專利名稱：激光系統(tǒng)及用于該激光系統(tǒng)的光纜跨接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面涉及激光系統(tǒng)，更具體地說，涉及當(dāng)纖束型(bundle-type)激光 束被轉(zhuǎn)換成單纖型(single-type)激光束時(shí)使激光束的能量密度均勻的激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光使將高能量束集中到窄區(qū)域成為可能，因而廣泛用于加工半導(dǎo)體或顯示器的 精密圖案，及其密封。雖然激光束在傳播時(shí)擴(kuò)散相對(duì)較小，但在激光束的整個(gè)截面區(qū)域中能 流并不均勻。也就是說，在激光束的截面區(qū)域中能流依照高斯分布集中在截面區(qū)域的中心。
傳輸激光束的光纜可以是纖束型或單纖型，并且根據(jù)需求和用途，纖束型光纜可 以連接到單纖型光纜。具體來說，使用激光束混合器將纖束型光纜與單纖型光纜相連接，以 將纖束型激光束轉(zhuǎn)換成單纖型激光束。激光束混合器以預(yù)定的比率混合輸入的激光束分 量，并將混合后的分量輸出。 在激光系統(tǒng)中新安裝激光束混合器時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)激光系統(tǒng)的光束特性對(duì)激光混合
器進(jìn)行準(zhǔn)直。例如，通過準(zhǔn)直，激光束的中心與激光束混合器的輸入端和輸出端的透鏡重
合，并且輸入端和輸出端之間的距離得到控制。然而，由于激光束通過三維空間傳播，因此
很難在控制兩個(gè)透鏡之間的距離的同時(shí)使激光束的中心與兩個(gè)透鏡重合。 在該背景部分中公開的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因而可能包
含并不構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員在該國已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供了一種激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)具有在將纖束型激光束轉(zhuǎn)換成 單纖型激光束時(shí)使激光束的能量密度均勻而不需要對(duì)控制激光束混合器透鏡之間的距離 和對(duì)輸入的激光束與混合器透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和輸 出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖型 光纜；和激光槍，連接至所述單纖型光纜，用于將在所述光纜跨接器中從所述纖束型光纜傳 輸?shù)剿鰡卫w型光纜的激光束照射到目標(biāo)物。 所述光纜跨接器的輸出端可具有第一數(shù)值孔徑，并且所述激光槍的輸出端可具有
第二數(shù)值孔徑；所述第一數(shù)值孔徑可等于所述光纜跨接器處的、激光束的能量分布具有最
大值的第一預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第一直徑與所述光纜跨接器處的、激光束
的第一焦點(diǎn)區(qū)域處的激光束波面的第二直徑之間的差，除以所述第一預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域和
所述第一焦點(diǎn)區(qū)域之間的距離；并且所述第二數(shù)值孔徑可等于所述激光槍處的、激光束的
能量分布具有最大值的第二預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第三直徑與所述激光槍
處的、激光束的第二焦點(diǎn)區(qū)域處的激光束波面的第四直徑之間的差，除以所述第二預(yù)定百
分?jǐn)?shù)值區(qū)域和所述第二焦點(diǎn)區(qū)域之間的距離。 所述第二數(shù)值孔徑可大于0且小于0. 25。
所述第二數(shù)值孔徑可大于或等于0. 05且小于0. 25。
所述第一數(shù)值孔徑可大于或等于0. 05且小于或等于0. 15。
所述光纜跨接器可包括光管、第一微透鏡和第二微透鏡。 所述光管可包括形成所述輸出端且具有所述第一微透鏡和所述第二微透鏡的第
一光管，以及聯(lián)接到所述第一光管且形成所述輸入端的第二光管。 所述第一微透鏡和所述第二微透鏡可內(nèi)置于所述第一光管中。 所述激光系統(tǒng)可進(jìn)一步包括攪模器，用于通過控制連接至所述光纜跨接器的單
纖型光纜的曲率半徑來混合激光束。 所述攪模器可包括板，被提供用來支持所述單纖型光纜；一對(duì)夾具，安裝在該板 處，用于松散地固定所述單纖型光纜的兩側(cè)；以及曲率半徑控制器，安裝在該板處，用于控 制在所述一對(duì)夾具之間的單纖型光纜的曲率半徑。
所述曲率半徑控制器可包括主體，固定安裝在該板處；以及與所述主體相配合的
桿，使得所述桿插入所述主體或從所述主體抽出，所述桿連接至所述單纖型光纜。 所述單纖型光纜可在所述攪模器的一側(cè)處被纏繞以形成至少一個(gè)環(huán)。 所述激光系統(tǒng)可進(jìn)一步包括第一支架，用于在所述激光槍的一側(cè)處將所述單纖型
光纜保持在直線狀態(tài)。 所述第一支架可包括彼此面對(duì)面結(jié)合的第一板和第二板，并且所述第一板和所述 第二板分別包括彼此面對(duì)且共同地對(duì)應(yīng)于至少所述單纖型光纜的直徑的第一槽和第二槽。
所述第一槽和所述第二槽可與所述單纖型光纜的長度相符合，并且由所述第一槽 和所述第二槽構(gòu)成的圓的直徑可大于所述單纖型光纜的直徑。 所述激光系統(tǒng)可進(jìn)一步包括第二支架，用于在其處安裝所述激光槍；導(dǎo)軌，用于 以可移動(dòng)方式安裝所述第二支架，使得所述第二支架可沿所述單纖型光纜的長度方向移 動(dòng)；以及推動(dòng)器，用于固定地安裝所述導(dǎo)軌。 所述第一支架的與所述激光槍相對(duì)的末端與所述單纖型光纜的連接至所述激光 槍的末端之間的距離可至少為50mm。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和 輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖 型光纜；其中所述光纜跨接器輸出具有均勻能量密度的、要被照射到目標(biāo)物的激光束，而無 需在該光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于激光系統(tǒng)的光纜跨接器，該光纜跨接器
包括輸入端和輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所
述輸出端的單纖型光纜；其中所述光纜跨接器輸出具有均勻能量密度的、要被照射到目標(biāo)
物的激光束，而無需在該光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。 根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和
輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖
型光纜；和第一支架，用來在所述光纜跨接器的目標(biāo)物側(cè)將所述單纖型光纜保持在直線狀
態(tài)，使得所述光纜跨接器具有輸出均勻的能量密度的、要被照射到目標(biāo)物的激光束，而無需
在該光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。 本發(fā)明的其它方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在以下的描述中部分地給出，并且從以下描述中
6部分地變得顯而意見，或可由本發(fā)明的實(shí)施中獲得。


本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中變得 明白且更容易理解。附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光系統(tǒng)的框圖； 圖2是圖1中示出的光纜跨接器的分解截面圖； 圖3是定義應(yīng)用于圖1所示激光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)的示意圖； 圖4是圖1所示攪模器的透視圖；以及 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一支架和第二支架的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例，在附圖示出了這些實(shí)施例的示例，其中相 同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，以下將參考附圖對(duì)這些實(shí)施 例進(jìn)行描述。 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光系統(tǒng)100的框圖。參見圖l，激光系統(tǒng)100包括用 于將纖束型光纜1與單纖型光纜2相連接的光纜跨接器IO，攪模器(mode scrambler) 20， 激光槍30以及第一支架40。 激光源50包括多個(gè)激光二極管(未示出)。激光源50的功率由多個(gè)激光二極管 的并行組合來確定。纖束型光纜1將連接至激光源50(即激光源50的激光二極管)的光 纖綁成一根，從而形成纖束(bundle)。作為激光二極管和光纜的固有特性，激光束在纖束型 光纜1的末端處形成不均勻能量密度的狀態(tài)。 光纜跨接器10具有輸入端11和輸出端12(見圖2)。具體地，纖束型光纜1連接 至輸入端ll，而單纖型光纜2連接至輸出端12。相應(yīng)地，光纜跨接器10將激光束從連接至 跨接器10的輸入端11的纖束型光纜1傳輸?shù)竭B接至跨接器10的輸出端12的單纖型光纜 2。 光纜跨接器10通過一對(duì)微透鏡13和14(見圖2)壓縮通過輸入端11輸入的激光 束，并且將激光束傳輸?shù)捷敵龆?2。通過使用微透鏡13和14將纖束型光纜1連接至單纖 型光纜2，激光系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)得到簡化。此外，光纜跨接器10并不需要對(duì)激光束的中心與 微透鏡對(duì)13和14進(jìn)行準(zhǔn)直的獨(dú)立的附加過程。 圖2是圖1所示光纜跨接器10的分解截面圖。參見圖2，光纜跨接器10包括具有 一對(duì)內(nèi)置微透鏡13和14的第一光管15，以及螺旋聯(lián)接到第一光管15的第二光管16。然 而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各方面并不限于這種螺旋聯(lián)接，第一光管15和第二光管16還可通 過其它方法和/或器件(例如緊固夾、粘合劑或聯(lián)接器件)等連接。這對(duì)微透鏡13和14 之間可具有一比率，以使激光束被壓縮為例如具有1.28 : l的比率。 第一光管15包括連接至單纖型光纜2的輸出端12。第二光管16包括連接至纖束 型光纜1的輸入端11。傳輸通過連接至輸入端11的纖束型光纜1的激光束經(jīng)由微透鏡對(duì) 13和14以例如1. 28 : 1的比率被壓縮，并被傳輸?shù)竭B接至輸出端12的單纖型光纜2。應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)方面并不限于1.28 : l的壓縮比率，根據(jù)本發(fā)明的其它方面，微透鏡對(duì)13和14還可被配置為提供其它壓縮比率。 圖3是定義應(yīng)用到圖1所示激光系統(tǒng)100的數(shù)值孔徑(NA)的示意圖。參見圖3， NA被規(guī)定為具有值(Dl-D2)/L，其中Dl-D2是在符合激光束能量密度分布的兩個(gè)預(yù)定區(qū)域 處的第一和第二直徑(或第三和第四直徑)Dl和D2之差，而L是這兩個(gè)直徑之間的距離。 根據(jù)本實(shí)施例，NA具有在光纜跨接器10處確定的第一 NA，以及在激光槍30處確定的第二 NA。 詳細(xì)地說，第一直徑(或第三直徑)Dl是指在激光束波面上的總能量的預(yù)定百分 數(shù)值(例如86.5%)的區(qū)域處被確定的激光束的直徑。第二直徑(或第四直徑)D2是指在 激光束具有最小尺寸的區(qū)域處(即在該激光束波面上的焦點(diǎn)區(qū)域處)被確定的激光束的直 徑。也就是說，在光纜跨接器10的輸出端12處確定的第一NA被規(guī)定為具有值(Dl-D2)/ L，該值是在從光纜跨接器10輸出的總的激光束能量的86. 5%的區(qū)域Al處形成的激光束 波面的第一直徑D1與在焦點(diǎn)區(qū)域A2處形成的激光束波面的第二直徑D2之差Dl-D2除以 這兩個(gè)區(qū)域之間的距離L。例如，在光纜跨接器10的輸出端12處確定的第一NA可在0. 05 至0. 15的范圍內(nèi)。預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域可以在微透鏡13處，并且激光束波面的焦點(diǎn)區(qū)域可 以在微透鏡14處。相應(yīng)地，距離L可以是微透鏡13與微透鏡14之間的距離。
如果第一 NA小于0. 05，則第一和第二光管15和16與微透鏡13和14基本上具 有相同的直徑，以使直徑差(Dl-D2)小，和/或該第一和第二光管15和16在長度上被過度 拉長(即L大)。作為比較，如果第一 NA超過0. 15，則第一和第二光管15和16與微透鏡 13和14之間的直徑差(Dl-D2)較大，和/或第一和第二光管15和16在長度上被過度縮短 (即L小)。 因此，根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一 NA被限制在容易執(zhí)行微透鏡13和14之間的激 光束中心準(zhǔn)直并且在維度和制作上都役有困難的范圍內(nèi)。另外，第一NA可被控制在0. 05至 0. 15的范圍內(nèi)，以便第二 NA處于大于0且小于0. 25的范圍(例如從0. 05至小于0. 25).
攪模器20被布置在光纜跨接器10的后面，以控制單纖型光纜2的曲率(即第一 曲率半徑Rl)。也就是說，如果在光纜跨接器10的輸出端12處，激光束的中心未被正確準(zhǔn) 直，則攪模器20以第一曲率半徑Rl對(duì)單纖型光纜12進(jìn)行彎曲，以便激光束的中心能夠指 向單根芯的中心。 圖4是圖1所示攪模器20的透視圖。參見圖4，攪模器20包括板21、夾具對(duì)22、 曲率半徑控制器23。板21被提供為部分對(duì)應(yīng)于單纖型光纜2。 夾具對(duì)22將單纖型光纜2的兩側(cè)夾持在板21上。采用這種夾持結(jié)構(gòu)，當(dāng)在板21
上控制單纖型光纜2的第一曲率半徑R1時(shí)，單纖型光纜2能在縱向上移動(dòng)。 曲率半徑控制器23安裝在板21處的夾具對(duì)22之間，以便曲率半徑控制器23控
制單纖型光纜2的第一曲率半徑Rl。例如，曲率半徑控制器23包括固定安裝在板21處的
主體23a，以及與主體23a配合的桿23b，使得桿23b能夠插入主體23a或從主體23a抽出。
也就是說，曲率半徑控制器23可形成為測(cè)微螺旋(micrometer thimble)和套管(sleeve)，
但本發(fā)明的各方面并不限于此。相應(yīng)地，隨著桿23b被插入主體23a或從主體23a中抽出，
曲率半徑控制器23可控制連接至桿23b的單纖型光纜2的第一曲率半徑Rl。 此外，根據(jù)本發(fā)明的各方面，可在曲率半徑控制器23的后面巻繞單纖型光纜2以
形成至少一個(gè)環(huán)。巻繞成環(huán)的單纖型光纜2形成第二曲率半徑R2。第二曲率半徑R2進(jìn)一步發(fā)散在單芯內(nèi)通過單纖型光纜2傳輸?shù)募す馐栽黾幽芰棵芏鹊木鶆蚨?。如果第一?率半徑R1大于第二曲率半徑R2，則NA得到進(jìn)一步增大，并且光束波面處的能量密度更加均 勻。 返回參見圖l，激光槍30在攪模器20的后面連接至單纖型光纜2，以將通過單纖 型光纜2傳輸?shù)募す馐丈湓谀繕?biāo)上。出于此目的，激光槍30可具有1 : l比率的光學(xué)系 統(tǒng)(未示出)，以將傳輸?shù)募す馐丈涞侥繕?biāo)上。 第一支架40在激光槍30的末端將單纖型光纜2保持在直線狀態(tài)。也就是說，第 一支架40防止傳輸已在攪模器20中混合并被正確地進(jìn)行了中心準(zhǔn)直的激光束的單纖型光 纜2在進(jìn)入激光槍30之前發(fā)生晃動(dòng)。相應(yīng)地，第一支架40防止通過單纖型光纜2傳輸?shù)?激光束的中心與激光槍30的光學(xué)系統(tǒng)(未示出)的中心不重合。 圖5是第一支架40和第二支架31的透視圖。參見圖5，第一支架40具有彼此面 對(duì)面相結(jié)合的第一支架板41和第二支架板42。圖5所示第一支架板41和第二支架板42 經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)螺釘彼此相聯(lián)接，但本發(fā)明的各方面并不限于此，在其它方面也可使用其 它聯(lián)接方法和設(shè)備。 第一槽41a和第二槽42a分別形成在第一支架板41和第二支架板42的彼此面對(duì) 的表面上。第一槽41a和第二槽42a可以是半圓形，或者是根據(jù)其它方面的其它形狀。第 一槽41a和第二槽42a可以共同地對(duì)應(yīng)于單纖型光纜2的直徑。此外，第一槽41a和第二 槽42a被形成為沿單纖型光纜2的縱向行進(jìn)。 由第一槽41a的半圓和第二槽42a的半圓形成的直徑大于單纖型光纜2的直徑， 以便第一槽41a和第二槽42a在使單纖型光纜2能在縱向上移動(dòng)的同時(shí)限制單纖型光纜2 在徑向上移動(dòng)(即緯度方向的移動(dòng))。也就是說，單纖型光纜2可以隨著激光槍30的上下 移動(dòng)而在第一支架板41和第二支架板42內(nèi)上下移動(dòng)。 激光槍30安裝在第二支架31處。第二支架31又安裝至導(dǎo)軌32，以使第二支架能 夠在垂直方向上移動(dòng)。導(dǎo)軌32被固定安裝在激光系統(tǒng)100的推動(dòng)器33處。此外，第一支 架40固定安裝在推動(dòng)器33處。 如圖5中所示，當(dāng)推動(dòng)器33左右上下移動(dòng)時(shí)，第一支架40和導(dǎo)軌32共同地分別 向左右上下移動(dòng)。此外，安裝激光槍30的第二支架31沿導(dǎo)軌32上下移動(dòng)，而與推動(dòng)器33 的左右移動(dòng)無關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解，上下左右方向是相對(duì)于圖5所示結(jié)構(gòu)而提供的，因此應(yīng)理解為 圖5的結(jié)構(gòu)的相對(duì)方向，這些方向可根據(jù)其它實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)而變化。
當(dāng)?shù)诙Ъ?1和安裝在第二支架31處的激光槍30上下移動(dòng)時(shí)，連接至激光槍30 的單纖型光纜2與激光槍30 —起上下移動(dòng)。然而，第一支架40處于固定狀態(tài)，以使單纖型 光纜2能夠相對(duì)于第一支架40移動(dòng)。 第一支架40的與激光槍30相對(duì)的末端與單纖型光纜2的末端之間的距離SL可 以是至少50mm。支架-纜線距離SL是使得從單纖型光纜2傳出的激光束的中心與激光槍 30的光學(xué)系統(tǒng)的中心重合的距離。相應(yīng)地，如果本實(shí)施例中的距離SL小于50mm，則可能出 現(xiàn)中心對(duì)中心的不重合。如果支架_光纜距離SL過大，則可能出現(xiàn)與激光系統(tǒng)100的其它 結(jié)構(gòu)組件的干擾。如果不存在與其它結(jié)構(gòu)組件干擾的問題，則支架-光纜距離SL可以在單 纖型光纜2的長度范圍內(nèi)進(jìn)一步拉長。 返回參見圖3，在光纜跨接器10的輸出端12處確定的第一 NA被規(guī)定為具有值(Dl-D2)/L。具體地，(Dl-D2)/L是在從輸出端12輸出的總的激光束能量的例如86. 5%的 區(qū)域Al處形成的激光束波面的第一直徑Dl與在焦點(diǎn)區(qū)域A2處形成的激光束波面的第二 直徑D2之差D l-D2除以這兩個(gè)區(qū)域之間的距離L。 舉例來說，在激光槍30的輸出端處確定的第二 NA在大于0至小于0. 25的范圍 (具體地，從0. 05至小于0. 25)。具體來說，為了使激光束早期傳播時(shí)第一 NA相對(duì)較小，以 使激光束后期傳播時(shí)能夠容易地控制第二 NA，第一 NA可以被控制為限于0. 05至0. 15的范 圍，而第二 NA可以被控制為限于大于0至小于0. 25的范圍或者限于0. 05至小于0. 25的 范圍。也就是說，可以首先確定第二 NA，以便將第一 NA規(guī)定為小于第二 NA。
利用根據(jù)本實(shí)施例的激光系統(tǒng)100，第二NA由(Dl-D2)/L來定義。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)诙?NA大約為0. 05或0時(shí)，距離L被異常增大，和/或第一直徑Dl和第二直徑D2彼此基本相 同。當(dāng)?shù)谝恢睆紻1和第二直徑D2彼此基本相同時(shí)，激光束大致呈直線狀態(tài)。
鑒于器件的設(shè)計(jì)，若距離L沒有增大太多，則第一直徑Dl和第二直徑D2可以彼此 基本相同。在第一直徑D1和第二直徑D2彼此基本相同時(shí)，第二NA可以大約為0。然而，在 這種情況下，即使控制了距離L，也不可能控制激光束的第一直徑Dl 。因此，使用獨(dú)立的光 學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步控制激光束的直徑D1。相應(yīng)地，僅在第一NA處于合適的范圍時(shí)，才可以控制 要形成在目標(biāo)上的激光束的第一直徑Dl。 下面將示出第二NA在大于0至小于0.05的范圍內(nèi)的情況。具體地，對(duì)于第二直 徑D2為1. 2mm，距離L分別是5mm、 10mm和20mm，第二 NA為0. 04，并且第二 NA = (Dl-D2) / L的情況，第一直徑D 1根據(jù)如下方程來計(jì)算
(D1-1. 2) /5 = 0. 04 — Dl = 1. 4 (方程1)
(D1-1. 2) /10 = 0. 04 — Dl = 1. 6 (方程2)
(D1-1. 2) /20 = 0. 04 — Dl = 2. 0 (方程3) 參見方程1至方程3，即使距離L增加15mm(從5mm到20mm)，形成在目標(biāo)處的激 光束的第一直徑D 1僅增加0. 6mm(從1. 4mm到2. Omm)。相應(yīng)地，距離L被控制為很大，或 者為了使第一直徑D1大而使用附加光學(xué)系統(tǒng)。 作為比較，下面示出第二NA為0.05或更大的情況。具體地，對(duì)于第二直徑D2為
1. 2mm，距離L分別為3mm、5mm、8mm和llmm，第二 NA為0. 12，并且第二 NA = (Dl-D2)/L的
情況，第一直徑D1根據(jù)如下方程來計(jì)算 (D1-1. 2) /3 = 0. 12 — Dl = 1. 56 (方程4) (D1-1. 2) /5 = 0. 12 — Dl = 1. 80 (方程5) (D1-1. 2)/8 = 0. 12 — Dl = 2. 16(方程6) (D1-1. 2)/11 = 0. 12 — Dl = 2. 52 (方程7) 參見方程4至方程7，即使距離L僅僅增加8mm(從3mm到llmm)，形成在目標(biāo)處的 第一直徑D1增加O. 96mm(從1. 56mm到2. 52mm)。相應(yīng)地，為使第一直徑D1大，并不要求距 離L很大。 此外，利用根據(jù)本實(shí)施例的系統(tǒng)，第二NA由(Dl-D2)/L來定義。如果第二NA大， 則第一直徑Dl顯著大于第二直徑D2和/或距離L相當(dāng)小。 如果第一直徑D1很大，在總能量保持恒定時(shí)，大圓形成在86.5%區(qū)域處，并且與 大圓對(duì)應(yīng)的能量密度變得很低。相應(yīng)地，在高斯曲線上的最大能量值變得很低。
10
作為比較，為了使距離L小，用于形成第二直徑D2的焦點(diǎn)區(qū)域與目標(biāo)之間的距離 應(yīng)該要短。然而，這種配置形成在機(jī)械上不穩(wěn)定的系統(tǒng)。 此外，激光束的擴(kuò)散角隨第二 NA增大而變得顯著增加。在這種情況下，該激光束 的能量密度和第一直徑D1與距離L密切相關(guān)。相應(yīng)地，為了保持高斯曲線在預(yù)定的總能量 內(nèi)具有預(yù)定值的或更大值的最大能量值，可以限定第NA的上限值。 現(xiàn)在示出第二 NA為0. 25或更大的情況。具體地，對(duì)于第二直徑D2為1. 2mm，距離 L分別為3mm、5mm、8mm和llmm，第二NA為0. 25mm，并且第二 NA = (Dl-D2)/L的情況，第一 直徑Dl根據(jù)如下方程來計(jì)算
0. 25 —Dl = 1.95(方程8) 0. 25 —Dl = 2. 45(方程9) 0. 25 — Dl = 3. 20(方程10) =0. 25 — Dl = 3. 95(方程11)
參見方程8至方程11 ，若距離L僅僅增加8mm (從3mm到1 lmm)，則第一直徑Dl增 加2. 0mm(從1. 95mm到3. 95mm)。相應(yīng)地，即使距離L發(fā)生微小變化，形成在目標(biāo)處的第一 直徑D1也會(huì)發(fā)生巨大變化，因而變得難以控制第一直徑D1。結(jié)果，在激光槍30的輸出端處 的第二 NA限于大于0到小于0. 25的范圍。在這種情況下，在大于0到小于0. 05的范圍可 以使用附加光學(xué)系統(tǒng)。 此外，如果在激光槍30的輸出端處的第二 NA限于0. 05至小于0. 25的范圍，則不 使用附加光學(xué)系統(tǒng)。在這種情況下，即使沒有對(duì)距離L進(jìn)行很大程度上的控制，對(duì)形成在目 標(biāo)處的激光束的第一直徑Dl進(jìn)行控制也是相對(duì)比較容易的。 雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到可以在 不脫離本發(fā)明的原則和精神的情況下對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其 等同物來限定。 (Dl_1.2)/3 = (Dl_1.2)/5 = (Dl_1.2)/8 = (Dl-1.2)/ll
權(quán)利要求
一種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖型光纜；和激光槍，連接至所述單纖型光纜，用于將在所述光纜跨接器中從所述纖束型光纜傳輸?shù)剿鰡卫w型光纜的激光束照射到目標(biāo)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器的輸出端具有第一數(shù)值孔徑，并且所述激光槍的輸出端具有第二數(shù)值 孔徑；所述第一數(shù)值孔徑等于所述光纜跨接器處的、激光束的能量分布具有最大值的第一預(yù) 定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第一直徑與所述光纜跨接器處的、激光束的第一焦點(diǎn)區(qū) 域處的激光束波面的第二直徑之間的差，除以所述第一預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域和所述第一焦點(diǎn) 區(qū)域之間的距離；并且所述第二數(shù)值孔徑等于所述激光槍處的、激光束的能量分布具有最大值的第二預(yù)定百 分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第三直徑與所述激光槍處的、激光束的第二焦點(diǎn)區(qū)域處的激 光束波面的第四直徑之間的差，除以所述第二預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域和所述第二焦點(diǎn)區(qū)域之間 的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光系統(tǒng)，其中所述第二數(shù)值孔徑大于0且小于0. 25。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光系統(tǒng)，其中所述第二數(shù)值孔徑小于0. 05且所述第三直徑 由不同于所述激光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)來控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光系統(tǒng)，其中所述第二數(shù)值孔徑大于或等于0. 05且小于 0. 25。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)值孔徑大于或等于0. 05且小于或 等于0. 15。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器包括光管、第一微透鏡和第 二微透鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光系統(tǒng)，其中所述光管包括形成所述輸出端且具有所述第 一微透鏡和所述第二微透鏡的第一光管，以及聯(lián)接到所述第一光管且形成所述輸入端的第二光管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一微透鏡和所述第二微透鏡內(nèi)置于所 述第一光管中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域在所述第一微 透鏡處，并且所述第一焦點(diǎn)區(qū)域在所述第二微透鏡處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光系統(tǒng)，其中所述第二光管螺旋聯(lián)接至所述第一光管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，進(jìn)一步包括攪模器，用于通過控制連接至所述 光纜跨接器的單纖型光纜的曲率半徑來混合激光束。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光系統(tǒng)，其中所述攪模器包括 板，被提供用來支持所述單纖型光纜；一對(duì)夾具，安裝在所述板處，用于松散地夾持所述單纖型光纜的兩側(cè)；禾口 曲率半徑控制器，安裝在所述板處，用于控制在所述一對(duì)夾具之間的單纖型光纜的曲率半徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光系統(tǒng)，其中所述曲率半徑控制器包括固定安裝在所述 板處的主體；以及與所述主體相配合的桿，使得所述桿插入所述主體或從所述主體抽出，所 述桿連接至所述單纖型光纜。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光系統(tǒng)，其中所述單纖型光纜在所述攪模器的一側(cè)處被 纏繞以形成至少一個(gè)環(huán)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一支架，用于在所述激光槍的一側(cè) 處將所述單纖型光纜保持在直線狀態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一支架包括彼此面對(duì)面結(jié)合的第一 板和第二板，并且所述第一板和所述第二板分別包括彼此面對(duì)且共同地與至少所述單纖型 光纜的直徑對(duì)應(yīng)的第一槽和第二槽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的激光系統(tǒng)，其中，所述第一槽和所述第二槽與所述單纖型 光纜的長度相符合，并且由所述第一槽和所述第二槽構(gòu)成的圓的直徑大于所述單纖型光纜 的直徑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的激光系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 第二支架，用于在其處安裝所述激光槍；導(dǎo)軌，用于以可移動(dòng)方式安裝所述第二支架，使得所述第二支架可沿所述單纖型光纜 的長度方向移動(dòng)；以及推動(dòng)器，用于固定地安裝所述導(dǎo)軌。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一支架的與所述激光槍相對(duì)的末端 與所述單纖型光纜的連接至所述激光槍的末端之間的距離至少為50mm。
21. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一預(yù)定百分?jǐn)?shù)值為在所述光纜跨接 器處的激光束波面的總能量的86. 5%，并且所述第二預(yù)定百分?jǐn)?shù)值為在所述激光槍處的激 光束波面的總能量的86.5%。
22. —種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜 傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖型光纜；其中所述光纜跨接器輸出具有均勻能量密度的、要被照射到目標(biāo)物的激光束，而無需 在所述光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器的輸出端具有一數(shù)值孔徑，該數(shù)值孔徑等于所述光纜跨接器處的、激 光束的能量分布具有最大值的預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第一直徑與所述光纜 跨接器處的、激光束的焦點(diǎn)區(qū)域處的激光束波面的第二直徑之間的差，除以所述預(yù)定百分 數(shù)值區(qū)域和所述焦點(diǎn)區(qū)域之間的距離。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)值孔徑大于或等于0. 05且小于 或等于O. 15。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器包括光管、第一微透鏡和 第二微透鏡。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的激光系統(tǒng)，其中所述光管包括形成所述輸出端且具有所述第一微透鏡和所述第二微透鏡的第一光管，以及聯(lián)接到所述第一光管且形成所述輸入端的第二光管。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一微透鏡和所述第二微透鏡內(nèi)置于 所述第一光管中。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的激光系統(tǒng)，其中所述預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域在所述第一微透鏡 處，并且所述焦點(diǎn)區(qū)域在所述第二微透鏡處。
29. —種光纜跨接器，用于激光系統(tǒng)，該光纜跨接器包括輸入端和輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至所述 輸出端的單纖型光纜；其中所述光纜跨接器輸出具有均勻能量密度的、要被照射到目標(biāo)物的激光束，而無需 在所述光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的光纜跨接器，其中所述光纜跨接器的輸出端具有一數(shù)值孔徑，該數(shù)值孔徑等于所述光纜跨接器處的、激 光束的能量分布具有最大值的預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第一直徑與所述光纜 跨接器處的、激光束的焦點(diǎn)區(qū)域處的激光束波面的第二直徑之間的差，除以所述預(yù)定百分 數(shù)值區(qū)域和所述焦點(diǎn)區(qū)域之間的距離。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的光纜跨接器，進(jìn)一步包括光管、第一微透鏡和第二微透鏡。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的光纜跨接器，其中所述光管包括形成所述輸出端且具有所 述第一微透鏡和所述第二微透鏡的第一光管，以及聯(lián)接到所述第一光管且形成所述輸入端 的第二光管。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的光纜跨接器，其中所述預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域在所述第一微透 鏡處，并且所述焦點(diǎn)區(qū)域在所述第二微透鏡處。
34. —種激光系統(tǒng)，包括光纜跨接器，包括輸入端和輸出端，用于將激光束從連接至所述輸入端的纖束型光纜 傳輸?shù)竭B接至所述輸出端的單纖型光纜；禾口第一支架，用于在所述光纜跨接器的目標(biāo)物側(cè)將所述單纖型光纜保持在直線狀態(tài)，以 使所述光纜跨接器輸出具有均勻能量密度的、要被照射到所述目標(biāo)物的激光束，而無需在 所述光纜跨接器中執(zhí)行對(duì)激光束的中心進(jìn)行準(zhǔn)直的過程。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器的輸出端具有一數(shù)值孔徑，該數(shù)值孔徑等于在所述光纜跨接器處的、 激光束的能量分布具有最大值的預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域處的激光束波面的第一直徑與在所述 光纜跨接器處的、激光束的焦點(diǎn)區(qū)域處的激光束波面的第二直徑之間的差，除以所述預(yù)定 百分?jǐn)?shù)值區(qū)域和所述焦點(diǎn)區(qū)域之間的距離。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的激光系統(tǒng)，其中所述光纜跨接器包括形成所述輸出端且具 有第一微透鏡和第二微透鏡的第一光管，以及聯(lián)接到所述第一光管且形成所述輸入端的第 二光管。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的激光系統(tǒng)，其中所述預(yù)定百分?jǐn)?shù)值區(qū)域在所述第一微透鏡 處，并且所述焦點(diǎn)區(qū)域在所述第二微透鏡處。
全文摘要
本發(fā)明公開了激光系統(tǒng)及用于該激光系統(tǒng)的光纜跨接器。該激光系統(tǒng)包括具有輸入端和輸出端的該光纜跨接器以及激光槍，其中該光纜跨接器將激光束從連接至其輸入端的纖束型光纜傳輸?shù)竭B接至其輸出端的單纖型光纜。該激光槍在該光纜跨接器的后面連接至單纖型光纜以將激光束照射到目標(biāo)物。
文檔編號(hào)H01S3/10GK101752774SQ20091025426
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者姜泰旭, 李坰澤, 申鉉喆, 鄭元雄 申請(qǐng)人:三星移動(dòng)顯示器株式會(huì)社