[發明專利]模塊化激光裝置

有效

• 申請號: 201480057591.4
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN105658371B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: B.迪博;E.米蒙;J-P.施魏策爾
• 申請（專利權）人: 法國圣戈班玻璃廠
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉菲,劉春元

技術領域

本發明涉及一種用于大寬度的基板（substrat）的激光退火的裝置，其由在沒有特別限制的情況下可并置的多個激光模塊形成。

背景技術

已知的是實現被沉積在平坦基板上的涂層的局部且快速的激光退火（激光閃速加熱）。為此，使具有待退火的涂層的基板在激光線下方進給（défiler），又或使激光線在承載了涂層的基板上方進給。

激光退火使得能夠將薄的涂層加熱到高溫，大約是幾百度，而同時保護在下面的基板。很好理解的是進給的速度優選為盡可能地高，有利地至少為每分鐘幾米。

本發明尤其感興趣的是使用激光二極管的激光器。這實際上構成從其價格及其功率的觀點來看最引人注目的激光源。

為了獲得對于實施具有高進給速度的過程而言所必要的單位長度（linéique）的功率，合期望的是將來自非常大量的激光二極管的輻射聚焦于唯一的激光線處。在承載了待退火的涂層的基板處，該激光線的功率密度通常應當盡可能地均勻，以使得將基板的所有點暴露于相同的退火能量。

此外將合期望的是能夠以高速度來處理具有大寬度的基板，諸如出自浮法過程的“巨大（jumbo）”尺寸（6m×3.21m）的平坦玻璃片材。對于獲得非常長的激光線而言的問題是實現一種激光模塊并置的系統，其使得能夠隨意地延長線的長度，而不必制造與線本身一樣長的單片光學器件。

已經設想了模塊化激光裝置。因此，專利US 6 717 105描述了一種概念非常簡單的模塊化激光裝置。在該激光裝置中，每個模塊（激光振蕩器1a、1b、1c）生成激光束，所述激光束在成形之后被鏡面（4a、4b、4c）反射并且以激光線的形式、按直角而投射在基板（5）上。激光束成形構件（3a、3b、3c）被設計使得在與基板的相交處形成激光線，所述激光線呈現具有“頂帽”（英語為“top-hat”）形狀的功率密度剖面圖（profil），其具有非常寬廣的中央部分，在所述中央部分中功率密度強并且恒定，以及，在該平臺的兩側，以陡峭斜率下降的旁側（flanc）（參見US 6 717 105的圖5）。剖面圖通過疊合傾斜的旁側而被組合以便產生具有盡可能均勻的功率密度分布的經組合的唯一線。

然而，生成具有“頂帽”剖面圖的該類型激光線的激光模塊對于模塊相對于彼此的可能的定位誤差非常敏感。事實上，在疊合的側邊區處的斜率的高陡峭度造成：模塊的太大間隔容易導致在接合處的功率密度的不足，而相反，太靠近的模塊將導致在該處功率密度過度高的接合區。

申請人觀察到顯著降低模塊化激光裝置對激光模塊的相應定位誤差的敏感性是有可能的，這通過向裝置的模塊配備基于微透鏡的用于激光線成形的光學系統，所述光學系統不產生在現有技術中通常尋求的“頂帽”類型的功率密度剖面圖，而是“尖帽（chapeau pointu）”類型的剖面圖，也就是說接近于三角形的剖面圖，其具有從中心向端部下降的規則斜面。

發明內容

本發明的目的在于一種包括各自在工作平面處生成激光線的多個激光模塊的激光裝置，所述激光模塊被并置使得由模塊所生成的激光線組合成唯一的激光線，每一個激光模塊包括：

-至少一個激光線生成構件，優選地是激光二極管的線性排列（alignement），以及

-激光線成形構件，

所述裝置的特征在于，所述激光線成形構件包括微透鏡的第一線性排列、會聚透鏡、以及置于會聚透鏡的聚焦平面中的微透鏡的第二線性排列，使得最終激光線在工作平面處呈現一種功率密度剖面圖，所述功率密度剖面圖具有在最大功率密度的90%處的寬度（L₉₀）和在最大功率密度的10%處的寬度（L₁₀），比率L₉₀/L₁₀被包括在1/15和1/5之間，優選地在1/12和1/7之間，并且特別地在1/10和1/8之間。

因此，與現有技術相反，在本發明中并不尋求制造這樣的激光模塊：所述激光模塊各自發射具有包括盡可能寬的有效功率平臺的功率密度剖面圖的激光線。相反，尋求將強功率的中央區的范圍（L₉₀）縮減至小于模塊的激光線的總長度的20%、優選地小于其15%并且特別地小于其10%，并且還減小最大功率區兩側的斜率的值。事實上，由每個模塊所發射的功率的密度剖面圖的兩個旁側的斜率越小，模塊的定位誤差在通過模塊的線性排列所形成的組合功率密度剖面圖上將造成的影響越小。由每個模塊所生成的線的功率剖面圖的理想形狀因此是三角形，所述三角形呈現等于最大功率的高度（h）和等于激光線長度的底（b）。