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發(fā)布時間:2018-07-12 來源:元祿光電
觸摸屏的廣泛應(yīng)用,ITO導(dǎo)電薄膜受到人們的重視。而紫外激光的波長短、能量集中、分辨率高,因此在去除焊料外殼、在電子線路板上鉆微孔、在薄膜或薄片材料中制作微通道、進行精密切割和對接等微加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
ITO薄膜激光刻蝕設(shè)備正是利用紫外激光器的高能量特性來對ITO薄膜進行冷加工處理,在薄膜表面制作微細的通道,完成圖形的制備。與傳統(tǒng)的濕法光刻技術(shù)不同,它不需要事先在薄膜上用光刻膠形成掩模,既簡化了工藝流程也不會造成環(huán)境污染。本系統(tǒng)刻蝕的線寬在幾十微米,屬于激光微細加工技術(shù)的范疇。在加工過程中由于激光能量的高斯分布特性,在物件劃槽截面形狀為橢圓或類三角形,影響了ITO導(dǎo)電薄膜的性能,進而制約了液晶顯示行業(yè)的發(fā)展。本加工設(shè)備中自行研制了一套激光微細加工的勻光系統(tǒng),使激光能量分布均勻,呈現(xiàn)類似的平頂分布,很好地解決了上述問題。與市場上已經(jīng)成熟的光束整形器件相比,勻光系統(tǒng)有相對的優(yōu)勢。
1 勻光系統(tǒng)介紹
這里所用的激光器提供波長為355 nm的紫外光源,該光源保證單模(TEM00)輸出并且截面能量呈高斯分布;激光束首先經(jīng)過擴束鏡準直,使得光束的束腰直徑增大,發(fā)散角減小。擴束后的激光束垂直照射到勻光系統(tǒng)的人射面,經(jīng)勻光系統(tǒng)分光后,激光束由進入前截面為圓形的一束激光束變?yōu)榻孛鏋榘雸A形的兩束激光,并且這兩束激光束平行射出;被分光后的兩束激光經(jīng)聚焦鏡聚焦后各自的光斑相互接近,此時兩個光斑的能量發(fā)生重疊形成心得光斑,隨著兩個光斑之間距離的接近,沿垂直半圓光斑直徑的中心,疊加后的能量分布近似為平頂。
1.1勻光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
本系統(tǒng)主要依據(jù)幾何光學的成像原理設(shè)計而成,兩片有一定間距的反射鏡a和b,把入射的圓形光斑均勻分成兩個半圓形光斑,兩個鏡片夾具a和b分別將反射鏡a和b固定到一維調(diào)整架b和c上去。一維調(diào)整架b實現(xiàn)對平面反射鏡a和b沿同一軸線的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié),并且該軸線與一維調(diào)整架位移調(diào)節(jié)方向平行;一維調(diào)整架c實現(xiàn)對平面反射鏡b的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。最終使得入射光束以45°入射到兩個平面反射鏡上,從而可以有兩束光從垂直于整個分光系統(tǒng)入射面出來。一維調(diào)整架a使得兩個鏡片可以做鏡面平行方向的運動,保證入射到鏡片后的為兩個等分的半圓。這兩個半圓的光斑最終經(jīng)聚焦鏡聚焦互相接近,在工作平臺上,得到能量分布均勻的類平頂光。
1.2勻光系統(tǒng)光學分析
通過光路圖(見圖3)可以更加直觀地描述該系統(tǒng)的原理。
2 Matlab實現(xiàn)光強能量的均勻分布
利用Matlab對上述勻光系統(tǒng)進行仿真,驗證光路設(shè)計的可行性。等式(1)是高斯光束波面上振幅A與其截面半徑r的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)本系統(tǒng)所用激光器A0=1,光腰半徑w0=0.5 mm。在Matlab中對上述空間圖形取投影面,如圖5所示,可知高斯光束在空間傳播時,隨著光斑半徑的增大能量逐漸衰弱,表現(xiàn)為振幅減小,能量與光斑半徑呈高斯分布。當垂直進入勻光系統(tǒng)后,上述光強分布的高斯光束能量分布,此時由于該光學系統(tǒng)中兩片反射鏡片a和b之間間隙的存在,使圓形的光斑被平均分為兩個半圓。另一半的程序只需將其中的θ范圍改在[π,2π]即可實現(xiàn)。兩束半圓形的光斑在經(jīng)過聚焦鏡后位置逐漸接近(見圖8),當恰為光腰半徑w0時,可以得到類似的平頂光分布。
這樣的投影上得出,邊緣相對平緩,即達到要求的效果。比較圖10和圖11可以明顯看出,經(jīng)過勻光系統(tǒng)最終從聚焦鏡出來的光斑邊緣能量相對均勻,通過對比實際加工樣品的效果,此勻光系統(tǒng)具有相對優(yōu)勢。
3光束整型技術(shù)的介紹
勻光系統(tǒng)是利用幾何光學的原理,將一束光平均分成兩束,而后在空間聚焦最終達到使得激光能量分布均勻。目前在激光加工方面已經(jīng)有成熟的光束整形技術(shù),最常用的光束整形技術(shù)是激光束勻滑技術(shù),即將激光束的強度整形為均勻分布,StockerYale公司的平頂光束生成器是一種光束整形模塊,它可以把高斯光束轉(zhuǎn)化為聚焦、準直或發(fā)散成平頂能量分布的光束,即使經(jīng)過較長距離也可以保持光束能量和強度的高度均勻。LIMO公司針對工作模式為單橫模的確定高斯光束,利用相移光學器件來將高斯分布轉(zhuǎn)化為“高帽”式分布。
4 結(jié) 語
本文對ITO薄膜激光刻蝕設(shè)備中自行研制的勻光系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、光路分析、以及Matlab仿真結(jié)果進行詳細介紹。并且通過對比實際兩種加工樣品形象地說明了該勻光系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,相比較于已經(jīng)成熟市場化的光束整形器件,成本較低的勻光系統(tǒng)是ITO薄膜激光刻蝕設(shè)備中解決由于高斯能量分布而引起的問題的最佳途徑。
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