專利名稱：多輸出諧波激光器及使用該諧波激光器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明涉及固態(tài)激光器，更具體地是涉及使用至少兩個諧波光束以執(zhí)行微加工操作(例如通孔形成)的激光器系統(tǒng)或方法。
背景技術(shù)：
0002傳統(tǒng)固態(tài)激光器在一給定時間僅提供單個激光輸出光束，并且傳統(tǒng)固態(tài)諧波激光器在一給定時間僅提供單諧波激光輸出光束。示例性固態(tài)諧波激光器在約1-100kHz重復(fù)率的單光束中產(chǎn)生平均功率為8-10W的UV激光脈沖。為了增加給定激光器微加工操作的激光器系統(tǒng)吞吐量，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)利用具有多于一個激光頭或利用各種激光束分離技術(shù)的激光器系統(tǒng)。這些技術(shù)具有許多優(yōu)點。
0003如果通過利用并行處理操作同時處理相同的目標(biāo)，從而利用兩個或更多個激光器來增加系統(tǒng)吞吐量，則額外的激光器需要更多空間，并大大增加了激光器系統(tǒng)的成本。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，即使當(dāng)這樣的激光器利用相同的抽運源、激光介質(zhì)、諧波轉(zhuǎn)換器、以及具有“相同”設(shè)計的輸出耦合反射鏡，并且另外地利用相同的光學(xué)路徑組件和系統(tǒng)控制電子裝置，也很難匹配激光輸出參數(shù)，例如每個不同激光束(當(dāng)它們是新的時候由于組件的質(zhì)量的變化所產(chǎn)生的，以及由于組件的壽命相關(guān)的退化中的變化所產(chǎn)生的)的每脈沖能量、光束形狀或質(zhì)量、和/或發(fā)散角或聚焦點大小。
0004另一方面，光束分離技術(shù)，例如那些用來增加應(yīng)用(例如鉆通孔)中的吞吐量，需要從激光器中產(chǎn)生更高功率的激光束，以使得所產(chǎn)生的激光束可以被分成所需數(shù)目的光束。不幸的是，該最高實際可用諧振功率主要由對諧波轉(zhuǎn)換器的損壞危險限制。更高功率能力也會趨向于減少所述激光頭的可靠性，增加對各種光學(xué)組件的損壞危險，并減小激光器系統(tǒng)的使用壽命。
0005因此，需要克服這些缺點的固態(tài)共振激光器以及使用這種激光器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
0006因此，本發(fā)明的目的是要提供一種固態(tài)激光器，用于提供多個激光輸出光束。
0007本發(fā)明的另一個目的是要提供這樣的固態(tài)激光器，其提供兩個或更多個諧波激光輸出光束。
0008本發(fā)明的又一個目的是要提供使用這種固態(tài)激光器的方法，以增加激光器系統(tǒng)的吞吐量。
0009本發(fā)明優(yōu)選使用一個具有激光諧振腔的固態(tài)激光器，所述激光諧振腔在激光介質(zhì)的相對側(cè)具有輸出端口，以提供兩個單獨的激光加工光束。在一個實施例中，輸出端口是諧振腔反射鏡，其對于由一個或更多個激光介質(zhì)所產(chǎn)生的基本波長是部分透射的，以便使得激光諧振腔提供兩個獨立的基本波長的激光加工光束。在替代性實施例中，外腔波長轉(zhuǎn)換器被用來把基本波長光束之一或兩者轉(zhuǎn)換為諧波波長。在另一個替代性實施例中，內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器位于激光介質(zhì)的一側(cè)或兩側(cè)。激光器腔還可以包括可選的Q開關(guān)和/或孔。與內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器相連的輸出端口，可以是諧振腔反射鏡，其優(yōu)選對于由一個或更多個激光介質(zhì)產(chǎn)生的基本波長具有高反射性，并且對于所需諧波激光輸出的波長具有高透射性。每組波長轉(zhuǎn)換器可以包括適于產(chǎn)生具體諧波的一個、兩個或三個非線性晶體。進(jìn)一步的實施例包括一組或兩組非線性晶體中的波片，用于調(diào)節(jié)每個諧波光束的功率。
0010在一個替代性的實施例中，激光器包括至少一個折疊反射鏡，以有利于對激光介質(zhì)進(jìn)行端抽運(end-pumping)。在另一個優(yōu)選實施例中，附加的固態(tài)激光介質(zhì)沿著光學(xué)路徑設(shè)置在波長轉(zhuǎn)換器之間。進(jìn)一步的實施例包括優(yōu)選在激光介質(zhì)之間增加Q開關(guān)和/或孔，以及增加激光脈沖光柵裝置，以獨立于各自目標(biāo)控制激光加工光束的并發(fā)傳播或非傳播(nonpropagation)。
0011這些實施例的一個優(yōu)點是，單個激光器提供了兩個激光輸出的激光加工光束，消除了許多組件和對于兩個單獨激光器可能需要的電子裝置。另外，產(chǎn)生所需諧波波長功率的負(fù)擔(dān)由兩組諧波轉(zhuǎn)換器所分擔(dān)，所以，存在更少的對諧波轉(zhuǎn)換器和其他光學(xué)組件的損壞危險。因此，激光器組件可以持續(xù)更長的時間并且降低成本。
0012這些實施例的另一個優(yōu)點是，由單激光器產(chǎn)生的兩個激光加工光束可以具有基本相同的特性，特別是當(dāng)激光器是對稱配置的時候。波片也可以用來補償這兩個激光加工光束中的功率級之間的大部分差別。
0013這些實施例的又一個優(yōu)點是，由單激光器產(chǎn)生的兩個激光加工光束可以被操縱來具有不同的參數(shù)，例如波長或每脈沖能量。例如，一個激光加工光束可以以基本激光器波長使用，而第二個激光加工光束可以在第一光束的第二、第三、或第四諧波使用。提供這種激光加工光束的激光器系統(tǒng)可以順序地或同時地處理在一個或多個目標(biāo)上的不同材料。
0014根據(jù)下文參考附圖對優(yōu)選實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將更加明顯。


0015圖1是提供兩個激光加工光束的固態(tài)諧波激光器的優(yōu)選實施例的示意圖，其利用了處于激光諧振腔每一端的輸出端口，并且利用了外腔波長轉(zhuǎn)換器。
0016圖2是提供兩個激光加工光束的固態(tài)諧波激光器的優(yōu)選實施例的示意圖，其利用了處于激光諧振腔每一端的輸出端口，并且利用了內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器和外腔波長轉(zhuǎn)換器。
0017圖3是提供兩個激光加工光束的固態(tài)諧波激光器的優(yōu)選實施例的示意圖，其利用了內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器，以及處于激光諧振腔每一端的輸出端口。
0018圖4是提供兩個激光加工光束的固態(tài)諧波激光器的替代性優(yōu)選實施例的示意圖，其利用所述輸出端口之間的兩個激光介質(zhì)和多個折疊反射鏡。
0019圖5是一個示意圖，其示出了可用兩個激光加工光束來加工單獨的目標(biāo)。
0020圖6是一個示意圖，其示出了可組合兩個激光加工光束來加工同一目標(biāo)。
0021圖7是一個示意性框圖，其示出了一個示例性激光器系統(tǒng)的實施例，該激光器系統(tǒng)采用了兩個激光脈沖選通裝置，以為來自相同諧振腔的相應(yīng)激光加工光束提供隨選的、時間獨立的目標(biāo)。
0022圖8是一個示意性框圖，其示出了一個示例性激光器的一般性實施例，該激光器采用至少一個棱鏡作為輸出端口。
0023圖9是一個示意性框圖，其示出了一個示例性激光器的具體實施例，該激光器采用兩個棱鏡作為輸出端口。
具體實施例方式
0024圖1是激光器10a的一個實施例的示意圖，激光器10a包括一個激光諧振腔20a，其具有兩個輸出端口22a1和22b1(統(tǒng)稱為輸出端口22)，這些輸出端口是輸出耦合諧振腔反射鏡，并且對基本紅外(IR)波長是部分反射的，該基本紅外波長由一個或多個固態(tài)激光介質(zhì)24a1和24b1(統(tǒng)稱為激光介質(zhì)24或激光媒介24)產(chǎn)生，其中這些激光介質(zhì)沿著光學(xué)路徑28a設(shè)置在激光諧振腔20a內(nèi)。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，可采用其它從基本波長中分離諧波波長的技術(shù)，將諧波波長傳播出諧振腔20a(通過或者不通過輸出耦合器進(jìn)行傳播)。一個示例性替代性實施例使用具有布魯斯特斜角切(Brewster angle-cuts)的棱鏡或非線性晶體(NLC)34，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知技術(shù)，并且其中一部分內(nèi)容已經(jīng)在Grossman等人的美國專利第5,850,407號中被詳細(xì)描述。
0025激光介質(zhì)24優(yōu)選包括傳統(tǒng)的固態(tài)激射物，例如Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4，或者Yb:YAG。在大多數(shù)實施例中，激光介質(zhì)24a和24b將包括相同的激射物，但是技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光介質(zhì)24a在例如組成成分、大小、或摻雜濃度等方面與激光介質(zhì)24b可以不同。激光介質(zhì)24b以虛線示出，因為它是可以省略的。在一些實施例中，激光介質(zhì)24由一個或多個二極管或二極管陣列(未示出)從側(cè)面直接或間接地抽運(pump)，所述二極管或二極管陣列產(chǎn)生激光抽運光30a和30b(統(tǒng)稱為抽運光30)，但是技術(shù)人員應(yīng)該意識到，可以增加一個或多個內(nèi)腔折疊反射鏡或抽運輸入耦合反射鏡32(圖4)和/或其他公知的光學(xué)組件(未示出)，以便于進(jìn)行端抽運。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，可用一個或多個燈、激光器或者其他抽運工具來提供抽運光30。
0026激光諧振腔20a還優(yōu)選(但不是必需的)包括Q開關(guān)38。如果使用兩個激光介質(zhì)24，那么開關(guān)38優(yōu)選(但不是必需的)沿著光學(xué)路徑28a處于這兩個激光介質(zhì)之間。一個或多個孔或縫40a和40b(統(tǒng)稱為孔40)也可以沿著光學(xué)路徑28a被包括在激光諧振腔20a中。優(yōu)選為每一個激光介質(zhì)24包括一個孔40，并且優(yōu)選把孔40設(shè)置在各自的激光介質(zhì)24和輸出端口22之間。
0027如果需要，波長轉(zhuǎn)換器26a1和26b1(統(tǒng)稱為波長轉(zhuǎn)換器26)可以沿著光學(xué)路徑28a設(shè)置在激光諧振腔20a之外，以將激光加工諧振腔輸出27a1和27b1(統(tǒng)稱為諧振腔輸出27)轉(zhuǎn)換為諧波激光加工光束42a1和42b1(統(tǒng)稱為激光加工光束42)。在波長轉(zhuǎn)換器26均處于激光諧振腔20a之外的實施例中，輸出端口22a1和22b1優(yōu)選對基本波長具有大約5％-20％的透射。如果只使用了兩個波長轉(zhuǎn)換器26a1和26b1中的一個，則激光加工光束42之一將表示基本波長，而另一個激光加工光束42將表示諧波波長。
0028每個波長轉(zhuǎn)換器26優(yōu)選包括一個或多個非線性晶體34a和34b，例如圖1所示的34a1，34a2，34b1和34b2(統(tǒng)稱為非線性晶體34)。方便起見，該非線性晶體34在圖中也被標(biāo)為“NLC”。在大多數(shù)實施例中，非線性晶體34a一般優(yōu)選與各自的非線性晶體34b相同。關(guān)于圖1所示的實施例，非線性晶體34a1和34b1優(yōu)選轉(zhuǎn)換諧振腔輸出27為第二諧波激光加工輸出29a和29b(統(tǒng)稱為第二諧波波長輸出29)，并且該非線性晶體34a2和34b2優(yōu)選把第二諧波波長輸出29轉(zhuǎn)換為激光加工光束42，其在這個實施例中優(yōu)選包括第三諧波波長。但是，技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光加工光束42可適合于包括第四諧波波長。典型的基本激光波長包括(但并不限于)1,064nm，其具有532nm(雙倍頻)、355nm(三倍頻)、266nm(四倍頻)以及213nm(五倍頻)的諧波波長。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在激光介質(zhì)24相對側(cè)上的波長轉(zhuǎn)換器26的不同組合，可以被用來在激光介質(zhì)24的不同側(cè)產(chǎn)生激光加工光束42的不同諧波。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，波長轉(zhuǎn)換器26可以從激光介質(zhì)24的一側(cè)或兩側(cè)忽略，這樣激光加工光束42之一或兩者可以包括基本波長。
0029如果諧波激光加工光束42a和42b需要具有基本相同的參數(shù)，例如每脈沖能量，技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光諧振腔20a內(nèi)部和外部的組件應(yīng)該基本對稱地布置。另外，具有或沒有偏振器的一個或多個波片36a和/或36b(統(tǒng)稱為波片36)，優(yōu)選添加到一組或兩組波長轉(zhuǎn)換器26的非線性晶體34之間，以微調(diào)各自的諧波激光加工光束42a和42b，使其具有一個或多個基本相同的參數(shù)，例如每脈沖能量。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，雖然優(yōu)選把波片36設(shè)置在每個波長轉(zhuǎn)換器26的非線性晶體34之間，但是波片36可以被設(shè)置在輸出端口22和波長轉(zhuǎn)換器26之間。其他公知的能量控制裝置，其包括(但并不限于)偏振器、電光裝置、聲光調(diào)制器或衰減器、偏振器和波片、或者偏振器和電光裝置，可以另外地或者替代性地被用來控制一個或兩個激光加工光束42的能量。
0030技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光加工光束42是明顯不同于低能量參考光束、校準(zhǔn)光束、和抽運光束(其中有一些經(jīng)常是不合理的諧振腔泄漏的結(jié)果)的。技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，諧振腔組件可以按許多種其他的組合來布置。例如，Q開關(guān)38和孔40可以被設(shè)置在激光介質(zhì)24的相同側(cè)。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，腔體組件可以被配置成基本對稱，以促進(jìn)提供基本相同的諧波激光加工光束42a和42b，或者該腔體組件可以被配置成故意不對稱的，以特意提供不同諧波的激光加工光束42a和42b。
0031如果需要諧波激光加工光束42a和42b故意具有不同的參數(shù)，例如波長、光點大小、或每脈沖能量，技術(shù)人員可以利用和波長轉(zhuǎn)換器26b不同的波長轉(zhuǎn)換器26a。例如，非線性晶體34a可以具有與非線性晶體34b不同的尺寸、性質(zhì)、或截然不同的晶體數(shù)目，或者它們可以被隔開或者被不同地配置在激光諧振腔20a的內(nèi)部或外部。類似地，其他諧振腔組件在激光介質(zhì)24的每側(cè)上可以被不同地隔開，以便接收不同的光束功率和發(fā)散角。波片36或其他功率控制裝置也可以被控制，以改變諧波激光加工光束42a和42b之一或兩者的參數(shù)，并且波片36a也可以具有與波片36b不同的尺寸或參數(shù)，以促進(jìn)不同的各自的諧波激光加工光束42a和42b適合不同的具體應(yīng)用。
0032再次參考圖1，所示的實施例采用了反射鏡48a1和48b1(統(tǒng)稱為反射鏡48)，以引導(dǎo)各自的諧波激光加工光束42a1和42b1至光束定位和聚焦系統(tǒng)組件(未示出)。在一個優(yōu)選實施例中，反射鏡48對于諧波激光加工光束42的波長(例如第三諧波)具有高反射性，并且對于基本波長和其他諧波波長(例如45度角的第二諧波)具有高透射性。
0033圖2示出了固態(tài)激光器10b的一個優(yōu)選實施例，激光器10b具有外腔波長轉(zhuǎn)換器26a2和26b2以及內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器26c2和26d2，并且使用了許多與圖1中的固態(tài)激光器10a相同的組件。為了方便起見，固態(tài)激光器10a和10b(統(tǒng)稱為激光器10)的相同組件在圖1-8中一般標(biāo)為相同的參考數(shù)字，但字符標(biāo)記或下標(biāo)可能不同。
0034參考圖2，激光諧振腔20b包括內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器26c2和26d2，其分別優(yōu)選包括一個或多個非線性晶體34a1和34b1。因為激光諧振腔20b包括內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器26c2和26d2，輸出端口22a2和22b2優(yōu)選對于激光介質(zhì)24產(chǎn)生的基本波長具有高反射性，并且對于諧振腔輸出27a2和27b2的所需諧波波長具有高透射性。技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，可用其他從基本波長中分離諧波波長的技術(shù)將諧波波長傳播出諧振腔20(其通過或者不通過輸出耦合器進(jìn)行傳播)，例如那些采用棱鏡或布魯斯特斜角切NLC 34的技術(shù)。
0035在固態(tài)激光器10b的一些實施例中，諧振腔輸出27包括第二諧波，以及外腔波長轉(zhuǎn)換器26a2和26b2，所述外腔波長轉(zhuǎn)換器26a2和26b2分別優(yōu)選包括一個或多個非線性晶體34a2和34b2，優(yōu)選把諧振腔輸出27轉(zhuǎn)換為諧波激光加工光束42a2和42b2(其優(yōu)選包括第四諧波波長)。因此，部分反射鏡48a2和48b2優(yōu)選對于諧波激光加工光束42具有高反射性(例如第四諧波)，并且對于45度角的第二諧波波長具有高透射性。各自的第二組波片36a2和36b2、非線性晶體34a2和34b2、以及部分反射鏡48a2和48b2可以被添加，以利用傳播通過第一組部分反射鏡48的部分諧振腔(第二諧波)輸出27，使得可以提供事實上相同或根本不同的諧波激光器加工輸出的四個光束。
0036圖3是激光器10c的優(yōu)選實施例的示意圖，其包括具有兩個輸出端口22a3和22b3(統(tǒng)稱為輸出端口223)的激光諧振腔20c，其對于激光介質(zhì)24b3產(chǎn)生的基本波長具有高反射性，并且對于所需諧波波長具有高透射性。
0037在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換器26e和26f優(yōu)選設(shè)置在激光諧振腔20c內(nèi)，朝向各自的輸出端口22a3和22b3，并且每一個波長轉(zhuǎn)換器26優(yōu)選包括兩個或更多非線性晶體34a1和34a2和34b1和34b2。在優(yōu)選實施例中，波片36a3和36b3(其具有消偏振鏡或者沒有消偏振鏡)被添加在兩個波長轉(zhuǎn)換器26的非線性晶體34之間。也可以添加Q開關(guān)38和/或孔40，優(yōu)選在波長轉(zhuǎn)換器26之間，并處于激光介質(zhì)24b3的相對側(cè)。
0038技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，諧振腔組件可以被布置成多種組合，以提供基本相同或不同的諧波激光加工光束42a3和42b3。例如，Q開關(guān)38和孔40可以設(shè)置在激光介質(zhì)24b3的相同側(cè)上，或者波片363可以被忽略，或者設(shè)置在給定波長轉(zhuǎn)換器26的兩個非線性晶體34的任一側(cè)。
0039至于其他的實施例，如果諧波激光加工光束42a3和42b3需要具有相同的參數(shù)，則對稱的組件優(yōu)選是相同的；并且如果諧波激光加工光束42a3和42b3需要具有特意不同的參數(shù)，例如不同的波長，則對稱的組件(例如波長轉(zhuǎn)換器26)可以具有不同的特性，以提供諧波激光加工光束42中所需的差別。
0040圖4是替代性激光器10d的優(yōu)選實施例的示意圖，其也包括兩組內(nèi)腔波長轉(zhuǎn)換器26e和26f，波片36a3和36b3，以及輸出端口22a3和22b3。但是激光諧振腔20d也包括折疊反射鏡32a1、32a2、32b1、和32b2(統(tǒng)稱為折疊鏡32，或者32a，或者32b)，以及被Q開關(guān)38分開的兩個截然不同的激光介質(zhì)24a4和24b4。折疊鏡32可以對于激光介質(zhì)24產(chǎn)生的基本波長具有高反射性，以及對于激光抽運光30a1、30a2、30b1、30b2(統(tǒng)稱為激光抽運光30、或30a、或30b)的波長具有高透射性。
0041當(dāng)諧波激光加工光束42a3和42b3(統(tǒng)稱為激光加工光束42)需要基本相同的參數(shù)時，技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光介質(zhì)24優(yōu)選在大小、組成和到光學(xué)路徑28d的方向上基本相同，并且折疊鏡32a和32b優(yōu)選在大小、形狀、和到光學(xué)路徑28d的方向角度上基本相同。在激光介質(zhì)24的任一側(cè)上的這些諧振腔組件之間的距離也優(yōu)選是對稱的。但是，關(guān)于諧波激光加工光束42需要特意不同的參數(shù)的其他實施例中，技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在Q開關(guān)38的每一側(cè)上的諧振腔組件和/或波長轉(zhuǎn)換器26可以具有不同的性質(zhì)、沿著光學(xué)路徑28d的不同的順序或軸向布置，和/或它們之間的不同距離。而且，波片36或其他能量控制設(shè)備可以被控制，以便使得第一激光加工光束42a的脈沖的脈沖能量和第二激光加工光束42b的脈沖的脈沖能量不同。
0042關(guān)于激光器10a-10d(統(tǒng)稱為激光器10)，可以通過各種公知的光束組合、光束分離、或光束復(fù)合技術(shù)來操縱諧波激光加工光束42，以執(zhí)行公知的激光器操作，例如微加工應(yīng)用，包括(但并不限于)鉆通孔；半導(dǎo)體晶片切片、切割、或倒圓；或者其他激光蝕刻或畫線技術(shù)。
0043圖5說明了激光器系統(tǒng)50a的實施例，其中來自固態(tài)激光器10的激光加工光束42a和42b由反射鏡48a和48b引導(dǎo)沿著各自的獨立光束路徑52a和52b，并且被在相同或不同平臺58上支撐的工件54a和54b上的獨立目標(biāo)位置上的掃描頭56a和56b引導(dǎo)。
0044掃描頭56a和56b優(yōu)選為傳統(tǒng)光束定位系統(tǒng)(圖7)的一部分，例如在Culter等人的美國專利第5,751,585號、Cutler的美國專利第6,430,465號和Overbeck的美國專利第4,532,402號中一起詳細(xì)描述的那些及其改進(jìn)，其中這些專利已轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，并且以引用方式并入本文。其他固定頭或快速定位器頭系統(tǒng)，例如電流計、壓電或者聲音線圈控制的反射鏡(voice-coil-controlled mirrors)、或者線性電機(jī)驅(qū)動傳統(tǒng)定位系統(tǒng)或者那些用于俄勒岡州波特蘭Electro ScientificIndustries(ESI)公司生產(chǎn)的5300模型系列中的，可以另外地或者替代性的使用。
0045在優(yōu)選應(yīng)用中，工件54a和54b是基本相同模式的，例如蜂窩電話底板/電路板，并且優(yōu)選以類似的布置在平臺58(例如X-Y坐標(biāo)臺)支持的單印刷電路板(PCB)上構(gòu)成。每個工件54a和54b可在相同或不同的位置上要求基本相同的處理操作。例如，工件54a和54b可能要求在相同位置鉆出幾個通孔。
0046激光器10(其提供兩個激光加工光束42a和42b，以在基本相同的工件54a和54b上執(zhí)行基本相同的處理操作)提供比以下傳統(tǒng)系統(tǒng)好的若干優(yōu)點，即使用兩個截然不同的激光器的傳統(tǒng)激光器系統(tǒng)或從單輸出激光器中分離單光束的傳統(tǒng)激光器系統(tǒng)。許多對于兩個單獨激光器所需要的組件和電子裝置可以排除了，所以復(fù)雜性和成本降低了。激光器10還占據(jù)更少空間，并且比兩個單獨激光器更有效。
0047另一個優(yōu)點是產(chǎn)生所需的諧波波長的負(fù)擔(dān)被兩組波長轉(zhuǎn)換器26所分擔(dān)，這樣，就使得波長轉(zhuǎn)換器26和其他光學(xué)組件遭到損壞的危險更少。為了實際原因，從傳統(tǒng)固態(tài)諧波激光器可用的諧波功率主要被損壞波長轉(zhuǎn)換器26的危險限制。通過使用兩組波長轉(zhuǎn)換器26，技術(shù)人員使用更強大的基本激光引擎，并由此從單諧振腔得到更大諧波輸出功率。因此，激光器10所產(chǎn)生的每一個光束可以具有和傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生的單光束相同的實際最大輸出功率，或者，例如來自第一和第二光束的輸出功率的總和可以比傳統(tǒng)單輸出光束的實際最大輸出功率更大。
0048再次關(guān)于在基本相同的工件54a和54b上執(zhí)行基本相同的處理操作，激光器10產(chǎn)生的兩個激光加工光束42a和42b更可能具有相同的脈沖特性，特別是當(dāng)諧振腔組件是相同的并且對稱布置的時候。利用激光器10來提供兩個激光加工光束42a和42b，可以最小化將發(fā)生在不同諧振腔之間的老化退化，這樣激光加工光束42a和42b被基本相同量的空腔損失和/或光學(xué)組件的性能偏移或單抽運源或各自的抽運源的老化所影響。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，由于可變的退化而造成的諧振腔損失差異或傳統(tǒng)單獨諧振腔中抽運源的老化，會造成激光束的某些特性之間明顯的區(qū)別，例如每脈沖能量和光束質(zhì)量，并且可變的諧振腔損失差異需要對這兩個傳統(tǒng)諧振腔進(jìn)行持續(xù)的相互重新校正。
0049在不同諧振腔的光束特性之間的差別，可以導(dǎo)致當(dāng)其他激光器光束執(zhí)行有缺陷的操作時，一個激光器光束在可接受容忍度內(nèi)執(zhí)行。例如，一些通孔可以被鉆孔至一個所需的深度或質(zhì)量，而其他通孔可以以一種不可接受地破壞通孔底層或周圍層的方式被鉆孔。激光脈沖能量的可接受的范圍通常稱為“處理窗口”。對于許多激光處理應(yīng)用，處理窗口需要激光脈沖能量從選定脈沖能量值的變化小于5％。
0050因此，激光加工光束42a和42b更可能執(zhí)行基本相同的處理操作，在工件54a和54b上的基本相同的通孔式樣上具有基本相同的輸出參數(shù)(例如改變小于5％的脈沖能量)，特別是在諧波波長上例如大于5或10kHz的高重復(fù)率，以便使得激光加工光束42a和42b兩者產(chǎn)生高質(zhì)量結(jié)果，例如，在PCB中制造高質(zhì)量通孔。
0051圖6說明了激光器系統(tǒng)50b的實施例，其中來自激光器10的激光加工光束42a和42b被組合通過光束組合器60，以沿著光束路徑52c提供來自掃描頭56的單激光束系統(tǒng)輸出42e。光束組合器60可以包括折疊鏡48c、光束組合鏡62、以及附加波片36c。如果光束路徑52a和52b在它們到達(dá)光束組合器60之前基本相等，激光器系統(tǒng)輸出42e具有激光加工光束42a和42b的每脈沖組合能量，而不會影響激光脈沖的外形。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光加工光束42e和42b的組合能量可以是大約兩倍于從傳統(tǒng)固態(tài)激光器可用的每脈沖能量。當(dāng)需要諧波波長時，技術(shù)人員應(yīng)該特別明白這些優(yōu)點。
0052替代性地，可選光學(xué)延遲路徑(未示出)可以沿著光束組合器60上游的光束路徑52a或52b之一被使用，以臨時分離激光加工光束42a和42b，以便有效地延長目標(biāo)經(jīng)歷的脈沖寬度，或者沿著相同光束路徑52c提供即時順序脈沖。在激光加工光束42a和42b之間的延遲將優(yōu)選從零到大約一個脈沖寬度，并且所述優(yōu)選的組合可調(diào)節(jié)脈沖寬度將為從一個到大約兩個給定激光加工光束42的脈沖寬度。替代性地，延遲可以被用來有效地相比傳統(tǒng)單輸出諧振腔的性能加倍重復(fù)率。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，激光加工光束42a和42b之間的小延遲也可以通過移動光束組合器60為分別離開最終折疊反射鏡48a和48b的更小和更大的距離來完成，以便提供微小的可調(diào)節(jié)組合脈沖寬度。
0053技術(shù)人員應(yīng)該意識到，可以順序地或者基本同時發(fā)送激光加工光束42a和42b，其具有預(yù)定角向或橫向偏移，使得所述結(jié)果激光斑點相互基本相鄰或者基本重疊。技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，這些激光加工光束42a和42b可以具有相同的參數(shù)或具有不同的波長、脈沖能量、或者其他光束特性。
0054圖7示出了(作為例子)鉆通孔系統(tǒng)110，其使用了激光脈沖選通裝置112a和112b，并且沿著光束路徑52a和52b處于激光器10和各自的掃描頭56a和56b之間。在一些優(yōu)選實施例中，例如激光加工光束42a和42b的激光脈沖由Q開關(guān)38在基本恒定的重復(fù)率基本持續(xù)地產(chǎn)生的那些實施例中，系統(tǒng)控制器或系統(tǒng)電腦114控制掃描頭56a，以排列在目標(biāo)位置，然后則直接或間接地發(fā)送“選通ON”，選通控制信號116a至激光器選通裝置112a，由此激勵激光器選通裝置112a呈現(xiàn)輸出發(fā)送狀態(tài)。輸出發(fā)送狀態(tài)允許激光加工光束42a的激光脈沖傳播通過第一選通裝置112a，并且由掃描頭56a引導(dǎo)，以便達(dá)到目標(biāo)位置，并執(zhí)行所需的激光處理操作。
0055在所需數(shù)目的激光加工光束42a的激光脈沖接觸到目標(biāo)位置后，系統(tǒng)計算機(jī)114直接地或間接地關(guān)閉選通信號116a，以便使得選通裝置112a呈現(xiàn)非發(fā)送狀態(tài)，并且激光加工光束42a被阻止到達(dá)目標(biāo)位置，例如通過轉(zhuǎn)移到吸收器118a。然后在系統(tǒng)計算機(jī)114發(fā)送另一個“選通ON”選通信號116a給激光脈沖選通裝置112a之前，系統(tǒng)計算機(jī)114命令第一掃描頭56a移動并引導(dǎo)對準(zhǔn)另一個目標(biāo)位置。系統(tǒng)計算機(jī)114以相同的方式、同時命令第二掃描頭56b和第二選通裝置112b，僅僅當(dāng)需要時在由第二掃描頭56b掃過的目標(biāo)位置執(zhí)行激光處理。
0056這種實施例的一個優(yōu)點是，激光器10可以保持運行在預(yù)定重復(fù)率上，所以在波長轉(zhuǎn)換器26上沒有熱負(fù)載變化，因此消除了熱導(dǎo)致的諧波脈沖能量漂移。這種實施例的另一個優(yōu)點是激光加工光束42a和42b可以完全相互獨立地選通。因此，掃描頭56a和56b可以在不同的位置、不同的材料上同時和順序地執(zhí)行完全獨立的激光處理任務(wù)。這種實施例的另一個優(yōu)點是，激光脈沖選通裝置112a和112b也可以執(zhí)行激光能量控制功能，由此加強系統(tǒng)的性能并降低成本。
0057示例性激光脈沖選通裝置包括高速電光裝置(E-O)或聲光裝置(A-O)，例如佛羅里達(dá)州墨爾本NEOS Technologies公司制造的型號N30085-05，或者它的改進(jìn)型號。關(guān)于激光脈沖選通裝置112的即時觸發(fā)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，可以在Baird等人的美國專利第6,172,325號和Sun等人的美國專利申請第10/611,798號中找到，這些專利和專利申請以引用方式并入本文。
0058Sun等人的美國專利申請第10/611,798號中描述的射頻(RF)負(fù)載控制技術(shù)可以另外地應(yīng)用來在A-O激光脈沖選通裝置112提供接近常量的熱負(fù)載，當(dāng)掃描頭56處于目標(biāo)位置之上(換句話說，當(dāng)需要工作激光加工光束42時)通過施加RF脈沖至和激光加工光束42的脈沖一致的A-O選通裝置112，以及當(dāng)所述掃描頭56處于中間位置上方時(換句話說，當(dāng)需要工作激光加工光束42時)通過施加具有相同的RF能量的RF脈沖至和激光加工光束42的脈沖不一致的A-O選通裝置112。技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在A-O選通裝置112上具有這樣基本恒定熱負(fù)載時，通過A-O選通裝置12在工作激光加工光束42的質(zhì)量和定位精度上的負(fù)面影響被最小化。
0059更應(yīng)該意識到的是，在A-O選通裝置112上的RF脈沖的RF功率可以被調(diào)節(jié)來控制工作激光加工光束42的能量，以達(dá)到目標(biāo)處理需求，同時RF脈沖的RF持續(xù)時間可以相應(yīng)地控制，以維持基本恒定的RF能量或RF功率和RF脈沖的RF持續(xù)時間的算術(shù)乘積。
0060圖8示出了示例性激光器10d的實施例，其具有和其他激光器10相同的組件，但是具體應(yīng)用至少一個棱鏡28a8作為它的輸出端口22的至少一個，并且應(yīng)用非透射諧振腔反射鏡32a8，在諧振腔20d的一端。棱鏡22b8以虛線示出，因為它可以包括來作為輸出端口22，或者可以被忽略，或者棱鏡22a8可以被用作一個選定的波長的輸出端口22，而輸出端口22b7可以對于相同的或不同的波長是透射的，以便產(chǎn)生激光加工光束42b8和42b7。技術(shù)人員應(yīng)該再次被提醒的是，其它從基本波長分離諧波波長的技術(shù)可以用來把諧波波長傳播出諧振腔20(其傳播通過輸出耦合器或沒有傳播通過輸出耦合器)，例如使用布魯斯特斜角切NLC34的技術(shù)。
0061波長轉(zhuǎn)換器26a和26b以虛線和可替換的位置示出，以強調(diào)關(guān)于其他實施例描述的變化。它們的內(nèi)含物和位置可以改變。同樣激光介質(zhì)24b以虛線示出。
0062圖9示出了示例性激光器10e的具體實施例，其使用了兩個棱鏡22a8和22b8作為它的輸出端口22。激光器10e也包括端抽運激光介質(zhì)24；諧振腔端鏡32a8和32b8；以及NCL34a和34b，其分別被設(shè)置在諧振腔端鏡32a8和32b8，以及棱鏡22a8和22b8之間。
0063對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，在不脫離本發(fā)明的原理的情況下，可對上述實施例的細(xì)節(jié)做出許多變化。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅僅由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)激光器，包括固態(tài)激光介質(zhì)，其沿著光學(xué)路徑設(shè)置，以接收來自激光抽運源的激光抽運光，所述激光介質(zhì)適于促進(jìn)具有第一波長的激光輸出的產(chǎn)生；Q開關(guān)，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述第一和第二輸出端口之間，以將所述激光輸出變換為脈沖激光輸出；第一和第二輸出端口，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置，并且處于所述激光介質(zhì)的不同側(cè)，以傳播脈沖激光輸出的各自的第一和第二激光加工光束；以及第一和第二波長轉(zhuǎn)換器，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置，并且分別處于所述激光介質(zhì)的不同側(cè)，所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器適于將所述脈沖激光輸出的波長轉(zhuǎn)換為所述第一波長的諧波，使得所述第一和第二激光加工光束具有一個諧波波長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器處于所述第一和第二輸出端口之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一波長轉(zhuǎn)換器包括第一和第二非線性晶體，其處于所述第一輸出端口的不同側(cè)，使得所述第一非線性晶體將所述第一波長轉(zhuǎn)換為所述諧波波長，并且所述第二非線性晶體將所述諧波波長轉(zhuǎn)換為另一諧波波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器具有不同的性質(zhì)，使得所述第一和第二激光加工光束具有不同的諧波波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一輸出端口包括對所述諧波波長至少部分透射的第一諧振腔反射鏡，偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的第一棱鏡，或者所述第一波長轉(zhuǎn)換器上偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的斜角切；且其中所述第二輸出端口包括對所述諧波波長至少部分透射的第二諧振腔反射鏡，偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的第二棱鏡，或者所述第二波長轉(zhuǎn)換器上的偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的斜角切。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，進(jìn)一步包括第一和第二能量控制裝置，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)的相對側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器，其中所述第一和第二能量控制裝置包括波片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器，其中所述第一和第二能量控制裝置是可控制的，以使所述第一和第二激光加工光束的各自激光脈沖能量基本相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光器，其中所述第一和第二能量控制裝置是可控制的，以使所述第一光束的激光脈沖能量明顯地不同于所述第二光束的激光脈沖能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述各自的第一和第二波長轉(zhuǎn)換器和輸出端口基本相同，以致通過所述第一輸出端口傳播的所述第一激光加工光束的第一特性與通過所述第二輸出端口傳播的所述第二激光加工光束的第二特性基本相同，其中所述第一和第二光束特性包括光束傳播質(zhì)量、激光脈沖寬度、或激光脈沖能量中的一個或多個。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光器，其中所述脈沖激光輸出具有大于5kHz的重復(fù)率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，進(jìn)一步包括第二固態(tài)激光介質(zhì)，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述第一和第二輸出端口之間，其中所述Q開關(guān)被設(shè)置在所述激光介質(zhì)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光器，其中所述激光介質(zhì)包括Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4，或者Yb:YAG，并且其中所述第二激光介質(zhì)包括Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4，或者Yb:YAG。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述激光介質(zhì)包括Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4，或者Yb:YAG
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一激光加工光束包括所述第一波長的第二、第三、第四、或第五諧波中的至少一個，并且所述第二激光加工光束包括所述第一波長的第二、第三、第四、或第五諧波中的至少一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中輸入耦合反射鏡被用來促進(jìn)對所述激光介質(zhì)進(jìn)行端抽運。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述激光抽運源包括激光二極管、二極管陣列或者另一個激光器中的至少一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一和第二激光加工光束包括相同的諧波波長，在所述諧波波長的所述激光輸出具有用于傳統(tǒng)單輸出諧波光束的實際最大輸出功率，其主要由對所述波長轉(zhuǎn)換器的損壞危險所確定，并且所述激光器能夠在不對所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生損壞的情況下，提供所述第一和第二激光加工光束的總輸出功率，其明顯大于所述傳統(tǒng)單輸出諧波光束的實際最大輸出功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中傳播通過所述第一輸出端口的所述第一激光加工光束，和傳播通過所述第二輸出端口的所述第二激光加工光束，具有基本同等地被所述第一和第二輸出端口之間的諧振腔組件的老化退化影響的輸出特性。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述第一和第二激光加工光束對準(zhǔn)間隔開的各自的第一和第二基本相同的目標(biāo)，以基本同時執(zhí)行基本相同的操作。
21.一種激光器系統(tǒng)，包括固態(tài)激光介質(zhì)，其沿著光學(xué)路徑設(shè)置，以接收來自激光抽運源的激光抽運光，所述激光介質(zhì)適于促進(jìn)具有第一波長的激光輸出的產(chǎn)生；Q開關(guān)，其沿著光學(xué)路徑被設(shè)置在所述第一和第二輸出端口之間，以將所述激光輸出轉(zhuǎn)換至脈沖激光輸出；第一和第二輸出端口，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)的不同側(cè)，以傳播所述脈沖激光輸出的各自的第一和第二激光加工光束；第一波長轉(zhuǎn)換器，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置，并且適于將所述第一激光加工光束的波長轉(zhuǎn)換為所述第一波長的諧波，使得所述第一激光加工光束具有諧波波長；第一和第二能量控制裝置，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)的不同側(cè)，以控制各自的第一和第二激光加工光束的各自的第一和第二能量；以及光束定位系統(tǒng)，其適于沿著各自的第一和第二光束路徑，將所述第一和第二激光加工光束引導(dǎo)到各自的第一和第二目標(biāo)位置，以執(zhí)行一個或多個微加工操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二波長轉(zhuǎn)換器，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)上與所述第一波長轉(zhuǎn)換器所處側(cè)不同的側(cè)上，所述第二波長轉(zhuǎn)換器適于將所述第二激光加工光束的波長轉(zhuǎn)換為所述第一波長的諧波，使得所述第二激光加工光束具有諧波波長，各自的第一和第二波長轉(zhuǎn)換器以及輸出端口是基本相同的，使得傳播通過所述第一輸出端口的所述第一激光加工光束的第一特性和傳播通過所述第二輸出端口的所述第二激光加工光束的第二特性基本相同，其中所述第一和第二光束特性包括光束傳播質(zhì)量、激光脈沖寬度、以及激光脈沖能量中的一個或多個。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的激光器系統(tǒng)，其中所述脈沖激光輸出具有大于5kHz的重復(fù)率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一激光加工光束包括所述第一波長的第二、第三、第四、或第五諧波中的至少一個，并且所述第二激光加工光束包括所述第一波長的第一、第二、第三、第四、或第五諧波中的至少一個。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二波長轉(zhuǎn)換器，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)上與所述第一波長轉(zhuǎn)換器所處側(cè)不同的側(cè)上，所述第二波長轉(zhuǎn)換器適于將所述第二激光加工光束的波長轉(zhuǎn)換為所述第一波長的諧波，使得所述第二激光加工光束具有一個諧波波長，所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器具有不同的性質(zhì)，使得所述第一和第二光束具有不同的諧波波長。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二波長轉(zhuǎn)換器，其沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)上與所述第一波長轉(zhuǎn)換器所處側(cè)不同的側(cè)上，所述第二波長轉(zhuǎn)換器適于將所述第二激光加工光束的波長轉(zhuǎn)換為所述第一波長的一個諧波，使得所述第二激光加工光束具有一個諧波波長，所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器分別處于所述激光介質(zhì)和各自的第一和第二輸出端口之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光加工光束包括至少一個根本不同的激光處理參數(shù)，其中所述激光處理參數(shù)包括光束波長、激光脈沖寬度、激光脈沖能量、或者激光脈沖的數(shù)目。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一能量控制裝置包括波片、偏振器、電光裝置、偏振器和波片，或者偏振器和電光裝置中的至少一個，且其中所述第二能量控制裝置包括波片、偏振器、電光裝置、偏振器和波片、或者偏振器和電光裝置中的至少一個。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二能量控制裝置控制各自的第一和第二激光加工光束，使得它們的能量基本相同。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二能量控制裝置控制各自的第一和第二激光加工光束，使得它們的能量明顯不同。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光加工光束在各自不同的目標(biāo)位置同時執(zhí)行不同的操作。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一輸出端口包括對于所述諧波波長至少部分透射的第一諧振腔反射鏡，偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的第一棱鏡，或者所述第一波長轉(zhuǎn)換器上偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的斜角切，且其中所述第二輸出端口包括對于所述諧波波長至少部分透射的第二諧振腔鏡，或者偏轉(zhuǎn)所述光學(xué)路徑的第二棱鏡。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述光束定位系統(tǒng)包括第一和第二掃描頭，從而使各自的第一和第二激光加工光束對準(zhǔn)間隔開的各自的第一和第二基本相同的目標(biāo)，以基本同時地執(zhí)行基本相同的操作。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二光束路徑被組合來同軸地傳播，并且由掃描頭引導(dǎo)來共同執(zhí)行激光處理操作。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第二光束路徑具有不同于所述第一光束的特性，使得所述第二激光加工光束在所述第一激光加工光束開始撞擊之后開始撞擊，以使所形成的有效脈沖寬度的持續(xù)時間比所述第一或第二激光加工光束的脈沖寬度的持續(xù)時間更長。
36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二光束路徑與一個預(yù)定的角向偏移組合，并且由掃描頭引導(dǎo)來共同地執(zhí)行激光處理操作。
37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二光束路徑與一個預(yù)定的橫向偏移組合，并且由掃描頭引導(dǎo)來共同地執(zhí)行激光處理操作。
38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二光束路徑被組合來共同地執(zhí)行激光處理操作，并且所述第一和第二激光加工光束具有至少一個特意根本不同的光束特性，其中所述光束特性包括光束波長、激光脈沖寬度，或者激光脈沖能量。
39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二光束協(xié)作，以便鉆出一個通孔。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的激光器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一和第二激光脈沖選通裝置，其分別沿著所述第一和第二光束路徑設(shè)置，以選擇性地選通各自的第一和第二激光加工光束的所述脈沖激光輸出，使得所述第一激光脈沖選通裝置提供第一輸出發(fā)送狀態(tài)，以允許沿著所述第一光束路徑通過第一掃描頭發(fā)送所述第一激光加工光束的脈沖激光輸出至第一目標(biāo)位置，并且使得所述第二激光脈沖選通裝置提供第二輸出發(fā)送狀態(tài)，以允許沿著所述第二光束路徑通過第二掃描頭發(fā)送所述第二激光加工光束的脈沖激光輸出至第二目標(biāo)位置，所述第一和第二激光脈沖選通裝置提供各自的第一和第二相對非發(fā)送狀態(tài)，其阻止各自的第一和第二激光加工光束的脈沖激光輸出沿著各自的第一和第二光束路徑傳播，使得各自的第一和第二激光脈沖選通裝置可以同時允許將所述第一或第二激光加工光束中一個的脈沖激光輸出傳播至其各自的目標(biāo)，并阻止所述第一或第二激光加工光束中另一個的脈沖激光輸出沿著它的光束路徑傳播，并且使得所述脈沖輸出適于以基本恒定的重復(fù)率基本連續(xù)地產(chǎn)生。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和/或第二激光脈沖選通裝置以基本固定的間隔以及在時間上接近于所述脈沖激光輸出的激光脈沖，提供輸出發(fā)送狀態(tài)，使得與所述脈沖激光輸出的所述激光脈沖一致的各自的第一或第二輸出發(fā)送狀態(tài)傳播各自的激光加工光束的激光脈沖，并使得與所述脈沖激光輸出的所述激光脈沖不一致的所述輸出發(fā)送狀態(tài)阻止各自的激光加工光束的激光脈沖的傳播。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和/或第二激光脈沖選通裝置包括聲光調(diào)制器。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光脈沖選通裝置用作各自的第一和第二能量控制裝置，并只要各自的脈沖選通裝置處于所述輸出發(fā)送狀態(tài)，所述第一和第二激光脈沖選通裝置就適于控制各自的第一和第二激光加工光束的激光能量發(fā)送的百分比。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的激光器系統(tǒng)，其中所述第一和第二激光加工光束包括至少一個根本不同的激光處理參數(shù)，其中所述處理參數(shù)包括光束波長、激光脈沖寬度、激光脈沖能量、或者激光脈沖的數(shù)目。
45.一種產(chǎn)生兩個激光加工光束的方法，包括向沿著光學(xué)路徑設(shè)置的激光介質(zhì)提供抽運光；使用Q開關(guān)來提供脈沖激光輸出，所述Q開關(guān)沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在第一和第二輸出端口之間，所述第一和第二輸出端口分別沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)的相對側(cè)；通過所述第一和第二輸出端口傳播所述脈沖激光輸出，以提供各自的第一和第二激光加工光束；以及將所述第一激光加工光束對準(zhǔn)第一目標(biāo)位置，并將所述第二激光加工光束對準(zhǔn)第二目標(biāo)位置，以執(zhí)行一個或多個微加工操作。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一激光加工光束包括第一、第二、第三、第四、或第五諧波波長中的至少一個，并且所述第二激光加工光束包括第一、第二、第三、第四、或第五諧波波長中的至少一個。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括使用沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)不同側(cè)的第一和第二波長轉(zhuǎn)換器，將脈沖激光輸出各自的第一和第二激光加工光束轉(zhuǎn)換為諧波激光輸出，使得各自的第一和第二波長轉(zhuǎn)換器和輸出端口基本相同，并且使得通過所述第一輸出端口傳播的所述第一激光加工光束的第一特性與通過所述第二端口傳播的所述第二激光加工光束的第二特性基本相同，其中所述光束特性包括光束傳播質(zhì)量、激光脈沖寬度、和激光脈沖能量中的一個或多個。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述激光輸出具有大于5kHz的重復(fù)率。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括使用沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)不同側(cè)的第一和第二波長轉(zhuǎn)換器，將脈沖激光輸出各自的第一和第二激光加工光束轉(zhuǎn)換為諧波激光輸出，使得所述第一和第二波長轉(zhuǎn)換器具有不同性質(zhì)，并且使得所述第一和第二激光加工光束具有不同的諧波波長。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括使用沿著所速光學(xué)路徑設(shè)置在所述激光介質(zhì)不同側(cè)的第一和第二能量控制裝置，來控制各自的第一和第二激光加工光束的各自的第一和第二能量，其中所述第一能量控制裝置包括波片、偏振器、電光裝置、偏振器和波片、或者偏振器和電光裝置中的至少一個，并且其中所述第二能量控制裝置包括波片、偏振器、電光裝置、偏振器和波片、或者偏振器和電光裝置中的至少一個。
51.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中第一和第二激光脈沖選通裝置分別沿著所述第一和第二光束路徑設(shè)置，以選擇性地選通各自的第一和第二激光加工光束的所述脈沖激光輸出，使得所述第一激光脈沖選通裝置提供第一輸出發(fā)送狀態(tài)，以允許通過第一掃描頭沿著所述第一光束路徑將所述第一激光加工光束的脈沖激光輸出發(fā)送到第一目標(biāo)位置，并使得所述第二激光脈沖選通裝置提供第二輸出發(fā)送狀態(tài)，以允許通過第二掃描頭沿著所述第二光束路徑把所述第二激光加工光束的脈沖激光輸出發(fā)送到第二目標(biāo)位置，所述第一和第二激光脈沖選通裝置提供各自的第一和第二相對非發(fā)送狀態(tài)，其阻止各自的第一和第二激光加工光束的所述脈沖激光輸出沿著各自的第一和第二光束路徑傳播，使得所述第一和第二激光脈沖選通裝置可以同時允許所述第一或第二激光加工光束中一個的所述脈沖激光輸出傳播到它的各自的目標(biāo)，并阻止所述第一或第二激光加工光束中另一個的所述脈沖激光輸出沿著它的光束路徑傳播，并且使得所述脈沖激光輸出適于以基本恒定的重復(fù)率基本連續(xù)地產(chǎn)生。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述第一和第二激光脈沖選通裝置用作各自的第一和第二能量控制裝置，并且只要各自的脈沖選通裝置處于輸出發(fā)送狀態(tài)，所述第一和第二激光脈沖選通裝置就適于控制各自的第一和第二激光加工光束的激光能量發(fā)送的百分比。
54.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一和第二激光加工光束包括所述相同的諧波波長，并且在所述諧波波長的激光輸出具有用于傳統(tǒng)單輸出諧波光束的實際最大輸出功率，其主要由對于所述波長轉(zhuǎn)換器的損壞危險來確定，并且其中所述激光器在不損壞所述波長轉(zhuǎn)換器的情況下能夠提供所述第一和第二激光加工光束的總輸出功率，其明顯大于所述傳統(tǒng)單輸出諧波光束的實際最大輸出功率。
55.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中第一和第二掃描頭將各自的第一和第二激光加工光束對準(zhǔn)間隔開的各自的第一和第二基本相同的目標(biāo)，以基本同時地執(zhí)行基本相同的操作。
56.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一和第二激光加工光束被組合來通過公共掃描頭傳播，以共同執(zhí)行激光處理操作。
全文摘要
一種固態(tài)激光器(10a)，其具有激光諧振腔(20a)，激光諧振腔(20a)在兩端具有輸出端(22a1，22b1)，以提供兩個獨立的激光微加工光束(42a1，42b1)。一組波長轉(zhuǎn)換器(26a1，26b1)可以被用來將所述激光微細(xì)加工(mino－machining)光束轉(zhuǎn)換成諧波波長輸出，從而減少波長轉(zhuǎn)換器的損害危險，并使得能夠從單一光束中產(chǎn)生更高的總平均諧波C功率。激光微細(xì)加工光束可以是不同的，以獨立地執(zhí)行不同的激光操作，或者可適于具有基本相同的參數(shù)以允許對基本相同的工件(54)執(zhí)行同步平行的高質(zhì)量激光操作，或者激光微細(xì)加工光束可被組合成提供單一激光系統(tǒng)輸出(42e)。所述兩個激光加工光束可以進(jìn)一步分離或復(fù)合，以適合具體應(yīng)用。
文檔編號H01S3/00GK1977429SQ200580015465
公開日2007年6月6日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者Y·孫 申請人:電子科學(xué)工業(yè)公司