TWI396920B

TWI396920B - 用於促進雷射系統中脈衝至脈衝能量穩定性之聲光調變器調變技術

Info

Publication number: TWI396920B
Application number: TW094118731A
Authority: TW
Inventors: Jay Johnson
Original assignee: Electro Scient Ind Inc
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2013-05-21
Also published as: US20060028710A1; TWI384712B; TWI396921B; TW200604696A; US7133182B2; US20050279807A1; US20050279808A1; TW200604697A; TWI395045B; US20050270630A1; TW200613874A; US7027199B2; TW200605459A; US20050270631A1; US7133187B2; TWI396922B; US20050270629A1; CN101035647B; TWI385882B; US7133188B2

Description

用於促進雷射系統中脈衝至脈衝能量穩定性之聲光調變器調變技術

【相關申請案交互參照】

本專利申請案根據2004年6月7日提出申請之美國臨時專利申請案第60/577796號主張優先權。

【著作權注意事項】

2005 Electro Scientific Industries，Inc．本專利文件所包含之部分揭示內容係受著作權保護。著作權人不反對重製本專利文件或專利揭示內容之複本而出現於專利商標局之專利檔案及記錄；然而除此之外，著作權人保留全部之著作權。37CFR§1．71(d)．

本發明係關於雷射微機械加工；特別是關於利用聲光調變器(AOM)頻率及/或振幅調變來提昇雷射機械加工效能之方法及系統。

圖1為典型習知採用傳統聲光Q－開關10a之雷射2的示意圖。圖2A及圖2B(統稱為圖2)係習知聲光調變器(AOM)10之另一部分之示意圖，其中該聲光調變器具備回應於射頻(RF)驅動器14的變換器12。射頻驅動器14可控制聲光調變器10傳輸零階光束16及/或第一階光束18之程度。圖3係繪示用於控制射頻驅動器14之習知技術的示意圖。如圖1至圖3所示，根據習知技術，聲光調變器10通常係當作雷射2之共振器當中的Q－開關10a，並用來控制脈衝之時序、重複率以及腔增益。典型的Q－開關10a(即典型的聲光調變器10)具有射頻變換器12。射頻變換器12之振幅係在製造商所設定的特定頻率下由射頻驅動器14進行調變。Q－開關10a通常係由雷射系統控制器4控制。雷射系統控制器4係控制電源供應器14a，使其將可選擇大小的電能提供到射頻變換器12，而讓雷射脈衝離開雷射，或使雷射能量保持在雷射共振器的內部。電源供應器14a通常亦會將電能提供到雷射泵激源(laser pumping source)6，並回應於雷射系統控制器4之指令而將泵激輻射提供到雷射介質8。當有需要時，上述元件可協同運作而產生脈衝式雷射光束20。

如Emmons Jr.等人之美國專利第5197074號所描述之技術內容，聲光調變器10亦可做為可變共振器內損耗調變器，並以可變方式控制傳送到聲光調變器10上之射頻變換器12的射頻訊號振幅來控制雷射脈衝之時序及強度。聲光調變器10亦已用來做為腔外光束衰減器(attenuator)，其可藉由不同的繞射效率使雷射光束20形成繞射來控制雷射光束20之強度，使得有某些比率的光學能量會沿著需要的光束路徑傳遞，而其餘的大部分光學能量則會傳遞到「光束截止器(beam dump)」。

近來，位於美國Oregon州Portland市的Electro Scientific Industries公司已採用聲光調變器10當作光閘控制元件或「脈衝選通器(pulse picker)」，其可讓來自於雷射2的脈衝透過或沿著各式不同的定位系統元件傳遞，並在接到指令時衝擊工件，而在未接到指令時防止雷射脈衝衝擊工件。關於此項技術之細節，可參照Baird等人之美國專利第6172325號。

請再次參照圖2及圖3。變換器12會將來自於類比射頻驅動器14的射頻輸入訊號轉換成設定於聲光調變器10內的聲波19。當聲波19傳遞通過聲光調變器10時，聲波19會使聲光調變器10內的光學媒介產生形變，進而使聲光調變器10的繞射率升高和降低。因此，內送的雷射光束20會由於聲波19的作用而形成遵守繞射定律的繞射，並產生同軸(on－axis)零階光束16以及與繞射現象有關之方程式所規定角度的第一階(或更高階)光束18。

當聲光調變器10上沒有施加射頻功率22時，內送的雷射光束20會大致沿其原來的光束路徑通過聲光調變器10。當射頻功率22施加到聲光調變器10時，部分內送的雷射光束能量會由第零階光束16之光束路徑繞射到第一階光束18之光束路徑。繞射效率係定義為第一階光束18之雷射能量與內送的雷射光束20之雷射能量的比率。

如圖4所示，根據應用上的不同考量，第一階光束18或第零階光束16可用來當作衝擊工件30的工作光束。當使用第一階光束18當作工作光束時，隨著射頻功率22分別從最大功率值改變到幾乎為零，即可以動態方式控制工作雷射脈衝之能量而從最大值的100%降至幾乎為零。由於在容許的最大射頻功率負載下，聲光調變器10之繞射效率的實際限制約為75%至90%，因此工作雷射脈衝之最大能量值約為雷射所提供之雷射脈衝能量值的75%至90%。

然而，當使用第零階光束16來當作工作光束時，隨著射頻功率22分別從幾乎為零改變到其最大功率，即可以動態方式控制工作雷射脈衝之能量，使雷射所提供之最大雷射脈衝能量從約100%(減去因行進通過聲光調變器10而造成的損耗，且或許由於熱量和消散原因而達數個百分點)降至約最大能量的15%至20%。舉例而言，在記憶體連結處理方面，當沒有工作雷射脈衝之需求時，吾人不希望發生系統雷射脈衝能量溢漏之情況(亦即工作雷射脈衝能量應為零)；因此，如圖4所示，第一階光束18係做為工作光束，第零階光束16則會導入光束截止器，例如吸收器(absorber)32。

聲光調變器10之消光比34係定義為雷射脈衝36(36a或36b)之傳輸功率在「未阻隔」(即「傳輸」)狀態38與「阻隔」或「非傳輸」狀態40之間的差值。圖5為經過簡化的示意圖，其做為於特定頻率下施加在聲光調變器10的分貝(decibel)程度之函數，繪示受阻隔與未受阻隔之雷射光束20的透射率(transmittance)之差值。如圖3和圖5所示，脈衝揀選(pulse－picking)雷射系統所用之習知聲光調變器10可從固定頻率產生器24(通常為鎖相迴路或晶體)接收由製造商設定且不可改變的特定單一射頻。此頻率會定出輸出角度，並控制射頻振幅在消光比34限制之範圍內的繞射量。

藉由將來自於on/off數位控制器26的電晶體－電晶體邏輯(TTL)“ON”或“OFF”訊號傳送到射頻驅動器14內，以及/或藉由將來自於類比振幅控制板28之0至1伏非整數增量的類比訊號傳送到射頻驅動器14，即可控制傳送到習知聲光調變器10之類比射頻驅動器14的訊號振幅。TTL“OFF”訊號會指示類比射頻驅動器14將輸出降至最低位準，而此最低位準係為射頻驅動器14所允許的最低功率輸出。將送至射頻驅動器14的類比訊號設定為最低位準亦可達到相同效果。然而，上述兩種可供選擇的方式仍會讓少量的射頻功率22傳遞到變換器12，並在吾人不希望得到時產生通過工件30且繞射能量較低的第一階光束18。

隨著各種不同雷射應用(例如雷射DRAM處理、雷射修整和微機械加工，以及雷射微型鑽孔)所使用之雷射功率的持續增加，許多雷射應用尋求能完全關閉到達工作表面上的雷射功率。在此類雷射操作過程中，工件之材料及/或預先處理可能會非常昂貴。若雷射輸出沒有完全被關閉，則有可能使能量「溢漏」或繞射於工件上，並在工件的某些位置上對材料性質或特性造成無法接受的破壞、改變或不良效應。舉例而言，在雷射修整處理中，吾人不希望得到的能量包括材料中的不良光電效應。不論為何種雷射應用，溢漏的雷射能量均有可能會對客戶的產品(例如晶圓上的元件)造成無可回復的破壞，而且此類損壞不一定能透過視覺檢查出來。雷射系統的能量溢漏問題可能出現在連續的波長範圍，其中包括CO₂ 長波長(約10μm)、紅外光及近紅外光(例如1.3μm至1.0μm)、可見光，以及紫外光(低於約400μm)等。

隨著聲光調變器10持續應用於雷射加工處理，能量溢漏的問題變得愈來愈明顯。可惜的是，即使是將最低量的射頻功率傳送到最先進的AOM控制器，仍然會有某些射頻功率22溢漏到聲光調變器10內，進而導致某些雷射光束能量繞射到根本不需要的位置。當運用習知的Q-開關10a時，同樣會出現上述溢漏現象，並在形成雷射能量而不希望有雷射輸出時，讓某些雷射能量離開雷射2。

在此說明之某些實施例和技術可達成各式不同的雷射處理優點，其超越習知雷射系統及雷射加工方法所能達成者。此等實施例和技術包括下列其中之一或數項，但不以下列為限：頻率及/或振幅之聲光調變器調變技術的數位控制；腔內及/或腔外之聲光調變器調變技術，其中包括但不限於能實質上促進雷射光束完全消失的頻率及/或振幅調變，藉以避免不想要的雷射能量衝擊到工件；具有閉路控制功能之脈衝至脈衝雷射能量的聲光調變器調變技術，藉以促進雷射脈衝能量之穩定性；以及能促進光束定位控制的頻率及/或振幅聲光調變器調變技術，其中包括但不限於運用聲光調變器上之一個以上變換器、在對準誤差修正、光束移走校正或第三級定位(tertiary positioning)等應用上運用閉路控制。

因此，本發明之一目的係在於透過一或更多選定的聲光調變器應用來提供改良的雷射系統之效能。

本發明之其它目的及優點將藉由以下針對較佳實施例之詳細解說並參照圖式而更明顯易懂。

圖6繪示雷射系統50之實施例，其中雷射系統50係採用調變增效聲光調變器60當作脈衝閘控元件。聲光調變器60具有光束射入面52與光束出射面54。如圖6所示，雷射系統控制器62能以直接或間接方式將控制訊號傳送到雷射64及射頻驅動器66，而射頻驅動器66則能以直接或間接方式控制聲光調變器60之效能；關於此技術特點，以下將會詳加說明。雷射64會射出沿著光束路徑72行進的雷射光束，並在該雷射光束進入到傳導第零階光束16及/或第一階光束18的聲光調變器60之前，先經過光束路徑上的各式光學元件74，例如光束擴張光學設計或各種轉向面鏡(turn mirror)(圖中未繪示)。在大部分的應用場合裡，上述雷射光束最好為Q－開關型或脈衝式雷射光束，但在某些應用領域亦可為連續波(continuous－wave，CW)光束。

在典型情況下，第零階光束16和第一階光束18兩者其中之一會接著由一或數個轉向面鏡76以及各種選擇性光束定位元件(圖中未繪示)導向通過聚焦透鏡78而衝擊在工件80上之一或數個標的位置。第零階光束16和第一階光束18(或更高階的光束)兩者其中之一可用來當作工作光束90，並沿著工作光束路徑72a行進而衝擊到由夾盤88或別種定位系統平台所支承的工件80。另一第零階或第一階光束係為非工作光束92，其可沿著非工作光束路徑72b而被導向光束截止器94，例如飽和吸收器(saturable absorber)。許多實施例均是以第一階光束18做為較佳的工作光束90，因此本發明之圖式概以描繪此架構為主。

然而，熟習相關技藝者當能瞭解，在此舉例說明與任一聲光調變器60有關的反向邏輯電路設計及工作光束路徑72a之重新定位亦可採用以第零階光束16當作工作光束90的配置方式，且毋須進行過度的實驗即可完成此種實施例。在此種實施例中，吾人可採用聲光調變器60來防止高於約15%的雷射脈衝能量沿著光束路徑傳遞而衝擊在工件80上；在較佳實施例中，每當不需要工作光束時，只容許約低於或等於10%的雷射脈衝能量沿著光束路徑傳遞而衝擊到工件80。此外，每當需要高於約75%的雷射脈衝能量時，此種聲光調變器60之配置結構可讓聲光調變器60使雷射脈衝能量沿著光束路徑傳遞而衝擊到工件80；而且，在某些較佳實施例中，每當需要高於約90%、甚至高達約100%的雷射脈衝能量時，具此能量大小的雷射脈衝可沿著光束路徑傳遞而衝擊在工件80上。

關於調變增效式聲光調變器60，聲光調變器驅動器訊號之直接數位合成技術(或別種高速訊號調變技術)能讓聲光調變器60之指令在高速率之下(例如高達或高於10MHz的串列速率以及100MHz的並列速率)驅動並調變射頻驅動訊號之射頻及振幅，同時具有極佳的準確度和穩定性。採用此種調變技術可達到從聲光調變器60完全消光的功效，以全面防止雷射能量沿著工作光束路徑72a朝向工件80傳遞並在不需要的時候或位置上衝擊工件80。除習知的聲光調變器調變(例如將聲光調變器射頻訊號設定為低等級或“OFF”狀態)之外，另可採用上述技術。

圖7至圖9係描繪聲光調變器60射頻之示範性調變技術的時序圖，其中調變的頻寬大於聲光調變器60設定聲波能與通過聲光調變器60的光產生交互作用的頻寬。圖7為示範性高頻寬頻率偏移波形的時序圖，其中該波形係以聲光調變器變換器70(圖11)表示，以達到從聲光調變器60完全消光之效果。圖8為時序流程表，其繪示與運用高頻寬頻率偏移而達到從聲光調變器60完全消光有關之事件與結果。

請參照圖6、圖7和圖8。在一實施例中，送往聲光調變器60的射頻能量之射頻訊號係在其速率高於聲光調變器60之頻寬的「關閉」狀態下進行調變。在某些實施例中，聲光調變器60之頻寬可定義為聲波通過沿著光學路徑72行進之雷射光束的中窄部所需要的時間函數。因此，頻寬會受到雷射光束之直徑以及在聲光調變器60介質中的聲速的影響。將雷射光束之直徑除以在聲光調變器60材料當中的聲速，即可得到聲音通過雷射光束之過渡時間。將過渡時間轉換成頻率(1/過渡時間)即可提供關於上述實施例之聲光調變器60的最大頻寬。

若在大於聲光調變器60所能容納的頻寬之下調變射頻訊號之射頻，則可避免在聲光調變器60當中形成聲波，進而避免在光學路徑72上傳遞的雷射光束產生繞射。只要射頻的改變速率高於聲光調變器60之頻寬，即可避免通過聲光調變器60的光束產生光學繞射。若工作光束路徑高於第零階，則光能量就不會傳遞到較高的階數。

在圖7所示「開啟」狀態中，設定的射頻訊號頻率能達到吾人所需衝擊工件80的繞射光束路徑72a之繞射角；設定的射頻訊號振幅則可達到工件80上所需要的能量大小，以完成如切斷連結(link blowing)或鑽孔(via drilling)等處理應用。在圖7所示「關閉」狀態中，射頻訊號頻率會在高速之下改變，並使射頻訊號振幅為最小，亦即將其關閉或切換到低偏壓功率準位，以確保沒有繞射能量會到達工件80。圖8為一時序流程表，其係解釋圖7所示波形之後續結果。請再次參照圖6所繪示之架構，其中到工件80之光束路徑係繞射光束72a衝擊，光束截止器接收第零階的傳遞光束72b，在此頻寬較高的頻率調變時間的雷射能量將會完全傳遞，因此到工件80時係完全(100%)消失。

圖6同樣表示在「關閉」狀態下，相較於產生所需繞射現象時的射頻訊號，將射頻訊號設定為DC或超低頻訊號準位(亦即最低的振幅)的技術。此種低頻訊號或DC射頻訊號不會使光束產生繞射而經過光學路徑72a到達工件80。將射頻訊號調變成DC數值或足夠小到無法形成繞射角，則將可避免在聲光調變器60內部形成波動。採用形成最小繞射角度的較小射頻訊號進行射頻訊號之調變，可使繞射光束實質上與傳遞到光束截止器94的光束共線(collinear)。若將聲光調變器60設定為零頻率，則在聲光調變器60將不會有繞射光閘的效應，而且100%的光會傳遞到光束截止器94。在「開啟」狀態中，射頻訊號之設定係為獲得通往工件80的光學路徑所需要的繞射角(F1)，射頻訊號振幅則會經過設定而達到在工件80上進行處理時所需要的能量大小。

數位頻率合成器可驅動數位至類比(D/A)轉換器，此種合成器係一種頻率訊號源，其適於實施頻率調變而使高頻射頻訊號縮減為低頻或DC位準的訊號。A/D轉換器輸出以及相關的訊號調整電路可將頻率訊號施加於射頻功率驅動器，以驅動阻抗經過控制(通常為50歐姆)的傳輸線路。舉例而言，由位在美國麻州Norwood市的Analog Devices，Inc．公司所生產的直接數位合成器(DDS)(型號為AD 9852 ASQ)即為其中一種可購得的頻率訊號源。型號為AD 9852 ASQ的直接數位合成器係耦合於內部高速D/A轉換器，並具有每秒300百萬個樣本(megasample)的輸出更新速率。利用48位元的頻率解析度、14位元的相位偏移解析度及12位元的振幅控制之平行數位介面來控制AD 9852 ASQ直接數位合成器，即可達到100MHz的更新速率。AD 9852 ASQ直接數位合成器之輸出可施加到任何一種可購得的積體射頻驅動模組(例如Motorola，Inc．及其它積體電路元件製造公司所製造的積體射頻驅動模組)，藉以驅動聲光調變器變換器70。

將數位訊號處理器(DSP)(例如Analog Devices，Inc．公司所生產型號為TigerSHARC的DSP)與場可編程閘陣列(FPGA)(例如美國加州San Jose市的Xilinx，Inc．公司所生產型號為Virtex－II的FPGA)結合在一起，並使積體DDS與兩者搭配，即可在頻率訊號及輸出控制方面得到較大的運用彈性。

藉由使射頻驅動器66具備增益k的高頻寬操作放大器即可從「開啟」狀態快速切換到「關閉」狀態，其中高頻寬操作放大器可接收D/A轉換器的輸出並驅動電感L。選擇L值來設定在「開啟」狀態下操作射頻頻率時的共振，可在AOM變換器70之輸入端提供較高的電壓，且操作放大器無須消耗許多電能。(共振電路包含電感L之阻抗損耗、AOM變換器70以及AOM變換器70之電容。)共振現象會造成瞬態振鈴(transient ringing)而減緩從「開啟」狀態切換成「關閉」狀態。

DDS可搭配DSP與FPGA使用，以測量從D/A轉換器到位在AOM變換器70之輸入端電壓的轉換函數。利用AOM變換器70輸入電壓所用的D/A轉換器，並將其導入DSP/FPGA電路，即可藉著脈衝響應、掃描正弦Bode圖(swept－sine Bode plot)或白雜訊輸入/輸出量測來決定出轉換函數。測量完成後，適用於將測量到的類比電路頻率響應反相的數位biquad濾波器係設置在FPGA內當作系統反相節點濾波器(inverting notch filter)，以產生描述類比驅動電路之特性的平坦轉換函數。

根據線性系統理論，FPGA biquad濾波器、D/A轉換器輸出與類比驅動電路之組合可展現出平坦轉換函數，並可獲致在無DC或射頻「關閉」狀態與射頻「開啟」狀態之間進行瞬間切換的功效。若要瞬間開啟射頻，則必須輸送大量的能量來啟動它，而且必須抽離大量的能量使它停止。如此可能會在所需要的頻寬使操作放大器的電流/電壓/扭轉率功能呈現飽和。

為了使驅動電路發揮功效，吾人可能需要用到射頻訊號的緩升或緩降。藉著在緩升時將正弦波乘上k_ramp＊t，以及在緩降時將正弦波乘上(1－k_ramp＊t)，就能立即在DSP/FPGA當中實作出此等函數。K_ramp參數可設計成操作放大器之電流、電壓及轉換速率輸出之線性操作的極限值，並可依照設計上的特殊需求來選定此參數，而不是針對元件的變動來進行調整。雖然緩升/緩降需要時間，但可預期的是，此時間將遠小於瞬態自然衰減所需要的時間。

隨後可將DDS板之輸出放入射頻功率模組內，然後再透過50歐姆傳輸線路耦合到AOM變換器70。

圖9係繪示另一種用於在速率高於聲光調變器頻寬情況下調變射頻的類似技術，其係藉由將白雜訊置入射頻訊號內。透過訊號內的寬廣頻譜範圍之多重頻率分量，聲光調變器60將不會有在聲光調變器介質內形成繞射光閘的聲波。請再次參照圖6，在「關閉」狀態中，白雜訊會被送至聲光調變器60，而使光束全部被傳送到光束截止器94。在「開啟」狀態下，設定的射頻能達到吾人所需通往工件80的繞射光束路徑72a之繞射角；設定的射頻訊號振幅則可達到在工件80上進行處理時所需要的能量大小。藉著導入具有高於在聲光調變器元件內形成聲波所需時間之射頻的白雜訊，亦可得到上述結果。

熟習相關技藝者當能瞭解，以上參照圖7至圖9說明的技術可針對Bragg方程式而利用較低或實質上無功效的頻率來加以實作。為達到完全消光的效果，施加到變換器70的射頻訊號可直接設定成讓Bragg效率實質上為零的其中一個頻率；而在振幅方面，若有需要，可選擇將其設定為零或是某一個基準。或者，可利用跳頻(frequency hopping)及其他技術，或將頻率限制在能使Bragg效率實際上為零的頻率。

圖10係繪示雷射系統50a之架構，此架構類似於雷射系統50，但其運用兩個或兩個以上的光束截止器94a和94b。光束截止器94a係沿傳遞光束的光學路徑72b而設置，光束截止器94b則是沿著在形成不會到達工件80的繞射角(F2)的射頻訊號(F2)之光學路徑72c而設置。在「開啟」狀態中，射頻訊號之設定係能達到通往工件80之光學路徑所需要的繞射角(F1)；上述射頻訊號振幅之設定則是能達到在工件80上進行處理時所需要的能量大小。在「關閉」狀態中，射頻訊號係設定為頻率F2以及最低振幅，其將形成能讓光束繞射至第二個光束截止器94b的繞射角。在此「關閉」狀態下，雷射總能量將會在傳遞的光束與F2繞射光束兩者之間分配，而使得在通往工件80的光學路徑72a上沒有雷射能量。

圖11為聲光調變器控制系統100之實施例的簡化示意圖，其中聲光調變器控制系統100係採用系統控制器62來控制一個控制開關102，藉以阻斷傳送至射頻放大器68或AOM變換器70的功率，並且/或者採用控制開關104來阻斷來自於射頻驅動器66而傳往射頻放大器68或AOM變換器70的頻率訊號。控制開關102和104之實施例具備快速切換與定時功能，其最好大於雷射64之重複率(repetition rate)，以便具有雷射處理應用頻寬。控制開關102和104可為機械式或固態繼電器(relay)，或是別種能夠阻斷至射頻放大器68或AOM變換器70之射頻訊號或功率的元件。在「開啟」狀態中，DC功率以及射頻和振幅訊號可通過射頻放大器68並經過聲光調變器60。在「關閉」狀態中，DC功率及/或射頻和振幅訊號係藉由控制開關102和104予以阻隔而無法到達聲光調變器60。

圖12繪示雷射系統50b之簡化架構圖，其中雷射系統50b係利用上述聲光調變器調變技術，而採用聲光調變器60a當作雷射64a內部的Q－開關。雖然可利用共用電源110來供給電源給泵激源(pumping source)112和射頻訊號驅動器66a，但可以非常類似於上述聲光調變器調變控制的方式來產生射頻驅動訊號，並傳送到聲光調變器60a之Q－開關。然而，在圖12中，每當聲光調變器60a處於「關閉」狀態時，聲光調變器60a會沿著工作光束光學路徑72c來傳遞雷射光，而每當聲光調變器60a處於「開啟」狀態時，聲光調變器60a會使沿著非工作光束光學路徑72d的光產生繞射至光束截止器94c。

熟習相關技藝者當能瞭解，藉由在「開啟」狀態下使雷射光繞射向工作光束路徑，聲光調變器60a亦可調節為以在反向之架構操作。不論是何種架構，以上所討論的聲光調變器調變技術均可在工件80上不需要雷射能量時，在使用或不使用外部聲光調變器60的情況下，達到完全阻斷雷射能量的效果。

圖13為雷射系統50c之簡化示意圖，其中雷射系統50c係利用上述聲光調變器調變技術而採用雷射64a之外部的聲光調變器60及雷射64a之內部的聲光調變器60a(圖中未繪示)，以達到完全消除雷射光的效果。熟習相關技藝者當能瞭解，聲光調變器60和60a可透過相同或各自不同的射頻驅動器66b加以控制。

圖14為雷射系統50d之簡化示意圖，其中雷射系統50d係利用上述聲光調變器調變技術而採用雷射64之兩個或兩個以上外部串聯的聲光調變器60₁ 和60₂ ，以達到完全消除雷射光的效果，進而在需要處於「阻隔」狀態時，避免即使是最低的能量到達工件80而造成工件損壞。在圖14所示實施例中，在「關閉」狀態下，聲光調變器60₁ 會沿著光學路徑72b₁ 將雷射光傳遞到光束截止器94₁ ；在「開啟」狀態下，聲光調變器60₁ 則可使雷射光沿著X軸(相對於光學路徑72b₁ )繞射至工作光束光學路徑72a₁ 。工作光束光學路徑72a₁ 係與聲光調變器60₂ 相交，其可在「關閉」狀態下沿著光學路徑72b₂ 而將雷射光傳遞到光束截止器94₂ ，並可在「開啟」狀態下使雷射光沿著Y軸(相對於光學路徑72b₂ )繞射至工作光束光學路徑72a₂ ，而最後再到達工件80。熟習相關技藝者當能瞭解，雖然圖中繪示與在此說明的聲光調變器60₁ 與聲光調變器60₂ 係沿著垂直軸改變光束路徑，但聲光調變器60₁ 與聲光調變器60₂ 亦適於沿著相同軸設置或沿著不互相垂直的橫軸。熟習相關技藝者當亦能瞭解，聲光調變器60₁ 與聲光調變器60₂ 兩者亦適於設置在相反的「開啟」/「關閉」狀態結構(例如以第零階當作工作光束路徑)，或者適於設置為不同的「開啟」/「關閉」狀態結構。此外，聲光調變器60₁ 和60₂ 兩者可透過相同或各自不同的射頻驅動器66b(圖中未繪示)加以控制。

請參照圖13與圖14，單獨的聲光調變器60之消光比(extinction ratio)可定義為N，而兩個串聯的聲光調變器60₁ 和聲光調變器60₂ 則將具有消光比N₁ 和消光比N₂ ，並因其加上衰減值而增加總消光比。熟習相關技藝者當能瞭解，增加N個聲光調變器60可使消光比提高更多。對特別敏感的工件80或特別敏感的處理應用而言，吾人可能需要更高的消光比。上述實施例及其變更或組合可用於完全消除或轉移雷射脈衝能量，使其在不需要此類脈衝能量時不會到達工件80，進而排除破壞敏感性材料的可能性。

熟習相關技藝者當能瞭解，上述技術可應用在任何一種雷射，其中包括但不限於：固態雷射(例如Nd：YAG雷射或Nd：YLF雷射)以及CO2雷射，其波長範圍從深紫外線(UV)到遠紅外線(IR)，其中包括但不限於：約266nm、355nm、532nm、1064nm、1320nm及10um。此外，上述技術可應用於雷射處理系統，其中包括：連結處理系統、雷射修整及微加工系統，以及微鑽孔系統等。

一個或數個不論其是否具備上述頻率調變技術的聲光調變器60亦可應用於各式不同的新應用。舉例而言，圖15為振幅對時間圖，其繪示各式不同雷射不穩定性或熱性變動所引起的雷射脈衝之間的典型峰值能量漂移，其中雷射脈衝係衝擊到雷射輸出偵測器。在某些雷射系統當中(特別是高重複率的UV系統)，脈衝對脈衝能量的變化量可能高達22%(即使長期平均的變化量可能小於5%)。此雷射能量之變化量有可能會在工件80上造成問題。對某一種雷射操作而言，整體「處理窗」可能會非常小，而此處理窗可定義為不會對產品輸出造成負面影響的個別或幾組參數(其中包括雷射輸出)的變化量容限。因此，保持較大的處理窗或控制會影響處理窗的分量(特別是雷射能量)將會非常有效用。

圖16繪示雷射系統50e之範例，其中雷射系統50e係採用分光元件120，將沿著光束路徑72a傳遞的一部分雷射導向雷射輸出偵測器122。雷射輸出偵測器122可測出至工件80的雷射入射振幅和能量。

雖然圖16繪示光學路徑72係以光束射入面之Bragg角或接近Bragg角的入射角114來衝擊聲光調變器60之光束射入面52或變換器70的變換器調變區，但熟習此技藝者當能瞭解，光學路徑72可對齊而以大致垂直於非Bragg入射角114的角度衝擊聲光調變器60之光束射入面52。熟習此技藝者當亦能瞭解，在聲光調變器60(尤其對於具有高折射率材質之聲光調變器60而言)的光束射入面52上可利用切角(angle cut)，使得入射角114可垂直於光束射入面52，並可同時大致滿足既定頻率的Bragg條件。

熟習此技藝者當能進一步瞭解，Bragg聲光調變器之對齊可以上述或之下參照任一圖式所說明的實施例來加以實作。一般而言，當入射角114落在相對於光束射入面52及/或通過光學路徑72的變換器調變區域116之Bragg角的±0.5度範圍內時，即可得到令人滿意的Bragg效率(或經由聲光調變器60之繞射效率)。在雷射光束有一個主要IR波長分量的實施例中，入射角114最好落在約Bragg角的±0.4度範圍內，落在約Bragg角的±0.1度範圍內更佳；當然，入射角114正好是Bragg角最為理想。在雷射光束有一個主要UV波長分量的實施例中，入射角114最好落在約Bragg角的±0.2度範圍內，落在約Bragg角的±0.05度範圍內更佳；當然，入射角114正好是Bragg角最為理想。

請再次參照圖16，分光元件120本身亦可為附加的聲光調變器60。在某些實施例中，控制振幅的聲光調變器60可用來當作分光元件120，其中較高階的光束或相反的第一階光束會被導向雷射輸出偵測器122。熟習此項技藝者當能進一步瞭解，吾人可在聲光調變器60之上游處及/或第零階或非工作光學路徑72b上沿光學路徑設置額外的雷射輸出偵測器122(若有需要，亦可設置分光元件120)，藉以提供振幅監視與控制的額外資訊。在某些實施例中，可將分光元件120與雷射輸出偵測器122沿著光學路徑設置於其他下游位置，而使振幅修正得以補償光學路徑72a上的其他元件所造成的振幅偏差。雷射輸出偵測器122係為熟習此項技藝者所熟知的元件，並已運用在許多雷射應用領域。然而，雷射輸出偵測器122適於將訊號124直接或間接傳輸到系統控制器62；系統控制器62則可將修正訊號126傳送到射頻驅動器66，或針對傳送到射頻驅動器66的當前振幅或頻率控制訊號進行調整。

因此，在閉路系統內，可利用一或數個具備或不具備頻率控制功能的聲光調變器60，以提高脈衝振幅在高更新率之下的穩定度。此種振幅或頻率的調整技術可用來控制雷射輸出之雷射漂移及/或熱的不穩定性以及/或聲光調變器60之不一致的射頻感應加熱當中的雷射脈衝能量。調整施加到聲光調變器60的射頻訊號可影響任何給定的雷射輸出脈衝之振幅或能量，以回應於一或數個先前雷射輸出脈衝之振幅或能量的相關資訊。在多重連續脈衝之連續串列(例如數十、數百或數千)內的任何給定連續雷射輸出脈衝之振幅或能量可控制在低於一般習知雷射微機械加工系統在7%(或高於7%)的脈衝至脈衝能量變化。在某些較佳實施例中，脈衝至脈衝能量變化量可低於約3%，甚至低於約0.5%至1%。對採用固態諧振雷射的實施例而言(特別是用來產生UV波長的雷射)，如此的脈衝至脈衝能量穩定性係特別有用。

藉著頻率控制的附加優點，另可在寬廣的時間尺度下達到脈衝振幅之穩定性，並限制各種情況(例如雷射64當中的熱變化、聲光調變器60本身的變化，或是其它線性或可能的非線性因素)所造成的雷射能量變化效應。此外，亦可運用數個變換器來調變同一個光束軸，以提高繞射效率；關於此技術特點，以下將會詳加解說。

圖17為振幅對時間圖，其繪示利用聲光調變器60(例如圖16所繪示之雷射系統50e實施例當中的聲光調變器)並透過閉路控制所達成的振幅穩定度。迴授係用於改變送至聲光調變器60的射頻功率之振幅，進而改變沿著較高階光學路徑72a行進到工件80所傳遞的能量。

在聲光調變器應用的另一個實施例當中，圖18為雷射系統50f之示意圖，其中雷射系統50f係採用兩個腔外的聲光調變器60₁ 和60₂ (統稱為聲光調變器60)，藉以影響工件80之表面在笛卡兒座標軸上的光束定位。在較佳實施例中，其中一個聲光調變器60可控制沿X軸的移動，而另一個聲光調變器60則可控制沿Y軸的移動，如此即可讓雷射光束在工件80之表面的X軸及Y軸上進行全方位的角度調整。在圖18當中，第一個聲光調變器60₁ 係在X軸上進行調變，第二個聲光調變器60₂ 則是在Y軸上進行調變，但熟習相關技藝者當能瞭解，可以相反的次序或位置來進行調變。熟習相關技藝者當亦能瞭解，可以增加聲光調變器60₁ 和60₂ 兩者或其中之一(特別是聲光調變器60₂ )的尺寸大小，而得到較大的接受角。

聲光調變器60₁ 和60₂ 最好分別由個別的射頻驅動器66₁ 和66₂ 予以驅動，其中射頻驅動器661和662能夠如同上述實施例，而以可變方式控制傳送到變換器70的射頻功率之振幅及/或頻率，使得位在工件80處的輸出光束之振幅和位置均得以準確地控制。由於可在速率非常高的情況下調整射頻驅動器頻率，因此聲光調變器60能夠在具備特性化線性效應查詢表的開放迴圈掃描系統內進行即時操縱，以校正吾人不希望見到的定位誤差效應。

圖19係繪示聲光調變器60回應於射頻驅動器在2W驅動至50MHz時的示範性定位及偏向角範圍之示意圖。當聲光調變器60設置在聚焦透鏡78上方約40mm的高度時，亦即設置在工件80上方約40mm的距離，並假設總偏向角為約96mrad或5.5度的theta角，則計算結果顯示：工件80上的有效掃描範圍在X軸及/或Y軸上形成至少4mm的掃描場域。

關於角度之鑑別率，在某實施例中，射頻功率之DDS驅動器輸出可設定為1Hz的微小增量，以便由下列方程式設定鑑別率的理論值：

舉例而言，相對於聲波1Hz的頻率變化的角度改變量為2.73E-10度。然而，此鑑別率可能與實際情況不符，因為系統會受到機械上的限制而無法確實鑑別出頻率。因此，在某些實施例中，控制的數值範圍可由4.1E-6度或0.72微徑度(micro radian)的最低步進鑑別率來指定，其相當於步進大小為15KHz的頻率。例如，角度設定約50毫徑度(milliradian)的聲光調變器光學掃描系統將可提供69444步的角度鑑別率。

聲光調變器60的頻寬主要係由三個因素決定：電子元件(例如射頻驅動器66)能夠產生新頻率的最大速率；AOM變換器70產生此新頻率之振盪的能力；以及在聲光調變器60當中產生新聲波所需耗費的時間。一般而言，第三個關於形成新聲波的因素會耗費最多時間，因此將會決定掃描的頻寬。

與對應於特定頻率之角度有關的方程式可表示為：

其中ν_s 為聲音在介質當中的速率。

因此，頻寬B可表示為：

其中D為雷射光束通過聲光調變器60時的寬度。

對一般的聲光調變器60而言，上列參數可為：材料：熔凝石英(fused quartz)(n=1.46，ν_s =6km/s)；聲：頻率f=100MHz；光：波長1047nm；雷射光束直徑：12mm。

利用上述參數，掃描系統的聲光調變器60實施例在可接受角度上將會有高達約500kHz的頻寬。對照之下，一般的檢流計頻寬約為4kHz；搭配快速操控的面鏡則可達約12kHz。檢流計掃描器的主要限制係在於移動物質時所產生的慣性以及此移動的共振效果。由於聲光調變器60不會引發此種與質量有關的效應，因此其頻寬增加程度可高達100倍。

圖20為圖18所示聲光調變器60₁ 和60₂ 實施例的詳細示意圖，其中聲光調變器60係對準不同軸向，以提供一種雙軸掃描系統。聲光調變器60₁ 之設置方式係使其軸線A垂直於聲光調變器60₂ 的軸A。因此，改變至聲光調變器60₁ 的驅動訊號頻率即可改變聲光調變器60₁ 在X軸方向上的輸出角度，其關係為頻率的改變將會改變出射角度theta X。改變至聲光調變器60₂ 的驅動訊號頻率即可改變聲光調變器60₂ 在Y軸方向上的射出角度，其關係為頻率的改變將會改變角度theta Y。聲光調變器60₁ 和60₂ 可設置為靠近在一起，並各自以相同或不同的頻率和振幅進行調變。因此，輸出光束的振幅可以改變，並可沿著X軸和Y軸方向移動。光束截止器94₁ 和94₂ 之大小和形狀可加以調整，以使其適用於所需要的掃描場域而避免不需要的光傳遞到工件80。

圖20A係繪示掃描角度繞射效率相對於示範性UV和IR波長之特定Bragg角度之角度改變量。聲光調變器之繞射效率可由下列方程式表示：

其中，材料特性可描述為：

其中λ為光波長，M為材料的優值(figure of merit)，L為變換器作用區之長度，H為變換器70之高度，P則為所施加的射頻功率。訊號之頻率調變所引發的改變量可以△Φ來表示：

其中ν為材料當中的聲速，△f 為調變的頻率改變量，L為作用區長度，Λ₀ 為聲音在材料當中的波長。將方程式(5)和方程式(6)代入方程式(4)，即可得到頻率改變時在特定Bragg角之繞射效率。圖式所繪示的繞射效率範例當中，在355nm之UV波長上產生1.2度Bragg角的初始頻率75MHz係已改變±14 MHz(對UV波長而言，約為±0.175度的掃描角度改變量)。因此，舉例而言，若要維持80%以上的繞射效率，吾人可採用約±0.1度的掃描角度。

圖中亦同時繪示1064nm波長的繞射效率，其顯示：容許的掃描角度會隨著波長的縮短而變小。可用的「掃描角度」區域可藉由系統在雷射功率處理窗方面所能承受的最低繞射效率予以定義。若處理窗很大，則系統會有較多的雷射功率可供運用，因而能得到較大的掃描角度。

請再次參照圖18至圖20。若將一或數個額外的聲光調變器60(或如快速操控面鏡(FSM)之類的可移式元件)設置在個別軸向上之掃描聲光調變器60₁ 和/或聲光調變器60₂ 的前方，則可改變入射的Bragg角條件，以提供一個次要Bragg角或數個可供選擇的Bragg角而加大掃描式聲光調變器60之掃描角度。

圖20B為聲光調變器掃描系統之示意圖，其中該聲光調變器掃描系統係採用串聯的聲光調變器60x₁ 和60x₂ 來擴張特定直角座標軸或工件軸線上的光束定位範圍。如圖20B所示，上游聲光調變器60x₁ 可設置在光束路徑72上(最好在其Bragg角度上)，使其第零階輸出能達到位在下游的聲光調變器60x₂ 之Bragg角。隨後，上游聲光調變器60x₁ 之第一階輸出可設定為下游聲光調變器60x₂ 的第二個Bragg角。亦可利用如圖23C所示具備多個變換器的聲光調變器60₃ 來達到擴張光束定位範圍的效果，而不運用個別的聲光調變器60x₁ 和60x₂ 。

在某一實施例中，上游聲光調變器60x₁ 偏離第一階光束1.2度，下游聲光調變器60x₂ 進一步偏離此內送光束0.2度，且不會在效率上造成巨大損失。圖20C係繪示掃描角度繞射效率相對於示範性UV和IR波長在串聯的相同軸線調變聲光調變器60所造成之角度改變量。如圖18至圖20C所示，採用串接的聲光調變器60來調變相同的軸線，可以擴張下游聲光調變器60x₂ 的掃描角度，而此掃描角度係由上游聲光調變器60x₁ 或其它元件的掃描角度大小來決定。當作上游Bragg調整元件的聲光調變器60x₁ 可提供比使用單獨一個聲光調變器60所能得到更大的掃描角度，而且可在比大部分雷射重複率更高的頻寬下(亦即高於100kHz)完成掃描動作。熟習相關技藝者當能瞭解，在Bragg效率因素有些許限制的情況下，即使聲光調變器掃描範圍的改進程度不高，其仍舊對UV波長具有特別良好的功效。

當作上游Bragg調整元件的慢速元件，例如FSM或檢流計系統，可將下游聲光調變器60x₂ 的掃描角度擴展到更大的範圍，但整體的速率效能會受到此類上游定位器(positioner)的頻寬限制。然而，此類慢速上游Bragg調整元件仍然非常有用，特別是其角度偏移可補償導致Bragg效率下降的雷射光束定位之慢速偏差量。舉例而言，若利用下游雷射光束的聲光調變器60x₂ 來修正雷射光學系統的不穩定性(其造成斜向通過聚焦透鏡78的雷射光束稍微偏離)，則會在連結切割系統上造成準確度的問題。利用聲光調變器60x₂ 即可快速進行上述小幅修正，並能消除幾乎所有來自於微小熱性和其它因素所造成的指向偏差。然而，經過數日或可能數週之後，在聲光調變器60x₂ 之入射面上的入射角度方面，先前校正的偏移量可能會非常大，而導致通過聲光調變器60x₂ 的效率降低。此問題的其中一種解決方法係納入設置在上游的慢速Bragg調整元件(其可保證獲得較大的調整角度，或者較慢的調整時間可能已經足夠)，使其能調整(或校正)內送的光束而調整聲光調變器60x₂ 的準確Bragg條件，以達到最高的效率。若沒有在聲光調變器60x₂ 之前設置慢速上游Bragg調整元件聲光調變器60x₁ ，則可能必須以手動方式(或以手動或電子裝置來移動聲光調變器60x₂ 下方的機台)對元件進行準確細微的定位調整。

熟習相關技藝者當能瞭解，上游的Bragg調整元件可在大範圍上進行可變式控制，或僅當作兩個或數個特定角度之間的開關，其中該等角度可滿足下游聲光調變器60x₂ 的Bragg角度效率。在修正兩種Bragg條件之間的偏差所造成的孔徑移動方面，可採用第三個串接的聲光調變器60(或其它光束調整元件；圖中未繪示)。熟習相關技藝者當亦能瞭解，可運用串接的同軸聲光調變器60來改善聲光調變器掃描系統之任一軸或兩軸上的掃描範圍。如以下之說明，熟習相關技藝者當亦能瞭解，吾人亦可藉由調整施加到變換器70的射頻訊號之振幅來補償聲光調變器60x₁ 或聲光調變器60x₂ 之射出角度移位所造成的Bragg效率偏差。

圖21為雷射系統50g之示意圖，其中雷射系統50g係採用腔外聲光調變器60₁ 和60₂ 、兩個分光元件120a和120b、能量與振幅偵測器122以及位置感應偵測器130，提供工件80之表面上的脈衝能量和振幅以及雷射光束位置的閉路控制。對許多處理操作之結果而言，光束調準非常重要；特別是在需要得到次微米級的精確度時，光束調準尤其重要。影響光束調準的因素很多，其中包括：機械移動、光學介質的振動或熱性變化，以及/或其它造成光束移走的因素。閉路式聲光調變器光束定位控制可減少上述因素所造成的光束失準以及輸出損耗等情況。

在利用聲光調變器射頻功率之頻率控制來修正角度時，若角度小於或大於Bragg條件之接受角，則第一階光束之繞射效率均會隨之下降。Bragg條件所定義的角度為：

其中θ_B 為內送光線的入射角，λ為光波長，Λ則是聲音在聲光調變器介質內的波長。

若變換器70的頻率經過調變，則聲波的波長亦將會改變，進而使得滿足Bragg方程式的Bragg角則亦隨之改變。此時，繞射光的反射率或繞射效率將會下降，其等效關係式如下：

其中L為聲音和光線作用區的長度(或光束之直徑)。

函數sinc可限制雷射機械加工操作當中所使用的角度，因為處理過程中通常會要求高效率。然而，雷射功率或能量之耗用量可補償角度控制過程所造成的效率降低情況，並調和系統之能量和振幅。

舉例而言，運用TeO₂ 聲光調變器晶體，在波長1064nm、光束直徑2mm的雷射上以60-80MHz且高於2W的射頻功率和650m/s的聲速，可在零效率繞射至第一階光束之前提供大約50毫徑度的最大容許角度。

舉例而言，在修正光學系統之瞬態效應的雷射系統修正應用當中，通常需要至少±0.5毫徑度的角度範圍。若聲光調變器60在Bragg條件下的效率為80%，則Bragg條件的偏差將會造成第一階光束約0.8%的效率損失，亦即約79.2%的新第一階繞射效率。

在上述情況下，可利用雷射功率限制值的某些額外雷射能量而容許角度修正所引起的額外損耗，以及雷射瞬態現象的振幅修正、熱性效應或光學系列當中的其它擾動。因此，在Bragg條件下，可將傳往聲光調變器60的射頻功率設定為較低的功率，以得到最大的雷射能量輸出E_max ；在此可將其設定為效率為75%的等效能量。因此，在振幅調整與角度修正方面，可使用效率5%的總控制量。由於調整的角度會偏離Bragg條件約+0.5毫徑度，因此效率會下降約79.2%，但射頻振幅可提高約0.8%而能補償角度修正所造成的效率降低。在此實施例中，仍有4.4%的額外耗用量可用於其它可能需要的振幅修正。

因此，吾人可調整施加於變換器70的射頻訊號振幅，以補償光束路徑72上Bragg角之射出角度偏差所造成的Bragg效率差值，該Bragg角係會衝擊標稱光束位置而成為一定位角，而將光束路徑72導向以衝擊吾人所需偏離標稱光束位置的光束位置。每一個具有指定特性的聲光調變器60均可以數學方法及/或實驗方式決定Bragg效率振幅的補償資訊。補償資料可置於查詢表內，或由例如以sinc函數為基礎的演算法提供。Bragg效率振幅補償資訊可在雷射系統控制器62的射頻驅動器66上實作，或是在中介控制器或獨立控制器的射頻驅動器66上實作。

Bragg效率補償可在聲光調變器60₁ 或聲光調變器60₂ 其中之一或兩者之上實作，並在工件80之表面上的個別X軸和Y軸達成振幅修正的效果。同樣地，Bragg效率補償亦可在橫越或直角方向定位的變換器70x和70y(圖24)其中之一或兩者上實作；關於此技術特點，以下會詳加說明。

如圖21所示，來自於振幅偵測器122與位置感應偵測器130的訊號可送至雷射系統控制器62，以及/或是直接或間接送至X和Y射頻驅動器66₁ 和66₂ 。在某些替代實施例中，分光元件120和位置感應偵測器130可設置在各個聲光調變器60之後方。分光元件120甚至可直接附在一或兩個聲光調變器60的輸出面上。

迴授控制系統所使用的迴授方法會從機械旋轉電容偵測改變成用來偵測雷射光點的位置感應電子裝置。就準確地偵測聲光調變器60之角度位置而言，位置感應偵測器130之電子裝置可能是聲光調變器效能的限制因素。因此，可利用熟習相關技藝者所熟知的別種閉路系統元件和技術。

在較佳實施例中，閉路控制系統內的位置感應偵測器130之頻寬可利用濾波技術，而藉由降低電子裝置的雜訊來提高位置準確度。若希望獲得極高的準確度，則可採用極高的雜訊降低功能，但位置感應偵測器130之頻寬可能會因濾波而受到限制。

控制系統之係數可在高於所需整體系統頻寬的速率下進行更新，但並非在聲光調變器更新的每一個時脈均可在此速率下進行更新。吾人可根據所需要的準確度和系統頻寬來設定更新參數。系統範例具有下列參數：聲光調變器頻寬＝250kHz；需要的系統頻寬＝25kHz；及位置感測頻寬(濾波之後)＝250Hz。

藉此，聲光調變器控制參數即可以系統之每100個周波更新一次，以便控制高達250Hz的瞬態偵測，並提供25kHz的整體系統效能。因此，利用上述任一種技術，並搭配聲光調變器60₁ 和60₂ 之超快頻更新及速率調整，閉路控制系統即可以即時作業方式進行微小的調整。

圖22為聲光調變器60₃ 之示意圖，其中聲光調變器60₃ 係採用至少兩個變換器70A和70B(統稱為變換器70)，且此等變換器有重疊的變換器調變區域116，以便能選擇聲波傳遞通過聲光調變器60之介質的方向。變換器70A會產生沿路徑72B向下偏移的反射光，變換器70B則會產生同樣沿著路徑72B向上偏移的反射光。使用相同的頻率時(且相位最好已被鎖定)，上述變換器之額外訊號可產生繞射光效率之微幅增益。估計的效率增益範圍約在1%至15%之間，其取決於波長與其它典型的雷射參數。

在某一個時間點上，可以只啟用變換器70A與70B兩者其中之一，或是變換器70A與70B兩者同時啟用。熟習相關技術者當能瞭解，每一個變換器70均可根據先前提到的任何一種聲光調變器調變技術或實施例，在相同或不同的頻率，以相同或不同的射頻驅動器66(圖中未繪示)進行驅動。若變換器70A和70B係在不同的頻率下操作，則有可能會在元件當中產生多重繞射效果，並形成兩道具有頻率差值所定義的分隔角度的光束。變換器70A和70B亦可同時在相位角稍有不同的情況下進行操作，以獲得比單獨一個變換器70所能得到更高的掃描角度鑑別率。至少兩個或兩個以上的變換器70A和70B亦可設置在聲光調變器60₃ 的同一個表面上而得到相同的良好效果。上述實施例適用於朝向任一軸向的聲光調變器60。

若變換器70A和70B的尺寸不同，則有可能使得不同頻率的驅動器可讓其中一個變換器70產生高於另一個變換器的頻率。如方程式(7)所示，藉著提高變換器70A和70B任一個的聲音頻率即可加大Bragg角。對習知的變換器70而言，當Bragg角介於0.7度與4度之間時，其頻率範圍將介於50MHz與250MHz之間。當頻率高於250MHz時，通常需要較小的變換器及射頻功率產生器，且此種射頻功率產生器具備在較高頻率下驅動變換器的功能。在需要利用較小的變換器70A或70B時，可形成較大的內送光束Brag g角(從而得到較大的第一階射出角度)，而使其更容易從第零階光束中分離出來(而且更容易設置光束截止器9 4)，進而更容易使第一階光束傳遞到工件80。若需要利用較大的變換器70A或70B，則可在不需要較大的Bragg角時得到較大的繞射效率。同樣地，在應用程式或系統的條件限制需要較大的Bragg角的情況下，兩個較小的頻率和相位鎖定變換器70A和70B可用來擴張高於單獨一個較小型變換器70的繞射效率。此類實施例可為聲光調變器掃描系統增加運用空間。

圖22A為聲光調變器60₃ 之示意圖，其中聲光調變器60₃ 係採用至少兩個變換器70A和70B，並提供聲波傳遞通過聲光調變器60之介質的方向選擇，而使垂直於聲光調變器入射面的光束產生轉向。如以上參照圖22所做之說明，本實施例可用來提高繞射效率、藉由提供較高的合成頻率而加大繞射角度範圍，或採用不同大小的變換器70來增加運用彈性。熟習相關技藝者當亦能瞭解，當輸入光束72比較接近其中任一個變換器70時，可能會稍微延長聲光調變器60₃ 的回應時間。

圖23A和圖23B係繪示聲光調變器60上至少兩個變換器70A和70B在重疊的變換器調變區域116當中傳遞不同頻率所產生的功效。圖23A顯示不同的頻率在變換器70A和70B同時處於「開啟」狀態時通過聲光調變器60的情況；圖23B則顯示在聲光調變器60內部由兩個來源合成所可能形成的繞射現象。

在某些實施例中，例如當兩個變換器70均處於「開啟」狀態，且第一個變換器70A所提供的頻率為第二個變換器70B所提供之頻率的兩倍時，兩個頻率在聲光調變器60之介質中的繞射合成可能會超過單獨聲光調變器射頻驅動器66的頻率限制而產生其自身的繞射，並且超過任一個變換器70之頻率限制而產生其自身的繞射(歸因於變換器在機械上的限制，以及射頻功率放大器的電性限制)。上述頻率合成可獲致較高的角度光束定位鑑別率，亦即可獲得比運用單獨一個射頻驅動器66來驅動單一變換器70時所能得到較高的角度射束定位解析度或較高的Bragg角。熟習相關技藝者當亦能瞭解，在某些實施例中，變換器70可設置在使得變換器調變區域116相互平行而不是重疊的位置。在此類實施例中，兩個變換器70可設置於同一個平面或相反面。

至少兩個或兩個以上的變換器70A和70B亦可用來使同一個光束產生多重波長的繞射。請再次參照圖22，內送的雷射光束72可包含數種波長，例如雷射64所產生的諧振波。舉例而言，若雷射光束72具有利用第三諧振產生技術而得到由波長1064nm產生波長355nm的光束，則雷射光束72就會包含波長710nm的能量以及波長355nm的能量。此時，聲光調變器60₃ 可當作波長選擇器，而只選擇滿足Bragg方程式(7)的特定波長。因此，若第一個變換器70A上的選定波長係設定在產生波長355nm之Bragg繞射的頻率，則光束當中波長710nm的部分將不會形成繞射，而會沿著第零階路徑72A行進。熟習相關技藝者當能瞭解，在某些雷射應用當中，使用具有多重選定波長的雷射輸出將會非常有利，因此吾人需要一種能使兩種波長朝向工件表面行進的方法。因此，除了為第一個波長設定使第一個變換器70A能滿足Bragg方程式之外，熟習此項技藝者可為第二個波長設定使第二個變換器70B能滿足Bragg方程式，其中兩種波長均沿著第一階路徑72B傳遞。

圖23C為示意圖，其繪示配置兩個位在彼此不同角度之變換器70而產生擴張單一直角座標軸上光束定位範圍之功效。如圖20至圖20C以及圖23A至圖23C所示，第二個變換器70B之位置係相對於第一個變換器70A呈一傾斜角132，兩者個別的變換器調變區域116b和116a並未相互平行，但兩者在同一平面橫過光束路徑72，使得兩者是在相同的直角座標軸上調變射出或偏向角度。在較佳實施例中，變換器70A和70B係分別設置在彼此未互相重疊的變換器調變區域116a和116b；但在某些情況下，可能需要採用重疊的變換器調變區域。

熟習相關技藝者當能瞭解，在搭配適當傾斜角132的情況下，亦可將第二個變換器70B設置在相對的變換器表面138。然而，選取第二個變換器70B的傾斜角132時，必須使第二個變換器70B的繞射階數可由第一個變換器70A的繞射階數予以補償，以便將變換器配置在與聲光調變器60₃ 同一側的附近。

在某些較佳實施例中，第一個變換器調變區域116a係與光束射入面52平行，第二個變換器調變區域116b係與光束射出面54平行，而使光束射入面52與光束射出面54不平行。在其它較佳實施例中，其中一個變換器調變區域116係與光束射入面52和光束射出面54兩者相互平行，而使光束射入面52與光束射出面54兩者相互平行。在某些較佳實施例中，其中一個變換器調變區域116係與光束射入面52平行，光束射出面54則與其夾90度與90度±傾斜角132的平均值，或是兩者的夾角範圍介於90度與90度±傾斜角132之間。或者，光束射入面52與第一個變換器調變區域116a之間形成夾角，而光束射出面54與第二個變換器調變區域116b兩者相互平行。

取決於聲光調變器的材料並藉由在變換器136b表面或附近表面136a上鑽孔(broaching)或銑研(milling)成所需要的角度，聲光調變器60₃ 可經過斜切而形成第二個變換器70B的傾斜角132。運用上述習知的光學材料/元件工業技術，並搭配其它技術即可獲致精準的表面。雖然圖中所繪示的變換器表面136b係從變換器表面136a向外延伸，但熟習此項技藝者當能瞭解，若以相同的傾斜角132向內延伸，則變換器表面136b亦能正常運作。

在某些實施例中，傾斜角132通常是不大於5度的小角度，其最好小於約2.5至3度。在大部分的實施例中，傾斜角132通常大於約0.1度，其最好大於約0.3度或0.5度。圖23C繪示約1度的傾斜角。

在較佳實施例中，聲光調變器60₃ 係設置在光束路徑72上，而使光束路徑72能以入射角度114或114a衝擊聲光調變器60₃ ，其正是或接近相對於光束射入面52或第一個變換器調變區域116a的Bragg角度。熟習相關技藝者當能瞭解，傳送到第一個變換器70A的射頻訊號頻率可加以調整或校正，以補償調準過程中意外造成的微小偏差。

每當需要沿著光束路徑72a₁ 或其相關的掃描範圍134a₁ 進行掃描時(降低到所需要最小的Bragg效率)，第一個變換器70A會藉由其頻率滿足或大致滿足Bragg條件的射頻訊號啟動，而使光束路徑72偏向掃描範圍134a₁ 內所需要的射出角度118a₁ ，並使得光束路徑72a₁ 能在偏離其標稱或原始光束位置的所需光束位置142(圖27)上衝擊工件80。施加到第一個變換器70A的射頻訊號頻率可經過調整，以決定掃描範圍內134a₁ 內所需要的射出角度118a₁ ，而且施加到第一個變換器70A的射頻訊號振幅亦可調整為所需要的振幅，以控制光束功率或能量。此外，在較佳實施例中，每當需要沿著光束路徑72a₁ 或其相關的掃描範圍134a₁ 進行掃描時，沒有任何的射頻訊號會施加到第二個變換器70B，因此第二個變換器調變區域116b大致上不會影響光束路徑72a₁ 的射出角度118a₁ 。然而，在某些實施例中，吾人可能需要設定傾斜角132，期使第二個變換器70B所產生的第一階或更高階的光束路徑能夠與光束路徑72a₁ 對齊；此時，第二個變換器70B可在完全的振幅與滿足Bragg條件的情況下予以驅動。

每當需要在超過掃描範圍134a₁ 並在掃描範圍134a₂ 內進行掃描，且此掃描係源自於同時操作變換器70A與70B時，變換器70A與70B會在滿足或大致滿足Bragg條件的頻率上由各別的射頻訊號予以啟動，而使光束路徑72偏向掃描範圍134a₂ 內所需要的射出角度118a₂ ，並使光束路徑72a₂ 朝向共同作用的偏向角度(或共同偏向的傳遞方向)128a₂ 傳遞，並在超出掃描範圍134a₁ 的需要光束位置142上衝擊工件80。施加到第二個變換器70B的射頻訊號頻率可經過調整，以決定掃描範圍內134a₂ 內所需要的射出角度118a₂ 。在某些較佳實施例中，第二個變換器70B可在完全的振幅下予以驅動，且傳送到第一個變換器70A的射頻訊號振幅可調整為所需要的振幅，以控制光束功率或能量。

在某些較佳實施例中，雖然變換器70A和70B可為相同的變換器，並以上述方式由同一個可變控制式射頻驅動器66加以驅動，但在某些較佳實施例中，變換器70A和70B及其伴隨的射頻驅動器66可有不同的操作特性或參數。具體而言，在某些實施例中，第一個變換器70A的尺寸較小，並在高於第二個變換器70B的頻率下操作，而使第一個變換器調變區域116a可提供比第二個變換器調變區域116b更大的Bragg角度範圍。

雖然掃描角度範圍134a₁ 和134a₂ 可降至0%的Bragg效率，示範性掃描範圍134只降至20%、50%或80%的Bragg效率(如圖23C的概略繪示)。在某實施例中，如圖23C所示個別的光束路徑72a₁ 和72a₂ ，第一個變換器70A的內送Bragg條件為1.2度，第二個變換器70B的內送Bragg條件則為0.2度。

圖23D為另一實施例之示意圖，該實施例係說明兩個配置彼此相對夾一傾斜角132之變換器70A和70B所達到擴張光束定位範圍之功效。如圖23D所示，在某些實施例中，變換器70A和70B之設置方式係使其個別的傾斜角132對齊變換器調變區域116，而能提供共用的第零階光束路徑72b。

傾斜角132b以及施加到變換器70B的射頻訊號頻率係用於提供來自於變換器調變區域116b的第一階光束路徑72a₂ ，其掃描範圍134a₂ 係鄰近或重疊由變換器調變區域116b提供之第一階光束路徑72a₂ 之掃描範圍134a₁ 的。在此實施例中，每當需要掃描範圍134a₁ 內的射出角度118a₁ 時，變換器70A會在所需要的頻率和振幅之下進行調變，且變換器70B會以先前提到的完全消光技術而有效地被「關閉」，例如直接改變頻率來提供效果上為零的Bragg效率。每當需要掃描範圍134a₂ 內的射出角度118a₂ 時，變換器70B會在所需要的頻率和振幅之下進行調變，且變換器70A會有效地被「關閉」。在某些實施例中，通過聲光調變器60₃ 的第零階光束路徑可用來當作工作光束路徑，並提供約在第零階光束路徑上接近於掃描範圍134a₁ 的掃描範圍，且傾斜角132以及傳送到變換器70B的頻率可經過調整，以提供鄰近於掃描範圍134a₁ 或與其重疊的掃描範圍134a₂ 。

此外，亦可採用具傾斜角132的第二個變換器70B來產生第二道光束，其中施加到變換器70A和70B的頻率經過設定而能同時提供兩道可以鑑別的光束點。施加到變換器70A的射頻訊號之振幅(此時變換器70B接收完全振幅訊號)可用於控制上述兩道光束的功率。在另一種實施方式中，可藉由控制傳送到變換器70A和70B的振幅來達到相同目的。

因此，在傾斜角132運用第二個變換器70B可擴充整體掃描範圍，同時限制Bragg效率限制條件所導致的損耗，並可提供其它類似於針對圖20A至圖20C所說明的優點。熟習相關技藝者當能瞭解，第二個變換器70B和傾斜角132可用於控制任一個座標軸上的偏向角度。

圖23E為一示意圖，其說明數個配置在聲光調變器側邊之不同角度(相對於變換器70A之變換器表面136a所在平面)的變換器70有擴張光束定位範圍之優點；圖23F則繪示圖23E之部分放大圖。如圖23C至圖23F所示，傾斜角132之概念可擴充至利用多個傾斜且串聯的變換器70A－70F來進一步擴充單一座標軸上之聲光調變器60₃ 的掃描角度。

如以上參照圖23C所做的說明，至聲光調變器60₃ 的輸入光束路徑72係設定成達到所需要的Bragg角，進而獲致第一個變換器70A之第零階光束路徑72b與第一階光束路徑72a₁ 之間所需要的距離。在任一方向針對第一個變換器70A進行頻率調變，將可得到由第一個變換器調變區域116a內之變換器70A所產生的聲波繞射而來的第一階光束之掃描角度範圍134a₁ 。圖23E係繪示一個實施例，其運用波長355nm的光束、650m/s的聲速，以及所需約±0.2度的最大掃描角度範圍134a₁ 。然而，亦可採用±0.1度的掃描角度範圍134a₁ 來提供較高的繞射效率，其僅僅相當於偏離Bragg條件最大值0.1度之下效率20%之損耗。

若要擴充範圍，則可使第二個變換器70B傾斜成傾斜角132(相對於第一個變換器70A之變換器表面之平面)，其相當於：傾斜角=內送的Bragg角-分隔角(Tilt=incoming Bragg Angle-Separation Angle) (9)

其中內送的Bragg角係為第一個變換器70A之Bragg角，分隔角則為第二個變換器70B之掃描角度134與第一個變換器70A之掃描角度之間所需要的重疊大小。此可藉由圖23E當中的繞射效率觀察得到。

如圖23E所示，內送的Bragg角係設定為1.4度，其可利用施加到第一個變換器70A之聲速為650m/s波長355nm的光束及射頻頻率90MHz的聲光調變器材料而得。若來自於第二個變換器70B的繞射光束重疊需要相隔0.2度，則需採用1.2度的傾斜角132。此時，施加到第二個變換器70B的射頻訊號之頻率應設定在大約12.8MHz，以產生0.2度的Bragg角。此頻率可藉由找出最大的繞射效率加以校正，以降低任何一個變換器70之精密製造的誤差容限，或其在聲光調變器60₃ 上之個別的傾斜角132誤差。由於第一個變換器70A設定為具有1.4度射出角度118a₁ 的外送光束，且該光束藉由第二個變換器70B之1.2度傾斜角132b而衝擊第二個變換器調變區域116b，因此0.2度的Bragg條件能搭配第二個變換器70B。在此情況下，若希望範圍能超過第一個變換器70A之掃描角度範圍134a₁ ，則可利用滿足Bragg方程式的振幅和頻率的第一個變換器70A來產生繞射。最後形成的光束路徑72a₁ 將可由第二個變換器70B產生繞射，其中第二個變換器70B係在達到所需射出角度118a₂ 及共同作用偏向角128a₂ 而使光束點對準在工件80上的全振幅和頻率下運作。

上述概念可擴展到其它以傾斜角132c－132f排列在變換器調變區域116c－116f的變換器70C－70F，以使各個掃描角度範圍134a₃ －134a₆ 均有所需要的繞射效率。在此實施例中，吾人需要±0.1度的繞射角度，因此必須要有1.0度的傾斜角132來滿足方程式(9)，而且第一個變換器70A需採用1.4度的Bragg角以及0.4度的分離角度。在此實施例中，變換器70C係採用0.4度的分離角度，因為第二個變換器70B之掃描角度範圍(134a₂ )±0.1度已算作分離角度。若吾人希望掃描角度落在變換器70C的掃描角度範圍134a₃ 內，則可將射頻功率施加到變換器70A，以控制希望在工件80得到的振幅以及滿足Bragg方程式的頻率；此外，可在19.1MHz與32MHz之間的頻率下，將全開的射頻功率傳送到變換器70C，以達到所需要的射出角度118a₃ 以及將光束定位在工件80上所需要的共同作用偏向角128a₃ 。變換器70C在頻率約25.6MHz、其Bragg角為0.4度時有最高的效率。

上述用於找出變換器70C之傾斜角132c的相同概念可應用在決定一系列之額外變換器70的傾斜角132。在此實施例中，變換器70D之傾斜角132d係設定在0.8度，而得到0.6度的Bragg條件；變換器70E之傾斜角132e係設定在0.6度，而得到0.8度的Bragg條件；變換器70F之傾斜角132f則設定在0.4度，而得到1.0度的Bragg條件。若需要上述任何一個變換器的延伸掃描角度134，則可在滿足Bragg條件的所需振幅與頻率下，將射頻功率傳送到第一個變換器70A，同時在得到特定變換器70之掃描角度範圍的頻率下，將全開的射頻功率傳送到個別需要的變換器70。如上所述，設置聲光調變器60₃ 上之變換器70時所形成的削減角度可能不盡理想，因此可能需要稍微調整符合理想的Bragg條件之頻率。

除了根據吾人所需最低的繞射角度來決定掃描角度之外，在較佳實施例中，熟習此項技藝者當能利用上述方式，在第一個變換器70A上為Bragg角度效率偏差排定功率使用情況並採用振幅補償方法。

雖然本發明之實施例係隨著變換器調變區域116與光束射入面52之間的距離的增加而個別採用遞減的傾斜角132及個別頻率，但熟習此項技藝者當能瞭解，變換器70B－70F及其各自的傾斜角132、變換器調變區域116及頻率等可依任何次序相對於光束射入面52進行配置。舉例而言，變換器70F與變換器70C以其附帶的傾斜角132及頻率可採相互對調的配置方式。

如上所述，傾斜角132可向內或向外延伸，且變換器70可設置在大致與聲光調變器60₃ 之變換器相對的一側。在一個較有利的實施例當中，可將變換器70A－70F設置在大致相反的兩側，使得變換器70A、70C和70E大致設置在聲光調變器60₃ 之同一側，而變換器70B、70D和70F則大致設置於聲光調變器60₃ 的另一側。

如上所述，變換器調變區域116a可平行於光束射入面52，且最後一個串接的變換器調變區域116f可平行於光束射出面54，而使得光束射入面52與光束射出面54兩者不平行。在其它較佳實施例中，其中一個變換器調變區域116係平行於光束射入面52與光束射出面54，而使得光束射入面52與光束射出面54兩者相互平行。另在其它較佳實施例中，其中一個變換器調變區域116係平行於光束射入面52，光束射出面54之設置角度則為平均90度與90度±傾斜角度132f、平行於代表平均值的變換器調變區域116，或是設置在平均90度與90度±傾斜角度132b範圍以外的角度。替代性地，光束射入面52可與第一個變換器調變區域116a形成一個角度，而光束射出面54則可平行於最後一個變換器調變區域116f。

熟習此項技藝者當能瞭解，傾斜的變換器70所採用的最大串階數目係取決於吾人所希望得到的整體掃描範圍、傾斜角度132、排列的相對位置及次序、變換器70的尺寸大小、聲光調變器材料的特性、聲光調變器60₃ 相對於製造過程或系統調準的尺寸大小限制，或是其它為熟習相關技藝者所熟知的變數。某些實施例係採用兩個至五個或兩個至十個傾斜的變換器70。其它實施例可能會採用至少三個或十五個以上之傾斜的變換器70。此等實施例係採用長度小於數英吋或10公分的聲光調變器60₃ ，但亦可依照需求而採用更長的聲光調變器60₃ 。

雖然在某些實施例可採用相同的變換器70A－70F，並經由先前所討論的同一種可變控制式射頻驅動器66予以驅動，但在某些較佳實施例中，變換器7OA－70F及其所伴隨的射頻驅動器66可以有不同的操作特性或參數。確切而言，在某些較佳實施例中，傾斜角度132(相對於變換器70A之變換器表面之平面)較大的變換器70可能具有較大的尺寸，並在低於較小變換器70的頻率下操作。

圖23G係繪示另一實施例，該實施例係採用數個傾斜的變換器70A－70F，其說明數個配置在聲光調變器表面之不同角度的變換器70有擴張聲光調變器60₃ 在單一直角座標軸之掃描角度範圍的優點。如圖23C至圖23G所示，個別的變換器70B－70F之傾斜角132a－132f及頻率可加以組織，使其第一階光束路徑72a₁ －72a₆ 之掃描範圍134a₂ －134a₆ 鄰接或稍微重疊。熟習相關技藝者當能瞭解，變換器70B－70F係以較方便的方式排列，而呈現與圖23E所示相反的排列位置；然而，任何一種排列方式均適用於以上說明的技術特點。

每當吾人希望射出角度118a₁ 在掃描角度範圍134a₁ 內時，變換器70A會在希望得到的頻率和振幅之下進行調變，其餘的變換器70B－70F則均在功效上處於「關閉」狀態。每當吾人希望射出角度118a₂ 在掃描角度範圍134a₂ 內時，變換器70B會在希望得到的頻率和振幅之下進行調變，其餘的變換器70A與70C－70F則均在功效上處於「關閉」狀態。同樣地，每當吾人希望射出角度118a₃ －118a₆ 在掃描角度範圍134a₃ －134a₆ 內時，個別的變換器70C－70F會在希望得到的頻率和振幅之下進行調變，其餘的所有變換器70則均在功效上處於「關閉」狀態。上述實施例之優點在於：只需要啟用一個變換器70即能得到任何一個掃描範圍。此實施例的另一項優點在於：當利用第零階光束路徑72b當作其它變換器70的基本繞射光束路徑時，只會出現少量損耗或沒有任何損耗。

熟習相關技藝者當能瞭解，具有數個串接傾斜之變換器70的聲光調變器60₃ 可用於在一個或兩個直角座標軸進行脈衝選通(具備或不具備完全消光技術)及振幅控制；關於此技術特點，先前已有解說，在下文當中另有說明。

如圖18、圖20和圖21所示，以上已說明兩個聲光調變器60₁ 和60₂ 鄰接在一起的組合可產生非常優良的掃描系統；然而，第二個聲光調變器60₂ 之射入孔徑(entrance aperture)可能會對聲光調變器60₁ 所能達到的角度造成限制。一般出現在習知大部分掃描系統的另一項不便之處在於：聚焦透鏡78的焦距或孔徑通常位在兩個檢流計定位元件之間，且此等檢流計可如上述實施例而由聲光調變器60₁ 和60₂ 取代。此外，當聲光調變器掃描系統所在位置未能搭配聚焦透鏡78之後部孔徑時，亦可採用額外的串接聲光調變器60(或圖中未繪示的別種光束調整元件)來修正孔徑的移動。

圖24為聲光調變器60₄ 之示意圖，其中聲光調變器60₄ 係採用橫向(直角更佳)表面配置的變換器70x和70y來調變單一介質中的不同變換器調變軸(橫向及較佳的垂直方向)，以提供在工件80表面上X軸和Y軸方向上的掃描控制。如圖24所示，射頻驅動器66xy藉著將訊號施加到變換器70x來控制光束在X軸方向的位置，並藉著將訊號施加到變換器70y來控制光束在Y軸方向的位置。熟習此項技藝者當能瞭解，每一個變換器70均可根據先前說明的任何一種聲光調變器調變方法或實施例，由相同或不同的射頻驅動器66xy在相同或不同的頻率下執行驅動。運用單獨一個聲光調變器60₄ 的優點係在於可以降低聚焦透鏡78的複雜性，因為焦距可設定在單獨一個聲光調變器60₄ 的輸出點，並且由於第二個聲光調變器60沒有入射孔徑的限制而使掃描角度得以加大。然而，當聲光調變器掃描系統所在位置未能搭配聚焦透鏡78之後部孔徑時，亦可採用一個或數個額外的單軸或雙軸聲光調變器60來修正孔徑的移動。

圖25為雷射系統50h所採用的聲光調變器60₄ 實施例之示意圖，其中雷射系統50h採用閉路光束偵測及定位系統，該定位系統在聲光調變器60₄ 之輸出面上運用分光元件120以及定位感應偵測器130來偵測光束路徑72在聲光調變器60₄ (即如先前針對圖21與圖24所討論的實施例組合)之射出面上的角度。

圖26為聲光調變器60₅ 之示意圖，其中聲光調變器60₅ 採用四個變換器70Ax、70Bx、70Ay和70By(統稱為變換器70)。此實施例係將圖22與圖23所繪示之聲光調變器60₃ 的優點結合於圖24與圖25所繪示之聲光調變器60₄ 的優點，藉以促進較大的掃描角度及更佳的功效。熟習此項技藝者當能瞭解，每一個變換器70均可根據先前提到的任何一種聲光調變器調變技術或實施例，在相同或不同的頻率，以相同或不同的射頻驅動器66或66xy進行驅動。此外，熟習此項技藝者當能瞭解，聲光調變器60₄ 和60₅ 可用來取代先前所討論的任何一個或一對聲光調變器60。

聲光調變器60₄ 和60₅ 之某些替代較佳實施例會採用數個具有傾斜角132的變換器70來擴大先前所討論的掃描角度。熟習此項技藝者當能瞭解，以橫向直角座標軸表示的變換器調變區域116可為非相交區域，但相交的橫向軸變換器調變區域116較佳。為了方便進行製造和控制，某些較佳實施例會採用傾斜角132相同的相交變換器調變區域之變換器70，但此種關連性並非必要條件。在某些採用角度傾斜之變換器70的實施例中(其中掃描範圍相對於第零階光束路徑72b配置)，只需要啟用每一個座標軸上的單獨一個變換器70即可在兩個軸向上提供範圍完全延伸的掃描控制。吾人亦可在兩個軸向上採用角度傾斜的變換器70來提供光束陣列，其中每道光束均具有進入到聲光調變器60之光束的可選擇部分能量。

圖27為雷射系統50i之示意圖，其中雷射系統50i係採用：腔外聲光調變器60來達到雷射脈衝閘控之功效；腔外聲光調變器604，其採用數個變換器70、分光元件120₃ 及位置感應偵測器130，並以閉路控制光束之定位；以及分光元件120₁ 和120₂ 以及振幅偵測器122a和122b來達到閉路振幅控制的目的。如圖27所示，振幅迴授訊號124a及/或124b可傳送到系統控制器62及/或射頻驅動器66xy。同樣地，位置迴授訊號126亦可傳送到系統控制器62及/或射頻驅動器66xy。熟習此項技藝者當能瞭解，每一個變換器70均可根據先前提到的任何一種聲光調變器調變技術或實施例，在相同或不同的頻率下，以相同或不同的射頻驅動器66xy進行驅動。

此實施例係採用另一個聲光調變器60來當作脈衝閘控(「脈衝揀選(pulse picking)」)的雷射遮蔽器(shutter)或光柵，以便讓脈衝在需要時才能通過掃描系統。某些實施例會利用脈衝揀選式聲光調變器60的不同角度配置，因而不需要用到光束截止器94。採用另一個脈衝揀選式聲光調變器60的其中一項優點係在於：聲光調變器60₄ 的位置可提供其全方位的角度配置功效。此種單獨的脈衝揀選式聲光調變器60可搭配用於先前所討論的任何一種實施例或聲光調變器調變技術。然而，熟習此項技藝者當能瞭解，脈衝揀選式聲光調變器60並非必要元件。聲光調變器60₄ 可相對於光束路徑72之角度加以配置，使聲光調變器60₄ 可同時執行脈衝選通和光束定位兩種功能。此種架構可能會對工件80的總掃描角度造成限制。熟習此項技藝者當能瞭解，對先前針對光束定位及/或振幅調變說明的實施例而言，其所採用的聲光調變器60亦可藉著選擇聲光調變器60相對於光束路徑72的角度配置而應用於脈衝揀選。

熟習此項技藝者當能瞭解，目前應用於雷射處理設備的光束定位或掃描系統通常為機械式系統，其可能為以檢流計為主的系統、快速操控面鏡(fast－steering－mirror，FSM)，或是其它類型的移動式面鏡系統。檢流計與FSM技術均有機械質量而會限制系統的整體掃描速率。一般而言，掃描角度與掃描速率之間的平衡關係可在以下兩種系統當中看出：檢流計系統具有較大的掃描角度及較慢的掃描速率：FSM系統則有較小的掃描角度和較高的掃描速率。

圖28為示範性雷射系統50j的示意圖，其中雷射系統50j具備可與習知快速定位器(例如FSM或檢流計掃描頭140，其包括一組檢流計面鏡)搭配運作的光束定位式聲光調變器60₄ 或60₅ ，以藉由習知的慢速定位器(例如單軸或分軸式X－Y平台)所支援的多重複合或第三光束定位系統來提升雷射系統的整體輸出效能。聲光調變器60₄ 或60₅ 或一組聲光調變器60或60₃ 可設置在檢流計掃描頭140的上游或下游位置。聲光調變器與檢流計掃描系統之間的移動可直接或間接地由系統控制器62進行調節，並可藉助或不藉助於射頻驅動器66xy及/或檢流計控制器144，其中檢流計控制器144可接收來自於檢流計掃描頭140的檢流計迴授訊號146。

熟習此項技藝者當能瞭解，圖中繪示單獨用於脈衝揀選的聲光調變器60可用來簡化移動控制的協調工作；然而，可以不採用聲光調變器6O，且聲光調變器60₄ 或60₅ 可同時用於脈衝揀選以及光束定位。熟習此項技藝者當亦能瞭解，雖然圖中為便於說明而繪示開放式迴路系統，但仍可輕易地運用雷射系統50j的另一種實施例而納入閉路控制當中所採用的位置及/或振幅迴授功能。熟習此項技藝者當亦能瞭解，聲光調變器60₄ 或60₅ 可透過上述任何一種實施例加以調整，且雷射系統50j適於納入先前所提到的任何一種實施例之變化方式。

圖29、圖30和圖31係繪示檢流計掃描頭140及聲光調變器60₄ 或60₅ 的掃描場域範例，其中檢流計掃描頭140及聲光調變器60₄ 或60₅ 可搭配不同的雷射處理應用，例如修整、鑽孔、連結線路處理等。參照圖28至圖31及習知的光束定位技術，雖然X－Y平台可用於移動夾盤88及其所支承的工件80，但檢流計掃描頭140可處在固定位置，或設置在分軸排列結構內，而使其朝向一個或數個幾何軸線。檢流計掃描頭140與工件80之間的相對移動可用於主要聲光調變器掃描場域160(及其方形聲光調變器次場域162)內之主要檢流計掃描場域150(及其方形檢流計次場域152)相對於工件80表面上標的物之定位。由於檢流計的頻寬遠小於聲光調變器的頻寬，因此當聲光調變器60₄ 或60₅ 在其主要聲光調變器掃描場域160範圍內處理標的物時，檢流計(及工件80)可保持在連續移動的狀態。此為線性馬達與檢流計之移動調節以外的移動狀態。

上述經過修改的實施方式非常有利於處理區位非常密集的雷射應用。更快速的小型聲光調變器掃描場域160將能夠透過單獨一次的檢流計移動步驟，而以非常快的速度處理數個電阻器164、數個連結線路166，以及數個積體電路封裝168，而並非習知檢流計的多次移動步驟。

除了當作光束定位系統、FSM及/或檢流計掃描頭之替代系統，或當作額外的光束定位系統以外，聲光調變器掃描系統另可用來模擬光點放大或Abbe誤差修正，並可設置在「快速」定位元件之前或之後的光束路徑上。此外，熟習此項技藝者當能瞭解，一個或更多具有(或不具)調變增強功能的聲光調變器60均可用來取代(或附加在)美國專利第4532402號、第5751585號、第5847960號、第6430465號、第6706999號及美國專利申請案公開第2002/0117481號所描述的任何一種「快速」定位系統元件。在此以參照方式併入上述美國專利及專利公開案之完整內容。

熟悉本項技術人士皆充分瞭解到，於不脫離本發明之基本原理前提下，可針對上述實施例之細節進行各式不同的變更。因此，本發明之範疇僅僅界定於申請專利範圍。

2．．．雷射

4．．．雷射系統控制器

6．．．雷射泵激源

8．．．雷射介質

10．．．聲光調變器

10a．．．Q－開關

12．．．射頻變換器

14．．．射頻驅動器

14a．．．電源供應器

16．．．第零階光束

18．．．第一階光束

19．．．聲波

20．．．脈衝式雷射光束

22．．．射頻功率

24．．．頻率產生器

26．．．數位控制器

28．．．類比振幅控制板

30．．．工件

32．．．吸收器

34．．．消光比

36a．．．雷射脈衝

36b．．．雷射脈衝

38．．．未阻隔狀態

40．．．阻隔狀態

50．．．雷射系統

50a．．．雷射系統

50b．．．雷射系統

50c．．．雷射系統

50d．．．雷射系統

50e．．．雷射系統

50f．．．雷射系統

50g．．．雷射系統

50i．．．雷射系統

50j．．．雷射系統

52．．．光束射入面

54．．．光束射出面

60．．．聲光調變器

60₁ ．．．聲光調變器

60₂ ．．．聲光調變器

60₃ ．．．聲光調變器

60a．．．聲光調變器

60x₁ ．．．聲光調變器

60x₂ ．．．聲光調變器

62．．．系統控制器

64．．．雷射

64a．．．雷射

66．．．射頻驅動器

66₁ ．．．射頻驅動器

66₂ ．．．射頻驅動器

66a．．．射頻訊號驅動器

66xy．．．射頻驅動器

68．．．射頻放大器

70．．．聲光調變器變換器

70A．．．變換器

70A_x ．．．變換器

70A_y ．．．變換器

70B．．．變換器

70B_x ．．．變換器

70B_y ．．．變換器

72．．．光學路徑

72A．．．第零階路徑

72B．．．第一階路徑

72a．．．工作光束路徑

72a₁ ．．．工作光束光學路徑

72a₂ ．．．工作光束光學路徑

72b．．．非工作光束路徑

72b₁ ．．．光學路徑

72b₂ ．．．光學路徑

72c．．．光學路徑

72d．．．非工作光束光學路徑

74．．．光學元件

76．．．轉向面鏡

78．．．聚焦透鏡

80．．．工件

88．．．夾盤

90．．．工作光束

92．．．非工作光束

94．．．光束截止器

94₁ ．．．光束截止器

94₂ ．．．光束截止器

94a．．．光束截止器

94b．．．光束截止器

94c．．．光束截止器

100．．．聲光調變器控制系統

102．．．控制開關

104．．．控制開關

110．．．共用電源

112．．．泵激源

114．．．入射角

114a．．．入射角

116．．．變換器調變區域

116a．．．變換器調變區域

116b．．．變換器調變區域

118a₁ ．．．射出角度

118a₂ ．．．射出角度

120．．．分光元件

120a．．．分光元件

120b．．．分光元件

122．．．雷射輸出偵測器

124．．．訊號

126．．．位置迴授訊號

128a₁ －a₆ ．．．偏移角度

130．．．位置感應偵測器

132．．．傾斜角

134a₁ ．．．掃描範圍

134a₂ ．．．掃描範圍

136a．．．變換器表面

136b．．．變換器

138．．．變換器表面

140．．．檢流計掃描頭

142．．．光束位置

144．．．檢流計控制器

146．．．檢流計迴授訊號

150．．．檢流計掃描場域

152．．．檢流計次場域

160．．．聲光調變器掃描場域

162．．．聲光調變器次場域

164．．．電阻器

166．．．連結線路

168．．．積體電路封裝

圖1為習知雷射之示意圖，該雷射係採用先前技術聲光調變器元件當作Q－開關。

圖2A和圖2B為另一先前技術聲光調變器元件之示意圖，該聲光調變器元件能回應於其所接收的射頻功率大小而傳送部分的第零階與第一階光束。

圖3為用於控制先前技術聲光調變器元件之方法的示意圖。

圖4為採用先前技術聲光調變器元件當作脈衝閘控元件之雷射系統的示意圖。

圖5係繪示受到阻隔與未受阻隔之雷射光束透射率差值的簡化圖，做為施加到聲光調變器之特定頻率分貝大小的函數。

圖6為採用頻率調變式聲光調變器之雷射系統的示意圖。

圖7為示範性高頻寬頻率偏移波形之時序圖，其中該波形係以聲光調變器變換器來表示，而達到從聲光調變器使雷射光束完全消失。

圖8為一時序流程表，其繪示與運用高頻寬頻率偏移而達到從聲光調變器使雷射光束完全消失有關之事件與結果。

圖9為一時序流程表，其繪示與運用白雜訊以達到從聲光調變器之無繞射有關之事件。

圖10為採用頻率調變式聲光調變器及次光束截止器之雷射系統的示意圖。

圖11為採用直流電源開關之聲光調變器控制系統的示意圖。

圖12為採用頻率調變式聲光調變器當作雷射之Q開關的雷射系統示意圖。

圖13為雷射系統之示意圖，其中該雷射系統係採用由腔外頻率控制的聲光調變器以及當作Q－開關的頻率調變式聲光調變器。

圖14為雷射系統之示意圖，其中該雷射系統係採用兩個腔外頻率控制的聲光調變器。

圖15為振幅對時間圖，其繪示雷射脈衝之間的典型峰值能量漂移。

圖16為具有閉路光束能量控制之雷射系統的示意圖，該雷射系統係採用腔外振幅及/或頻率控制的聲光調變器。

圖17為振幅對時間圖，其繪示透過聲光調變器閉路能量控制所能達到的振幅穩定性。

圖18為運用腔外聲光調變器來達成光束定位之雷射系統的示意圖。

圖19係繪示聲光調變器之示範性偏向角範圍的示意圖。

圖20為聲光調變器掃描系統之示意圖，其中該聲光調變器掃描系統係採用串聯的聲光調變器來達成兩條軸線上的光束定位。

圖20A係繪示掃描角度繞射效率相對於示範性紫外線和紅外線波長之特定Bragg角度之角度改變量。

圖20B為聲光調變器掃描系統之示意圖，其中該聲光調變器掃描系統係採用串聯的聲光調變器來擴張特定軸線上的光束定位範圍。

圖20C係繪示掃描角度繞射效率相對於示範性紫外線和紅外線波長下串聯的相同軸線調變聲光調變器60所造成之角度改變量。

圖21為雷射系統之示意圖，其中該雷射系統係採用腔外聲光調變器與閉路修正控制來影響光束定位。

圖22為聲光調變器之示意圖，其中該聲光調變器係採用至少兩個變換器而使與聲光調變器入射面成一角度的光束產生轉向。

圖22A為聲光調變器之示意圖，其中該聲光調變器係採用至少兩個變換器而使垂直於聲光調變器入射面的光束產生轉向。

圖23A和圖23B係繪示聲光調變器上之至少兩個變換器沿著相同軸線傳遞不同頻率所產生的功效之示意圖。

圖23C係繪示配置兩個位在彼此不同角度之變換器而產生擴張光束定位範圍之功效之示意圖。

圖23D為一替代性實施例之示意圖，該實施例係說明兩個配置在彼此不同角度之變換器有擴張光束定位範圍之功效。

圖23E係說明多個配置在彼此不同角度之變換器有擴張光束定位範為之優點之示意圖。

圖23F係為圖23E之一部分的放大之示意圖。

圖23G為一替代性實施例之示意圖，該實施例係說明多個配置在彼此不同角度之變換器有擴張光束定位範圍之功效之示意圖。

圖24為聲光調變器掃描系統之示意圖，其中該聲光調變器掃描系統係採用擁有至少兩個變換器的聲光調變器。

圖25為聲光調變器掃描系統之示意圖，其中該聲光調變器掃描系統係採用擁有至少兩個變換器及閉路控制系統的聲光調變器。

圖26為聲光調變器之示意圖，其中該聲光調變器係採用四個變換器。

圖27為雷射系統之示意圖，其中該雷射系統係採用腔外聲光調變器而達到雷射脈衝閘控之功效，並採用運用多個變換器的腔外聲光調變器而達到光束定位以及具閉路控制的振幅調變。

圖28為雷射系統之示意圖，其中該雷射系統係採用腔外聲光調變器而達到雷射脈衝閘控之功效，並採用運用至少兩個變換器的腔外聲光調變器而達到配合檢流計的第三光束定位。

圖29表示檢流計掃描頭掃描與聲光調變器之示範性掃描場，其中該檢流計掃描頭和該聲光調變器可應用於雷射修整。

圖30表示檢流計掃描頭掃描與聲光調變器之示範性掃描場，其中該檢流計掃描頭和該聲光調變器可應用於積體電路(IC)封裝處理應用，例如鑽孔。

圖31表示檢流計掃描頭掃描與聲光調變器之示範性掃描場，其中該檢流計掃描頭和該聲光調變器可應用於雷射連結切割。