太阳能硅晶片双束激光双线划槽方法与装置

【摘要】： 太阳能是当今最为光明的新兴产业,太阳能硅晶片的加工是这个产业的重要工序。该行业目前的苦恼之一是太阳能硅片划槽加工的产能已跟不上销售的提高。针对目前市场上只是单束激光划槽设备的情况下,本文提出一种双束激光划槽方法和装置。它可以使生产效率提高100%,节约能源30%。它主要应用于硅、锗、砷化镓和其它半导体衬底材料的划槽和切割,特别适用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的切割。 本文从激光激发的过程,对原子的能级以及激光跃迁进行了系统的研究。由这些理论进而引出了激光产生的全过程,并研究了激光产生的条件。固体激光器是激光发展史上的里程碑,本文提出的装置也是固体激光器,所以对激光器的组成进行了阐述。 根据激光原理的研究,本文对太阳能硅晶片双束激光双线划槽机进行了系统的研究。其系统包括激光器、激光电源、声光Q开光电源、水冷机以及相关的机械结构,其中激光器是主要器件。本文提出的Z型谐振腔是以提高加工效率为目的而提出的创新结构。Z型腔不同于直腔,它是折叠腔。利用传播圆理论和模像理论对其进行了深刻的分析研究,得出Z型腔具有更宽的热稳定宽度,所以有更小的光斑尺寸。聚焦系统的理论分析得出扩束镜能优化激光光斑尺寸,使划槽效果更美观。 基于以上的理论分析,本文以单线划槽和Z型腔双线划槽做了对比试验,得出以下实验结论 (1)Z型腔双线划槽有更大的功率,有更深的划槽深度,所以沟槽更明显。 (2)验证了根据聚焦理论提出的加入扩束镜设想的正确性。 (3)在最优数据的情况下,双束激光划槽宽度窄于单线划槽宽度,验证了Z型腔的图解分析。 【关键词】：双束激光 Z型谐振腔 划槽 单晶硅
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1-1 概述8
• 1-2 激光加工简介8-9
• 1-3 激光太阳能硅片划槽加工相近领域“激光打标”的发展9-12
• 1-4 太阳能硅晶片现状12-13
• 1-5 本课题研究的意义与内容13-15
• 第二章 双线划槽机激光器原理及组成15-32
• 2-1 激光原理15-20
• 2-1-1 原子的能级分布15-16
• 2-1-2 粒子数反转16-20
• 2-2 激光器的组成20-31
• 2-2-1 Nd:YAG 晶体20-23
• 2-2-2 连续氪灯23-26
• 2-2-3 谐振腔26-31
• 2-3 本章小结31-32
• 第三章 太阳能硅晶片双束激光双线划槽机的研制32-40
• 3-1 双束激光双线划槽机组装图32-33
• 3-2 组成设备33-38
• 3-2-1 激光电源33-34
• 3-2-2 声光Q 开关电源34-37
• 3-2-3 水循环冷却系统37-38
• 3-3 本章小结38-40
• 第四章 划槽机的方案设计与实验40-59
• 4-1 整体方案40-41
• 4-2 Z 型腔设计41-51
• 4-2-1 传播圆图解方法41-42
• 4-2-2 高斯光束的特性与传输变化42-44
• 4-2-3 热动力学图解分析44-50
• 4-2-4 激光谐振腔的稳定性50-51
• 4-3 激光聚焦系统51-54
• 4-4 太阳能硅晶片划槽实验54-58
• 4-5 本章小结58-59
• 第五章 结论59-61
• 5-1 主要结论59
• 5-2 未来展望59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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