[发明专利]一种具有调试补偿功能的时间整形系统

说明书

为了解决现有基于迈克尔逊干涉仪的飞秒激光脉冲时间整形器装调困难、极易产生时间整形失败导致其在时间整形领域的实际应用非常困难的技术问题，本发明提供了一种具有调试补偿功能的时间整形系统，包括分光合束镜；入射激光经分光合束镜后分为两路：其中一路子脉冲光路上依次设置有光楔和第一反射镜，另一路子脉冲光路上依次设置有平板和第二反射镜；光楔的楔角α＝arcsin(n₂sinθ/n₁)；n₁、n₂分别为空气折射率和光楔的折射率，θ为光束倾斜角度偏移量；平板与其所在光轴之间夹角可调；第一反射镜和第二反射镜可沿各自光轴平移。

技术领域

本发明涉及飞秒激光脉冲整形技术领域，具体涉及一种具有调试补偿功能的时间整形系统。

背景技术

在硅加工、集成电路(IC)后端处理、微电子封装和太阳能制造等各个行业中，随着晶圆厚度不断缩小，脆性材料加工面临着严峻的挑战，并且对其制造的精度(刻线宽度)、品质(崩边、粗糙度等)都提出了更高的要求，催生了飞秒激光脉冲整形技术的诞生。时间整形是将一个激光脉冲整形成为几个子脉冲，且子脉冲之间的时间延迟、子脉冲的数目、子脉冲的能量均可以按照实际的需要进行整形。时间整形后的飞秒激光脉冲由于能更灵活多样地进而更深刻影响材料相变等过程，因而为实现高精度、高质量、高效率的材料加工提供了更大便利，尤其在精密钻孔、划线、切割(例如玻璃、硅晶圆切割)和打标方面具有明显的优势。

如图1所示，现有的飞秒激光脉冲时间整形器主要是4F时间整形器，入射的飞秒激光脉冲以一定角度照射到第一光栅101上，在横向产生色散，不同的频率成分的激光以不同的衍射角度入射到柱面镜上，由于光栅中心到第一透镜102的中心的距离为F，则入射的激光经过第一光栅101和第一透镜102后，实现了时域到频域的傅里叶变换，且不同频率成分的光在空间上依次分布。而位于第一透镜102焦平面的位相板103能够对不同频率成分的光进行独立调制，可调控的量包括相位、振幅及偏振。通过位相板103后的激光入射到第二透镜104后聚焦到第二光栅105上，经第二光栅105压缩后射出，实现了频域到时域的转换。4F时间整形器中位相板103使用的介质材料通常是折射率受光或者声子显著影响的材料，其脉冲延时的控制精度取决于电压的控制精度。4F时间整形器在脉冲延时的控制精度、高阶色散的抑制、加工光斑的对正等方面具有优势，但也具有明显的劣势：光能转换效率低(仅为60％左右)、子脉冲能量/偏振调控能力差、脉冲延时的调控范围小且价格极为昂贵(价格在八十万左右)。这对于一些重要透明材料加工造成困难，因为透明材料的加工阈值很高；此外如果提供的脉冲延时较小也极大地限制了飞秒激光对于硬脆透明材料的加工能力。

目前还有另一种基于迈克尔逊干涉仪的飞秒激光脉冲时间整形器，通过将激光分成两路光束，然后调节光路上的反射镜从而使两路光束产生不同的光程差最后再进行合束，实现时间整形；该方法能量利用率较高、且产生的脉冲延迟可以调节，但是由于其对光学元件(例如合束镜、分光镜)的加工要求和空间姿态的要求极高，装调非常困难，否则极易产生时间整形失败(空间重合破坏)或者整形品质低不能加工等问题，因此导致该方法在时间整形领域的实际应用非常困难。

发明内容

为了解决现有基于迈克尔逊干涉仪的飞秒激光脉冲时间整形器装调困难、极易产生时间整形失败导致其在时间整形领域的实际应用非常困难的技术问题，本发明提供了一种具有调试补偿功能的时间整形系统。

本发明的技术方案是：

一种具有调试补偿功能的时间整形系统，其特殊之处在于：包括分光合束镜；入射激光经分光合束镜后分为两路：其中一路子脉冲光路上依次设置有光楔和第一反射镜，另一路子脉冲光路上依次设置有平板和第二反射镜；

光楔的楔角α＝arcsin(n₂sinθ/n₁)；n₁、n₂分别为空气折射率和光楔的折射率，θ为光束倾斜角度偏移量；