專利名稱：用于操作氣體激光器系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作使用氣體激光器、特別是使用CO2激光器對基片進行加工的激光器系統(tǒng)的方法，其中在充氣的激光諧振器中，對該激光諧振器應(yīng)用高頻電壓，以便在相應(yīng)的工作階段(duty phase)期間產(chǎn)生預(yù)定的泵浦功率，并且在該激光諧振器中通過Q調(diào)制器產(chǎn)生具有預(yù)定重復(fù)頻率的脈沖激光束，該激光束通過偏轉(zhuǎn)單元相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)到加工位置，在工作階段期間在該加工位置產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的脈沖，然后在轉(zhuǎn)移階段(jump phase)時通過該偏轉(zhuǎn)單元將其偏轉(zhuǎn)到下一加工位置，其中在每個從一個加工位置到下一加工位置的轉(zhuǎn)移階段期間切斷激光束，并且激光束不向外輸出脈沖。
背景技術(shù)：
已知多種這樣的加工基片的方法。例如，DE10145184A1描述了一種用于在電路基片中進行激光鉆孔的方法，其中優(yōu)選地使用CO2激光器。當(dāng)使用CO2激光器對電路板進行鉆孔時，每個孔需要特定數(shù)量的激光脈沖，這取決于應(yīng)用。這種脈沖序列也稱作脈沖串(burst)。一致并且可再生的孔品質(zhì)要求脈沖序列中脈沖幅度的變化以及絕對脈沖幅度從一個脈沖序列到下一個脈沖序列是相同的。發(fā)射具有特定脈沖頻率的脈沖的時間與不發(fā)射脈沖的時間的脈沖占空因數(shù)也稱作占空因數(shù)。該占空因數(shù)必須不超過特征值，因為在可用激光器的高脈沖功率時，否則氣體不再能被冷卻，因此降低效率。
WO02/082596A2描述了一種用于這種應(yīng)用的CO2激光源，其中諧振器具有冷卻設(shè)備。對于每個脈沖序列期間諧振器中的能量比，可以調(diào)整冷卻，使得諧振器中的溫度或能量比保持在相同水平，并且因此該脈沖序列中的脈沖也具有相同的尺寸。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在脈沖序列中具有太多脈沖時，脈沖幅度降低。
然而，出現(xiàn)了這樣的問題，如果在鉆孔程序中，孔彼此之間的間隔不同，這就意味著在脈沖序列之間還存在不同長度的轉(zhuǎn)移階段，在該脈沖序列期間，激光器相應(yīng)地切斷不同持續(xù)時間。因此，在高功率范圍中，一個脈沖序列與下一脈沖序列的脈沖的效率以及水平不同，這是由于激光諧振器中氣體的冷卻時間具有不同的長短。因此，這會影響孔品質(zhì)的再生性。
雖然可以通過相應(yīng)的附加等待時間來補償一個孔與下一孔的不相等的運動時間的負(fù)面影響，以及因此而保證脈沖序列之間的一致的持續(xù)時間間隔，但是其結(jié)果是，總是必須假設(shè)在脈沖序列之間具有最大可能間隔。這樣，總而言之，鉆孔過程將變得非常慢，并且生產(chǎn)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改進在開始處所提到的類型的方法，使得即使在加工位置具有不同間隔，并且激光束相應(yīng)地具有不同的切斷時間的情況下，也可以在所有加工位置具有一致的加工品質(zhì)，而無任何附加時間損失。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過在轉(zhuǎn)移階段期間內(nèi)間歇地對激光諧振器施加高頻泵浦電壓而實現(xiàn)，使得諧振器中的能量水平與工作階段期間保持近似相同的幅度。
通過根據(jù)本發(fā)明所限定的在激光諧振器激活高頻電壓，脈沖序列和脈沖間隔之間的脈沖占空因數(shù)或占空因數(shù)在激光器切斷時也保持大約相同，使得氣體的冷卻也以限定的方式被控制，因此諧振器中的能量水平在間隔期間也保持相同。這樣，在重新接通激光器時，可以立即輸出與前面的脈沖序列相同幅度的脈沖。
可以以不同的方案實現(xiàn)轉(zhuǎn)移階段期間使用高頻泵浦電壓激活諧振器。例如，可以在這些轉(zhuǎn)移階段期間持續(xù)地調(diào)制高頻電壓。然而，也可以在轉(zhuǎn)移階段的開始和/或結(jié)束時完全切斷或完全接通RF功率長達限定的切斷時間，并且只在剩余時間期間施加具有預(yù)定脈沖占空因數(shù)的被調(diào)制電壓。
而且，可以將本發(fā)明的方法擴展，即不僅在加工特定加工區(qū)域時在轉(zhuǎn)移階段期間，而且在更長的間隔期間，例如在從一個加工區(qū)域變到下一加工區(qū)域時，或者在系統(tǒng)的備用操作狀態(tài)期間，繼續(xù)諧振器處高頻電壓的調(diào)制。
為了得到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制的必要脈沖占空因數(shù)，需要考慮不同的標(biāo)準(zhǔn)、特別是特定激光諧振器的特性。優(yōu)選地，通過實驗得到該脈沖占空因數(shù)，例如通過在高頻電壓的不同脈沖/間隔比的情況下，使用切斷的激光器鉆測試孔，并且檢查它們的孔品質(zhì)。然而，也可以通過輸出激光器的測試脈沖以及測量脈沖幅度而得到諧振器中的主要能量水平。在該過程期間，可以通過光電二極管等測量脈沖幅度。


下面，通過參照附圖的實施例來更詳細地解釋本發(fā)明，其中附圖1表示應(yīng)用本發(fā)明方法的氣體激光器系統(tǒng)的示意圖，附圖2表示在激光諧振器中用于產(chǎn)生激光脈沖的有效信號，附圖3表示傳統(tǒng)方法中具有在工作階段和轉(zhuǎn)移階段中用于激光諧振器的激活脈沖的時序圖，附圖4、5和6以三種不同的變體表示在根據(jù)本發(fā)明的方法中具有用于激光諧振器的激活脈沖的相應(yīng)時序圖。
具體實施例方式
附圖1表示用于本發(fā)明方法的激光器系統(tǒng)。在此，設(shè)置諧振器1，該諧振器包括填充有氣體混合物、優(yōu)選地填充有CO2的腔，通過電極系統(tǒng)2將高頻電壓RF施加到諧振器。而且，諧振器1通過冷卻系統(tǒng)3冷卻，該冷卻系統(tǒng)包括相應(yīng)的冷卻劑接口。通過光電調(diào)制器裝置形式的Q調(diào)制器4-通過相應(yīng)的脈沖激活裝置5向其提供高頻電壓，借助于同樣僅示意性表示的反射鏡裝置6，將脈沖通過窗口7發(fā)射到諧振器1中，并且在那里通過另一反射鏡裝置8引導(dǎo)。小空間上反射鏡的適當(dāng)排列增大了活動諧振器的有效長度。由此，產(chǎn)生激光脈沖LP，該激光脈沖通過輸出窗口9偏轉(zhuǎn)出諧振器，以及通過具有可移動反射鏡裝置的偏轉(zhuǎn)單元10偏轉(zhuǎn)至工件11上，以便在那里在相應(yīng)的工作位置上加工該工件，例如鉆孔。工件11被設(shè)置在可調(diào)整的工作臺12上，因此可以相應(yīng)地將工件的特定加工區(qū)域移動到激光束的范圍中。工作臺12以及偏轉(zhuǎn)單元10由定位系統(tǒng)13控制，該定位系統(tǒng)被中央控制器14控制。該中央控制器14還協(xié)調(diào)諧振器上的高頻電壓RF以及產(chǎn)生脈沖通過Q調(diào)制器4或其激活裝置5。根據(jù)附圖1所示的系統(tǒng)是已知的，并且其基本元件已經(jīng)在WO 02/082596A2中描述。
附圖2表示在傳統(tǒng)的操作模式中根據(jù)附圖1所示的系統(tǒng)的脈沖圖。為了啟動脈沖序列，控制設(shè)備14在時間tb1將高頻電壓RF施加到諧振器，諧振器在這個施加電壓期間處于激發(fā)態(tài)。然后，如果控制裝置5將觸發(fā)脈沖TP施加到Q調(diào)制器4，則諧振器輸出激光脈沖LP的相應(yīng)序列。
附圖3表示在電路板上以不同間隔鉆孔時的相應(yīng)脈沖序列(在附圖3至6中，所有信號被表示為例如低有效，當(dāng)然，也可以表示為高有效)。在所示的例子中，各個工作階段APH1、APH2以及APH3用于鉆孔，而在工作階段之間，轉(zhuǎn)移階段SPH1和SPH2分別實現(xiàn)從第一孔到第二孔的光束偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移等。從附圖3可以看到，轉(zhuǎn)移階段具有不同的長度，這是因為要鉆的孔的間隔大小不同。實際上，間隔例如可以在200μm至50mm的范圍內(nèi)，其中轉(zhuǎn)移大約需要200μs到300ms。從附圖3中可進一步看到，在轉(zhuǎn)移階段SPH1和SPH2期間，不僅激光束自身被切斷(通過缺少觸發(fā)脈沖)，而且諧振器上的高頻電壓RF也被切斷。因此，對應(yīng)于不同長度的轉(zhuǎn)移階段，得到諧振器中不同的冷卻以及不同的能量水平降低。
附圖4表示根據(jù)本發(fā)明的操作模式的第一例子。在此，在轉(zhuǎn)移階段中，如以前在傳統(tǒng)方法中的那樣，通過Q調(diào)制器對激光器的觸發(fā)去激勵。然而，在整個轉(zhuǎn)移階段中，以預(yù)定的t1對t2的占空因數(shù)，間歇性地施加RF(高頻)功率，使得轉(zhuǎn)移階段SPH與工作階段APH(“RF功率OFF”與“RF功率ON”)的總比率被平衡。由此，補償了比工作階段APH大的電壓階段SPH，并且實現(xiàn)了平衡的能量水平。
附圖5表示一個略修改的實施例，工作階段APH1到APH3與位于其間的轉(zhuǎn)移階段SPH1和SPH2與前面的例子具有相同的長度。在這個例子中，在轉(zhuǎn)移階段開始時形成RF功率的間歇性調(diào)制。然而，諧振器的激發(fā)被持續(xù)地切斷或接通長度為t3的預(yù)定間隔時間PZ，直到下一工作階段的開始。
如圖6所示，在另一種方案中，轉(zhuǎn)移階段SPH1或SPH2可以分別以長度為t3或者不同長度的特定間隔時間PZ開始，然后將間歇的RF功率施加到諧振器上直到下一工作階段開始。同樣可以將附圖5和6的方案組合，也就是在轉(zhuǎn)移階段的開始和結(jié)束時分別插入間隔時間，在其之間將間歇的RF功率施加到諧振器，使得在任何情況下，在下一工作階段開始時，諧振器中的溫度或能量水平對應(yīng)于先前工作階段中的比率。激光脈沖序列LPF1、LPF2和LPF3以及由此得到的工作階段APH1、APH2和APH3也可以具有不同的長度。
權(quán)利要求
1.一種用于操作用于以氣體激光器、特別是以CO2激光器加工基片的氣體激光器系統(tǒng)的方法，其中在充氣的激光諧振器(1)中，將高頻電壓(RF)施加到所述充氣的激光諧振器(1)上，以便在相應(yīng)的工作階段(APH)期間產(chǎn)生預(yù)定的泵浦功率，并且在所述充氣的激光諧振器(1)中借助于Q調(diào)制器(4)產(chǎn)生具有預(yù)定重復(fù)頻率的脈沖激光束(LP)，所述脈沖激光束(LP)被偏轉(zhuǎn)單元(10)相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)到加工位置，在那里在工作階段(APH1、APH2、APH3)期間輸出預(yù)定數(shù)量的脈沖(LPF1、LPF2、LPF3)，然后在轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)中通過所述偏轉(zhuǎn)單元(10)將所述預(yù)定數(shù)量的脈沖偏轉(zhuǎn)到下一加工位置，其中在從一個加工位置到下一加工位置的轉(zhuǎn)移階段期間，所述激光束(LP)被切斷并且不向外輸出脈沖，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)期間，所述高頻泵浦能量(RF)被間歇地施加到所述激光諧振器(1)，使得所述諧振器中的能量水平保持在與所述工作階段(APH1、APH2、APH3)期間近似相同的幅度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光束的整個轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)期間，以預(yù)定的脈沖/間隔比(t1，t2)調(diào)制所述高頻泵浦能量(RF)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在工作階段(APH1、APH2、APH3)之后，在一段特定時間間隔內(nèi)分別以預(yù)定的脈沖/間隔比(t1，t2)調(diào)制所述高頻泵浦電壓(RF)，然后在一段預(yù)定間隔時間(PZ)內(nèi)切斷或以限定方式接通所述高頻泵浦電壓(RF)，直到下一工作階段(APH2、APH3)開始。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在工作階段(APH1、APH2、APH3)之后，首先將所述高頻泵浦電壓(RF)切斷一段預(yù)定間隔時間(PZ)，然后再以特定的脈沖/間隔比(t1，t2)調(diào)制所述高頻泵浦電壓(RF)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高頻泵浦電壓(RF)在轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)的開始以及結(jié)束時被切斷或接通一段特定間隔時間(PZ)，并且在剩余的轉(zhuǎn)移階段期間被以預(yù)定的脈沖/間隔比調(diào)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在所述激光器系統(tǒng)的備用操作模式期間，也間歇性地施加所述高頻泵浦電壓(RF)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了為所述間歇的高頻泵浦功率調(diào)整脈沖/間隔比(t2/t1)，通過鉆測試孔并隨后檢查孔的品質(zhì)而確定所述諧振器(1)中的能量水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了為所述間歇的高頻泵浦功率調(diào)整脈沖/間隔比(t2/t1)，通過輸出測試脈沖以及通過測量脈沖幅度而確定所述諧振器(1)中的能量水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，借助于光電二極管測量所述脈沖幅度。
全文摘要
在氣體激光器系統(tǒng)的操作期間，特別是通過使用CO2激光器，在工作階段(APH1、APH2、APH3)中將相應(yīng)的預(yù)定脈沖序列(LPF1、LPF2、LPF3)偏轉(zhuǎn)到基片的特定加工點，然后在轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)中將激光器偏轉(zhuǎn)調(diào)整到下一操作點。為了避免由于加工點之間不均勻的間隔以及相應(yīng)不相等長度的轉(zhuǎn)移階段所造成的激光諧振器的不同冷卻，以及激光器所鉆的孔的不同孔品質(zhì)，在轉(zhuǎn)移階段(SPH1、SPH2)期間也將高頻泵浦能量(RF)間歇地施加到激光諧振器，使得諧振器中的能量水平被保持與工作階段(APH1、APH2、APH3)期間近似相同的幅度。
文檔編號H01S3/09GK1845811SQ200480024678
公開日2006年10月11日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者亞歷山大·希爾托, 漢斯·J·梅爾, 彼得拉·米青內(nèi)克 申請人:日立比亞機械股份有限公司