more AOMs 60 with or without modulation enhancement, in place of (or in addition to) one of the "fast" positioning system components such as described in U.S. Patent Nos. 4,532,402, 5,751,585, 5,847,960, 6,430,465 and 6,706,999 and US Published Patent Application 2002/0117481, which is incorporated herein by reference are recorded are described.
Es
wird für
die Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass viele Änderungen
hinsichtlich der Details der oben beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden können,
ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien dieser Erfindung abzuweichen.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung sollte deshalb nur durch die
nachfolgenden Ansprüche
bestimmt werden.It
is for
the professionals in the field will be obvious that many changes
regarding the details of the above-described embodiments
can be made
without departing from the underlying principles of this invention.
The scope of the present invention should therefore be limited only by the
following claims
be determined.
ZusammenfassungSummary
Die
digitale Steuerung von Frequenz- und/oder Amplituden-Modulationstechniken
eines Intrakavität- und/oder
Extrakavität-AOM
(60) erleichtert wesentlich die volle Auslöschung eines
Laserstrahls (90), um zu verhindern, dass unerwünschte Laserenergie
auf ein Werkstück
(80) auftrifft; erleichtert die Laserpulsamplitudenstabilität durch
die automatische Steuerung der Puls-zu-Puls-Laserenergie; erleichtert
die Strahlpositionierungssteuerung einschließlich, aber nicht beschränkt auf
die automatische Steuerung für
Anwendungen wie Ausrichtungsfehlerkorrektur, Berichtigung der Strahlabwanderung
oder tertiäre
Positionierung; und erleichtert die Verwendung von mehr als einem
Wandler auf einem AOM (60), um eine jede der oben aufgelisteten
Anwendungen auszuführen.The digital control of frequency and / or amplitude modulation techniques of an intracavity and / or extracavity AOM ( 60 ) substantially facilitates the complete extinction of a laser beam ( 90 ) to prevent unwanted laser energy on a workpiece ( 80 ) impinges; facilitates laser pulse amplitude stability through automatic control of pulse-to-pulse laser energy; facilitates beam positioning control including, but not limited to, automatic control for applications such as alignment error correction, beam drift correction, or tertiary positioning; and facilitates the use of more than one converter on an AOM ( 60 ) to run each of the applications listed above.